DE102015011598A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, Kontrollkörper und deren Verwendung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, Kontrollkörper und deren Verwendung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, Kontrollkörper und deren Verwendung. Die Verfahren zeichnen sich insbesondere durch eine Bereitstellung dieser Kontrollkörper aus. Dazu entsteht durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs des Kontrollkörpers eine durch die Parameter der Wärmequelle bestimmte rissfreie Zone geänderten Gefüges, so dass sich bei mechanischer und/oder thermischer Beanspruchung des Kontrollkörpers ein durch die Abmessungen der Zone bestimmter Riss ausbildet. Der Kontrollkörper als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung weist eine durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs sowie durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten Zone geänderten Gefüges mit einem durch eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung erzeugten und durch die Abmessungen der Zone und der auf den Kontrollkörper wirkenden Kraft oder Spannung bestimmten Riss bestimmter Größe in der Zone geänderten Gefüges auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, Kontrollkörper und deren Verwendung.
  • Durch die Druckschrift DE 29 15 852 A1 ist ein Bezugskörper, insbesondere für zerstörungsfreie Materialprüfungen durch Ultraschall, und Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Der Bezugskörper weist mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines rotationssysmmetrischen Einsatzteiles auf, welches wenigstens einen bestimmten Fehler enthält. Weiterhin schließt der Bezugskörper mit seiner Umfangsfläche derart eng an die Ausnehmung an, so dass die Grenzflächen zwischen dem Einsatzteil und der Ausnehmung ohne Einfluss auf die Untersuchungen sind. Ein Fehler ist ein vorbestimmter Riss, wobei ein mit einer Kerbe versehener Stab solange einer Dauerschwingung unterzogen wird, bis sich der Riss bestimmter Tiefe ausgebildet hat.
  • Die Druckschrift DE 36 00 039 C2 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung von wenigstens ein Fehlerelement enthaltenden Probekörper zur Auswertung der Ergebnisse zerstörungsfreier Materialprüfung mittels Ultraschall und Probekörper hergestellt nach dem Verfahren. Das Fehlerelement wird bei der Herstellung des Probekörpers entweder in eine nicht erstarrte Schmelze eingebracht oder auf einer erstarrten Schmelze fixiert und mit einer Metallschmelze bedeckt.
  • Bei diesen Lösungen werden mehrere Körper miteinander verbunden, wobei wenigstens einer der Körper einen Fehler aufweist oder ein Fehlerelement ist.
  • Der in den Patentansprüchen 1, 8, 9, 11 und 12 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kontrollkörper als Vergleichskörper mit jeweils wenigstens einem bestimmten Riss zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1, 8, 9, 11 und 12 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Die Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen zeichnen sich insbesondere durch eine Bereitstellung dieser Kontrollkörper aus.
  • Dazu entsteht durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs des Kontrollkörpers eine durch die Parameter der Wärmequelle bestimmte rissfreie Zone geänderten Gefüges, so dass sich bei mechanischer und/oder thermischer Beanspruchung des Kontrollkörpers ein durch die Abmessungen der Zone bestimmter Riss ausbildet.
  • Der Kontrollkörper als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung weist eine durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs sowie durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten Zone geänderten Gefüges mit einem durch eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung erzeugten und durch die Abmessungen der Zone und der auf den Kontrollkörper wirkenden Kraft oder Spannung bestimmten Riss bestimmter Größe in der Zone geänderten Gefüges auf.
  • Der sich ausbildende Riss ist damit ein realer Riss im Kontrollkörper. Die Abmessungen und die Lage des erzeugten Risses können somit genau definiert eingebracht werden. Darüber hinaus sind reproduzierbare Risse erzeugbar. Insbesondere durch ein mechanisches Biegen als eine mechanische Beanspruchung kann ein bestimmter Riss bestimmter Größe reproduzierbar real erzeugt werden. Damit kann dieser Kontrollkörper vorteilhafterwiese als Vergleichskörper zur Überwachung und Überprüfung von zerstörungsfreien Prüfanlagen verwendet werden. Prüfanlagen mit zerstörungsfreien Prüfverfahren dienen der Rissprüfung im Bauteilvolumen oder der Bauteiloberfläche. Das können sowohl volumensensitive Verfahren, wie zur Ultraschallprüfung oder zur Röntgendurchstrahlungsprüfung, als auch oberflächensensitive Verfahren, wie zur Farbeindringprüfung, zur Magnetpulverprüfung und zur Wirbelstromprüfung sein.
