CH622616A5

CH622616A5 -

Info

Publication number: CH622616A5
Application number: CH298678A
Authority: CH
Inventors: Norbert Bender; Gerhard Dr Hofer; Olaf Lenz; Erwin Stuecker
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-03-20
Publication date: 1981-04-15
Also published as: FR2391459A1; JPS53143390A; GB1593907A; DE2722655B1; FR2391459B1; ATA232178A; SE7805214L; US4155264A; IT7823271A0; DE2722655C2; IT1095146B; AT370520B; JPS601571B2

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zur Ermittlung von Eigenspannungen in Bauteilen des Maschinen- oder Apparatebaues durch Einarbeiten einer Ringnut in die Oberfläche des auszumessenden Bauteils um eine mit Dehnungsmessstreifen versehene Messstelle, Messung der Dehnungsänderungen des stehenbleibenden Messstellenkerns und Ermittlung der Eigenspannungen aus den gemessenen Dehnungen und einer an einer Eichmaterialprobe ermittelten, tiefenabhängigen Abklingfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Eigenspannungen in grösseren Tiefen nach Einarbeiten der ersten Ringnut (7) bis zur Wirkungstiefe der Abklingfunktion und Messen der Dehnungsänderungen der stehengebliebene Messstellenkern (13) mechanisch entfernt, der Dehnungsmessstreifen (3) erneut auf die so erhaltene neue Messstelle (14) aufgeklebt und eine weitere Ringnut (15) unter Messung der Dehnungsänderungen eingearbeitet wird und diese Schritte abschnittsweise bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamteinstechtiefe wiederholt werden und dass für jeden neuen Messstellenkern eine gesonderte Abklingfunktion ermittelt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Eigenspannungen in Bauteilen des Maschinen- oder Apparte-baus durch Einarbeiten einer Ringnut in die Oberfläche des auszumessenden Bauteils um eine mit Dehnungsmessstreifen versehene Messstelle, Messung der Dehnungsänderungen des stehenbleibenden Messstellenkerns und Ermittlung der Eigenspannungen aus den gemessenen Dehnungen und einer an einer Eichmaterialprobe ermittelten, tiefenabhängigen Abklingfunktion.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 2 016 18 bekannt. Die einem Werkstück durch dessen Herstellung oder Bearbeitung innewohnenden Eigenspannungen werden dabei in dem durch die eingearbeitete Ringnut freigelegten und als Messstellenkern bezeichneten Bereich des Werkstückes freigelegt und können durch Dehnungsmessstreifen auf der Oberfläche dieses Messstellenkerns im allgemeinen in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen und einer dritten, unter 45° C zu den beiden anderen geneigten Richtung erfasst werden. Es können dann die Eigenspannungen in den drei vorgegebenen Richtungen entsprechend folgender Beziehung berechnet werden:

a = f (E, K (z), )

dz

Dabei bedeuten o die Eigenspannungen, E den Elastizitätsmodul des auszumessenden Werkstücks, de die gemessene Dehnungsänderung, dz die schrittweise eingearbeitete Nuttiefe und K eine Abklingfunktion, die die mit zunehmender Einfrästiefe geringer werdende Reaktion des Dehnungsmessstreifens auf Dehnungsänderungen im Messstellenkern berücksichtigt. Diese Abklingfunktion wird in einem Eichversuch bei vorgegebenen äusseren Spannungen an einer Eichmaterialprobe mit gleicher Geometrie der Messstelle wie bei der Originalmessung ermittelt.

Da jedoch mit grösser werdender Nuttiefe*Dehnungsände-rungen des Messstellenkerns in immer geringerem Masse bis zu den Dehnungsmessstreifen auf der Oberfläche des Messstellenkerns rückwirken und auch über die Abklingfunktion nicht mehr erfasst werden können, ist dieses Messverfahren im allgemeinen nur bei Nuttiefen bis zu etwa 5 mm aussagekräftig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dieses an sich sehr einfache und vor allem sehr genaue Messverfahren so auszugestalten, dass damit auch Eigenspannungen in grösseren Werkstücktiefen ermittelt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist daher erfindungsgemäss vorgesehen, dass nach Einarbeiten der ersten Ringnut bis zur Wirkungstiefe der Abklingfunktion und Messen der Dehnungsänderungen der stehengebliebene Messstellenkern mechanisch entfernt, der Dehnungsmessstreifen erneut auf die so erhaltene neue Messstelle aufgeklebt und eine weitere Ringnut unter Messung der Dehnungsänderungen eingearbeitet wird und diese Schritte abschnittsweise bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamteinstechtiefe wiederholt werden und dass für jeden neuen Messstellenkern eine gesonderte Abklingfunktion ermittelt wird.

