DD256188A1

DD256188A1 - Verfahren zur untersuchung von werkstoffrissen in bauteilen

Info

Publication number: DD256188A1
Application number: DD29848986A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Storch; Thomas Palm; Manfred Leistner
Original assignee: Bergmann Borsig Veb
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1988-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Werkstoffrissen in Bauteilen beliebiger Bauart, wie es auf dem Gebiet der Werkstoffpruefung im allgemeinen Maschinenbau und Stahlbau zur Qualitaetssicherung angewendet wird. Ein mit werkstoffcharakteristischen Geraeuschen der Materialtrennung geeichtes Schallemissionsgeraet ist schalleitend an das zu pruefende und entsprechend seinen Betriebsbedingungen belastete Bauteil anzuschliessen. Der unter der Belastung von einem Werkstoffriss ausgehende Rissschall wird gemessen, registriert, und unter Zuhilfenahme geeigneter Mittel sind die risstechnischen Groessen, die dazu erforderlichen Kraefte und die Bauteilbelastbarkeit zu bestimmen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Werkstoffrissen in Bauteilen beliebiger Bauart, wie es auf dem Gebiet der Werkstoffprüfung im allgemeinen Maschinen-und Stahlbau zur Qualitätssicherung angewendet wird. Neben solchen Bauteilen wie beispielsweise Druckbehälter, Streben und Wellen ist es auch möglich, Gußblöcke bereits während des Erstarrungsprozesses auf Spannungsrisse zu untersuchen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei ausreichend hohen Spannungen oder während der Belastung von Bauteilen durch mechanische Wechselbeanspruchung breiten sich im Gefüge des Werkstoffes Risse aus. Diese müssen erkannt und ihre Lage und Größe im Bauteil bestimmt werden. Gleichzeitig sind neben dem Nachweis Untersuchungen über das Rißwachstum durchzuführen, um Inspektionszeiten festzulegen und die Funktionstüchtigkeit zu gewährleisten. Dies erfolgt üblicherweise mit dem Impuls-Echo-Verfahren eines entsprechenden Ultraschallgerätes, wie es im Buch „Werkstoffermüdung" S.263ff., I.Auflage,Autorenkollektiv, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig von 1976 beschrieben ist.

Per Riß bildet eine Grenzfläche für die Schallwellen und reflektiert diese. Aus der Höhe der Zwischenechos ist die Größe der Rißfläche bestimmbar, wobei die beste Nachweismöglichkeit dann besteht, wenn die Schallwellen senkrecht zur Rißfläche einfallen. Die Verfolgung des Rißwachstums ist ebenfalls möglich. Dazu wird der Ultraschallschwinger an einer Kompaktzugprobe anliegend entsprechend dem wachsenden Riß über eine Motor-Getriebe-Anordnung mitgeführt, und das angeschlossene Registriergerät speichert die Rißlänge in Abhängigkeit von der Zeit oder den Lastspielen. Das Grundprinzip dieses Meßverfahrens besteht darin, erzeugte Ultraschallwellen in das Werkstück einzuleiten, die Schallwellen nach ihrem Austritt wieder aufzufangen und anhand ihrer Schwächung — beim Durchschallungsverfahren — bzw. der Stärke ihrer Zwischenechos — beim Impuls-Echo-Verfahren — den Rißnachweis zu führen oder die Rißgröße zu bestimmen. Für große oder konstruktiv abgesetzt gestaltete Bauteile sowie unter Lastbedingungen im Werkstattbetrieb sind diese statischen Meßverfahren denkbar ungeeignet. Liegt der Riß in Ausbreitungsrichtung der Schallwellen, so ist seine Größe nicht exakt bestimmbar und ein Rißfortschritt nicht nachzuweisen. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann auf, wenn die Werkstückkontur eine zusätzliche feste Einspannung des Schallkopfes senkrecht zur Rißfläche nicht erlaubt und die Schallwellen den Riß nur ungenügend erfassen.

Ein Prüfen der Bauteile unter Betriebsbedingungen bzw. Produktionsbelastung, wie sie beispielsweise bei Druckbehältern, Lagergehäusen und statisch belasteten Tragelementen oder Stützen gewünscht wird, ist aus den genannten Gründen ebenfalls nicht möglich. Damit kann auch keine exakte Aussage über die zulässige Belastbarkeitsgrenze getroffen werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Rißuntersuchungen an Werkstücken mit komplizierten Bauteilfo?men unter Betriebsbedingungen zu ermöglichen und eine verbesserte Aussage über die Rißgröße, das Rißwachstum und die zulässige Belastbarkeit zu erhalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die vorgenannten Mängel beseitigt, indem unter realen Betriebsbedingungen die tatsächlichen Rißverhältnisse inihrer Entstehung und Entwicklung erfaßt werden und die Grundlage der Auswertung bilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

1. Das Schallemissionsmeßgerät ist mit den bei Zugbelastung auftretenden werkstoffcharakteristischen Geräuschen der Materialtrennung eines Gefügerisses im Moment des Werkstoffanrisses und für den Zeitraum des Rißfortschrittes zu eichen, wobei die dazu verwendete Kompaktzugprobe aus einem dem Prüfobjekt werkstoffgleichem, vorzugsweise jedoch werkstoffidentischem Material besteht.