  • Der Kontrollkörper als Körper zur zerstörungsfreien Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen weist eine durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs sowie durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten Zone geänderten Gefüges so auf, dass sich durch eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung ein durch die Abmessungen der Zone und der auf den Kontrollkörper wirkenden Kraft oder Spannung bestimmter Riss bestimmter Größe in der Zone geänderten Gefüges ausbildet.
  • Der Kontrollkörper wird dazu vorteilhafterweise stoffschlüssig mit dem Maschinen- oder Anlageteil verbunden. Mit einem Vergleich mit einer benötigten Biegespannung zur Erzeugung eines Risses wenigstens eines Kontrollkörpers kann eine definierte Überwachung des Maschinen- oder Anlagenteils erfolgen. In Verbindung mit einem Sensor, beispielsweise einem Körperschallsensor, und einem entsprechend ausgelegten Datenlogger kann eine automatische Überwachung erfolgen. Das kann auch mit einem Sender/Empfänger für elektromagnetische Strahlen und/oder in Verbindung mit einem Datennetz erfolgen, so dass Daten fernübertragbar und damit auch fernüberwachbar sind. Ein Einsetzen eines Risswachstums kann damit leicht signalisiert werden.
  • Der Kontrollkörper mit einer durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs und durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten rissfreien Zone geänderten Gefüges kann in Verbindung mit dem Maschinen- oder Anlagenteil zur Überwachung des Maschinen- und Anlagenteils auf mechanische und/oder thermische Beanspruchung verwendet werden, wobei sich bei einer derartigen Beanspruchung des Maschinen- und Anlagenteils und des damit befestigten Kontrollkörpers ein durch die Abmessungen der Zone bestimmter Riss ausbildet.
  • Darüber hinaus kann der Kontrollkörper mit einer durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs und durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten rissfreien Zone geänderten Gefüges und mit einem nach mechanischer und/oder thermischer Beanspruchung des Kontrollkörpers durch die Abmessungen der Zone bestimmten Riss als Vergleichskörper zum zerstörungsfreien Prüfen verwendet werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 und 10 angegeben.
  • Der Kontrollkörper mit der rissfreien Zone geänderten Gefüges wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 mechanisch gebogen, wobei sich bei der Biegung ein durch die Abmessungen der Zone und der auf den Kontrollkörper wirkenden Kraft bestimmter Riss bestimmter Größe in der Zone ausbildet. Vorteilhafterweise kann somit ein Riss bestimmter Größe in Abhängigkeit des Materials des Kontrollkörpers und der Parameter zur Ausbildung der Zone und der Biegeparameter generiert werden. Es bildet sich ein realer Riss heraus. Bei gleichen Materialien und gleichen Bedingungen sind Kontrollkörper mit derartigen Rissen reproduzierbar herstellbar.
  • Der Kontrollkörper mit der rissfreien Zone geänderten Gefüges wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 zyklisch mechanisch beansprucht, wobei sich ein durch die Beanspruchung und die Abmessungen der Zone bestimmter Riss bestimmter Größe in der Zone ausbilden kann. Der Kontrollkörper kann damit insbesondere in (Dauer-)Schwingversuchen zur Materialprüfung eingesetzt werden.