Durch dieses schrittweise Wiederholen des Ringnutausarbeitens und des Messvorganges etwa in Schritten von jeweils 5 mm und Entfernen des stehengebliebenen Messstellenkerns ist es also auf einfache Weise möglich, auch Eigenspannungen in grösseren Werkstücktiefen zu ermitteln.

Anhand einer schematischen Zeichnung ist die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Messstellenanordnung und die Fig. 2 bis 4 einen Querschnitt durch die Messstelle bei verschiedenen Einstechtiefen.

Wie zunächst aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, ist auf dem auszumessenden Werkstück 1 auf einer kreisförmigen Messstelle 2 ein Dehnungsmessstreifen 3 aufgeklebt, der drei Messgitter 4, 5 und 6 trägt, wobei die Messgitter 4 und 5 im rechten Winkel zueinander und das Messgitter 6 im Winkel von 45° zu den beiden Messgittern 4 und 5 liegen.

Beim Einarbeiten einer Ringnut 7 um die ringförmige Messstelle 2, was beispielsweise durch Einfräsen mit einem Kronenbohrer geschehen kann, werden dann durch den Dehnungsmessstreifen 3 Dehnungsänderungen de in den drei Messrichtungen a, b, c gemessen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, führen dabei die auf den Dehnungsmessstreifen 3 aufgelöteten Messleitungen 10,11 und 12 zu einem nicht näher dargestellten Messgerät.

Da nun Dehnungsänderungen nur bis zu einer bestimmten Tiefe der Ringnut 7 auf den Dehnungsmessstreifen 3 zurückwirken und ein messbares Ergebnis liefern, wird erfindungsgemäss der von der Ringnut 7 umschlossene, stehengeliebene Messstellenkern 13 mechanisch, beispielsweise durch Ausbohren oder Ausfräsen, bis zur Grundfläche 14 der Nut 7 entfernt. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird auf die so gewonnene neue Messfläche 14 erneut der Dehnungsmessstreifen 3 aufgeklebt und von der neuen Oberfläche 14 ausgehend eine neue Ringnut 15 gefräst. Zur leichteren Applizierung des Dehnungsmessstreifens und Einbringen der neuen Ringnut 15 kann es dabei zweckmässig sein, zusammen mit der Entfernung des Messstellenkerns 13 insgesamt eine grössere Ausnehmung 16 in dem auszumessenden Werkstück 1 zu schaffen. Während des schrittweisen Einarbeitens der Ringnut 15 werden in gleicherweise die Dehnungsänderungen über den Dehnungsmessstreifen 3 gemessen. Es ergibt sich dann ein neuer Messstellenkern 17, wobei für diese zweite Stufe nach dem bekannten Verfahren ebenfalls die zugehörige Abklingfunktion ermittelt werden muss, um die entsprechenden Eigenspannungswerte des Werkstückes in diesem Tiefenabschnitt zu erhalten.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, kann das Mess- und Einfräsverfahren schrittweise bis zum Erreichen der vorgegebenen Messtiefe wiederholt werden. Dabei ist zunächst ausgehend von der zweiten Messstufe nach Fig. 3 der stehengebliebene Messstellenkern 17 bis zur Grundfläche 18 der Ringnut 15 zu entfernen, so dass sich entsprechend Fig. 4 die neue Messfläche 18 ergibt. Auf diese ist dann der Dehnungsmessstreifen 3 wieder aufzukleben und eine neue Ringnut 19 um den Messstellenkern 20 einzuarbeiten. Auch hierbei ist für diesen Messbereich eine gesonderte Abklingfunktion zu ermitteln.

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40

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Mit dem beschriebenen Verfahren ist es also auf einfache Weise möglich, sehr genau Eigenspannungen auch in grösseren Tiefen hoch beanspruchter Bauteile, wie z.B. Reaktordruckgefässe, zu erhalten, um damit sichere Aussagen über eine ordnungsgemässe Herstellung und die zukünftige Sicherheit des Bauteils machen zu können.

C

1 Blatt Zeichnungen