2. Das Schallemissionsmeßgerät ist schalleitend mit dem zu prüfenden Bauteil zu verbinden.

3. Das Bauteil ist entsprechend seinen Betriebsbedingungen, z. B. Druck und Temperatur, zu belasten.

4. Die von einem vorhandenen Riß bzw. die von einem neuen Anriß ausgehenden Schallsignale der Gefügetrennung sind in Abhängigkeit der eingeleiteten Belastung zu messen und zu registrieren.

5. Die registrierten Schallsignale sind mit geeigneten Mitteln wie Vergleichstafeln oder rechentechnisch auszuwerten, wobei aus dem Schallsignal unter Berücksichtigung der zu seiner Erzeugung notwendigen Bedingungen und Parameter, wie Werkstoffidentität oder -gleichheit, rißauslösende Kraft, Rißwachstumskraft und Rißflächengröße, die Rißgröße, der Rißfortschritt und die Bauteilbelastbarkeit zu ermitteln ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die werkstoffcharakteristische Schallabgabe bei der Entstehung und beim Wachstumsfortschritt von Gefügerissen im Werkstoff zur Messung der Rißparameter Rißlänge, Rißflächengröße und Rißfortschritt genutzt. Gleichzeitig ist über die zur Rißentwicklung führende eingeleitete Kraft die Belastbarkeit des Bauteils

feststellbar. '

Der Rißschall ist in seiner Stärke direkt abhängig von der schallabgebenden Rißflächengröße, und diese läßt eine sichere Bestimmung der dazu erforderlichen Kraft zu.

Die im mikro- oder makroskopischen Größenbereich liegenden Risse bilden erst dann eine Gefahr für das Bauteil, wenn unter Funktionsbelastung ein Rißwachstum eintritt, das über die analogen Schalisignale mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen wird.

Dieses Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, daß es als dynamisches Meßverfahren die Rißentwicklung unter realen Verhältnissen und Betriebsbedingungen direkt über den werkstoffcharakteristischen Rißschall verfolgt und die gewünschten Parameter bestimmt. Selbst kleinste, im Werkstoff eingeschlossene Innenrisse sind unabhängig von ihrer Lage im Werkstück oder einer geometrisch komplizierten Werkstückkontur leicht feststellbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Als zu prüfendes Bauteil wurde ein Druckbehälter gewählt. Das mit den werkstoffcharakteristischen Rißgeräuschen geeichte Schallemissionsmeßgerät ist über einen schalleitenden Anschluß mit dem zu prüfenden Druckbehälter zu verbinden. Der Anschluß ist stoff-oderformschlüssig fest am Druckbehälter angebracht. Nach erfolgter Belastung durch Druck Und Temperatur mißt das Schallemissionsmeßgerät die bei einem Werkstoffanriß oder die bei einem Rißwachstum auftretenden Schallsignale in ihrer Stärke. Ein Vergleich dieser . charakteristischen Größe mit den aus Kompaktzugproben ermittelten Werten ermöglicht in der tabellarischen oder rechentechnischen Auswertung die exakte Bestimmung der Rißkenngrößen und die Belastbarkeit des Behälters. Das Verfahren ist gleichfalls anwendbar zurRißuntersuchung torsionsbeanspruchter Maschinenteile und der Überwachung des Erstarrungsprozesses von Gußblöcken und Gußteilen durch Registratur von Spannungsrissen bei Änderung der Gitterstruktur.

AlsweitereVorteilesind die leichte Anwendbarkeit des Verfahrens, sein universeller Einsatz in Werkstatt und Labor und die hohe und reale Aussagekraft der Meßergebnisse über den Bauteilzustand und die Rißgefährlichkeit zu nennen. Dabei werden bereits Werkstoffanrisse während ihrer Entstehung in mikroskopischer Größe registriert und bemessen, für die bisher noch keine weiteren Nachweisverfahren existieren.

Claims

1. VerfahrenzurUntersuchung von Werkstoffrissen in Bauteilen mit einem Schallemissionsmeßgerät, gekennzeichnet dadurch, daß das Schallemissionsmeßgerät mit den charakteristischen Geräuschen der Materialtrennung einer Anrißbildung und des Rißwachstums aus einer dem Bauteil werkstoffidentischen Kompaktzugprobe geeicht ist, schal leitend mit dem Bauteil verbunden ist und nach oder während der zunehmenden Belastung des Bauteils entstehende Schallsignale des Werkstoffanrisses oder des Rißfortschrittes, in Abhängigkeit der Belastung gemessen, registriert und ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Eichung mit einer werkstoffgleichen Kompaktzugprobe erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß während der Eichung die rißauslösende Kraft, die Rißwachstumskraft und die Rißflächengröße gleichzeitig mit dem analogen Schallsignal gemessen und registriert werden.