  • Der Kontrollkörper wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 an ein Maschinen- oder Anlagenteil so befestigt, dass sich bei einer mechanischen Beanspruchung des am Maschinen- oder Anlagenteil befestigten Kontrollkörpers ein durch die Abmessungen der Zone und die Größe der Biegung bestimmter Riss bestimmter Größe in der Zone ausbildet. Damit eignet sich der Kontrollkörper insbesondere zur Überwachung von auf Biegung, Torsion und/oder Schwingung beanspruchten Maschinen- und Anlagenteilen. In Verbindung mit wenigstens einer Sensoreinrichtung zur Detektion der sich ausbildenden Schadstelle in der Zone kann eine automatische Überwachung des Teils erfolgen. Das kann mittels Körperschall oder optischer Verfahren erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch Anbringen des Kontrollkörpers das Maschinen- oder Anlagenteil an sich nicht verändert wird.
  • Der Oberflächenbereich des Kontrollkörpers besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 aus einem härtbaren oder eingesetzten Stahl, insbesondere einem Vergütungsstahl.
  • Der Oberflächenbereich ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 ein Bestandteil einer gehärteten Oberfläche des Kontrollkörpers mit einer Anlasszone als die rissfreie Zone.
  • Der Oberflächenbereich des Kontrollkörpers wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 durch Wärmestrahlung oder induktive Erwärmung erwärmt. Die Wärmestrahlung kann dazu insbesondere elektromagnetische Strahlung in Form einer Laserstrahlung oder Strahlung einer Gasentladungslampe sein. Die Intensität der Strahlung bestimmt den Wärmeeintrag. Zur induktiven Erwärmung wird die Induktionsheizung oder ein Induktionsofen verwendet. Mittels einem Induktor werden im Kontrollkörper Wirbelströme induziert. Weiterhin führen Ummagnetisierungsverluste zur Erwärmung.
  • Der Kontrollkörper besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 aus einem härtbaren oder eingesetzten Stahl, insbesondere Vergütungsstahl. Die Zone ist ein Härtegefüge oder ein Anlassgefüge.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Kontrollkörper in einer Draufsicht,
  • 2 ein Kontrollkörper in einer Schnittdarstellung und
  • 3 ein Riss in einer Zone geänderten Gefüges in einer Schnittdarstellung.
  • In dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers 1 als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen und ein derartiger Kontrollkörper 1 zusammen näher erläutert.
  • Es zeigen
    die 1 einen Kontrollkörper 1 in einer prinzipiellen Draufsicht und
    die 2 einen Kontrollkörper 1 in einer prinzipiellen Schnittdarstellung.
  • Der Kontrollkörper 1 besteht aus einem Werkstoff, der an Oberfläche härtbar ist. Mittels der Laserstrahlung eines Lasers erfolgt das selektive Erwärmen eines Oberflächenbereichs des Kontrollkörpers 1. Nach dem nachfolgenden Abkühlen entsteht in Abhängigkeit der Laserparameter und der Zeit der Bestrahlung eine bestimmte rissfreie Zone 2 geänderten Gefüges. Dazu können Laser mit Laserleistungen von 100 Watt bis 1000 Watt verwendet werden. Die Bestrahlungszeiten sind im Bereich von 50 ms bis 20 Sekunden möglich. Diese Parameter können natürlich auch über- und unterschritten werden. Das kann auch in Abhängigkeit des Materials erfolgen. Die Abkühlung erfolgt unter Normalbedingungen bei beispielsweise einer Temperatur im Bereich von 15°C bis 25°C.
  • Das nachfolgende Biegen erfolgt mittels einer Drei-Punkt-Biegung bis zum Einsetzen des Wachstums eines Risses 3. Der Vorgang ist akustisch überwachbar und wird bei sich ausbildenden Riss 3 gestoppt.
  • Die 3 zeigt einen Riss 3 in einer Zone 1 geänderten Gefüges in einer prinzipiellen Schnittdarstellung.
  • Die erzeugten Tiefen der Risse 3 richten sich nach den Vorgaben, wobei sich ein herstellungsbedingtes Maximum bei ungefähr 2,0 mm ergeben könnte. Die Rauigkeit kann zwischen Ra = 3,2 μm (Drehqualität) bis Ra = 0,2 μm (feinschleifen) variieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 2915852 A1 [0002]
    • DE 3600039 C2 [0003]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs des Kontrollkörpers (1) eine durch die Parameter der Wärmequelle bestimmte rissfreie Zone (2) geänderten Gefüges entsteht, so dass sich bei mechanischer und/oder thermischer Beanspruchung des Kontrollkörpers (1) ein durch die Abmessungen der Zone (2) bestimmter Riss (3) ausbildet.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) mit der rissfreien Zone (2) geänderten Gefüges mechanisch gebogen wird, wobei sich bei der Biegung ein durch die Abmessungen der Zone (2) und der auf den Kontrollkörper (1) wirkenden Kraft bestimmter Riss (3) bestimmter Größe in der Zone (2) ausbildet.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) mit der rissfreien Zone (2) geänderten Gefüges zyklisch mechanisch beansprucht wird, wobei sich ein durch die Beanspruchung und die Abmessungen der Zone (2) bestimmter Riss (3) bestimmter Größe in der Zone (2) ausbilden kann.
  4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) an ein Maschinen- oder Anlagenteil so befestigt wird, dass sich bei einer mechanische Beanspruchung des am Maschinen- oder Anlagenteil befestigten Kontrollkörpers (1) ein durch die Abmessungen der Zone und die Größe der Biegung bestimmter Riss (3) bestimmter Größe in der Zone (2) ausbildet.
  5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich des Kontrollkörpers (1) aus härtbaren oder eingesetzten Stahl besteht.
  6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich ein Bestandteil einer gehärteten Oberfläche des Kontrollkörpers (1) mit einer Anlasszone als die rissfreie Zone (2) ist.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich des Kontrollkörpers (1) durch Wärmestrahlung oder induktive Erwärmung erwärmt wird.
  8. Kontrollkörper als Vergleichskörper zur zerstörungsfreien Prüfung und/oder als Körper zur Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) eine durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs sowie durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten Zone (2) geänderten Gefüges mit einem durch eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung erzeugten und durch die Abmessungen der Zone und der auf den Kontrollkörper (1) wirkenden Kraft oder Spannung bestimmten Riss (3) bestimmter Größe in der Zone (2) geänderten Gefüges aufweist.
  9. Kontrollkörper als Körper zur zerstörungsfreien Überwachung von Maschinen- und Anlagenteilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) eine durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs sowie durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten Zone (2) geänderten Gefüges so aufweist, dass sich durch eine mechanische und/oder thermische Beanspruchung ein durch die Abmessungen der Zone (2) und der auf den Kontrollkörper (1) wirkenden Kraft oder Spannung bestimmter Riss (3) bestimmter Größe in der Zone (2) geänderten Gefüges ausbildet.
  10. Kontrollkörper nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) aus einem härtbaren oder einem eingesetzten Stahl besteht und dass die Zone (2) ein Härtegefüge oder ein Anlassgefüge ist.
  11. Verwendung eines Kontrollkörpers in Verbindung mit einem Maschinen- oder Anlagenteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) mit einer durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs und durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten rissfreien Zone (2) geänderten Gefüges in Verbindung mit dem Maschinen- oder Anlagenteil zur Überwachung des Maschinen- und Anlagenteils auf mechanische und/oder thermische Beanspruchung verwendet wird, wobei sich bei einer derartigen Beanspruchung des Maschinen- und Anlagenteils und des damit befestigten Kontrollkörpers (1) ein durch die Abmessungen der Zone (2) bestimmter Riss (3) ausbildet.
  12. Verwendung eines Kontrollkörpers als Vergleichskörper bei der zerstörungsfreien Prüfung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkörper (1) mit einer durch Erwärmen und nachfolgendes Abkühlen wenigstens eines Oberflächenbereichs und durch die Parameter der Wärmequelle bestimmten rissfreien Zone (2) geänderten Gefüges und mit einem nach mechanischer und/oder thermischer Beanspruchung des Kontrollkörpers (1) durch die Abmessungen der Zone (2) bestimmten Riss (3) als Vergleichskörper zum zerstörungsfreien Prüfen verwendet wird.
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