DE102018201668B4 - Method for the non-destructive testing of workpiece surfaces - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstückoberfläche (36) eines Werkstücks (34) aus einem Titanwerkstoff mittels eines elektrochemischen Behandlungsverfahrens, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:a) Reinigen des Werkstücks (34);b) Einbringen des Werkstücks (34), insbesondere des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche (36), in ein Ätzbad (56) umfassend eine Beize zur chemischen Aktivierung der Werkstückoberfläche (36);c) Einbringen des Werkstücks (34), insbesondere des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche (36), in ein Bad (58) umfassend einen Anodisier-Elektrolyten zur anodischen Oxidation der Werkstückoberfläche (36);d) Einbringen des Werkstücks (34)mit dem zu prüfenden Bereich der Werkstückoberfläche (36) in ein Ätzbad (14), das eine Salpetersäure/Flusssäure-Lösung umfasst, deren Konzentration kontinuierlichund automatisiert gemessen und kontinuierlich und automatisiert auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann,e) Optische Auswertung der nach den Verfahrensschritten a) bis d) behandelten Werkstückoberfläche (36), wobei zwischen den Verfahrensschritten a) bis e) jeweils mindestens ein Spül- und/oder Reinigungschritt durchgeführt wird.Method for the non-destructive testing of a workpiece surface (36) of a workpiece (34) made of a titanium material by means of an electrochemical treatment method, the method comprising at least the following steps: a) cleaning the workpiece (34); b) introducing the workpiece (34), in particular the the area of the workpiece surface (36) to be checked, into an etching bath (56) comprising a stain for chemically activating the workpiece surface (36); c) introducing the workpiece (34), in particular the area of the workpiece surface (36) to be checked, into a bath (58) comprising an anodizing electrolyte for anodic oxidation of the workpiece surface (36); d) introducing the workpiece (34) with the area of the workpiece surface (36) to be tested into an etching bath (14) which comprises a nitric acid/hydrofluoric acid solution , the concentration of which can be measured continuously and automatically and adjusted continuously and automatically to a predetermined value, e) optical evaluation of the workpiece surface (36) treated according to process steps a) to d), with at least one rinse between process steps a) to e). - and/or cleaning step is carried out.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargelegten Verfahrensschritten. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstückoberfläche eines Werkstücks mittels einer Eindringprüfung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 sowie eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for the non-destructive testing of workpiece surfaces according to the method steps set out in the preamble of claim 1. The invention further relates to a device for the non-destructive testing of a workpiece surface of a workpiece by means of a penetrant test according to the preamble of claim 12 and to a use of the method according to the invention.
Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen von Werkstücken aus einem Titanwerkstoff sind insbesondere bei der Herstellung, bei der Schlussprüfung und bei der Instandsetzung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, insbesondere von Bauteilen einer Gasturbine eines Flugtriebwerks, notwendig, um entsprechende Fehler bei der Herstellung, bei der Verarbeitung oder Wiederherstellung dieser Bauteile verdeutlichen zu können. Bei den genannten Fehlern kann es sich zum Beispiel um Segregationen, Einschlüsse, Porositäten des Titanwerkstoffes oder auch Risse, Ablagerungen, Verunreinigungen, etc., die bei der Bearbeitung der entsprechenden Werkstücke entstanden sind, handeln. Fehlerhafte Bauteile müssen aber sicher erkannt und entsprechend repariert oder auch ausgesondert werden. Zur Prüfung von Bauteilen aus einem Titanwerkstoff, insbesondere aus einer oder mehreren Titanlegierungen einer Strömungsmaschine, wird als zerstörungsfreies Prüfungsverfahren das so genannte „Blue Etch“-Verfahren verwendet. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der
Nachteilig an den bisher bekannten Verfahren ist jedoch, dass der entscheidende Schritt eines Umfärbens der Werkstückoberfläche von einer Blau- zu Blau-Grau-Färbung mittels visueller Kontrolle eines menschlichen Beobachters durchgeführt wird. Da der Zeitpunkt, in welchem die Werkstückoberfläche die gewünschte Färbung erreicht hat, einem kleinen Zeitfenster unterliegt, ist das Ergebnis der Färbung eng an die Erfahrung der auszuführenden Person geknüpft. Da unterschiedliche Personen den Prozess durchführen, ist der Prozess nur begrenzt reproduzierbar. Dies bedeutet, dass gegebenenfalls unterschiedliche Prüfergebnisse vorliegen, die durch unterschiedliche Erfahrungswerte der auszuführenden Personen bedingt sind. Dies führt zu unterschiedlichen und damit ungenügenden Prüfergebnissen und Verzögerungen im Verfahrensablauf.However, the disadvantage of the previously known methods is that the crucial step of changing the color of the workpiece surface from blue to blue-gray is carried out using visual control by a human observer. Since the time at which the workpiece surface has achieved the desired coloring is subject to a small time window, the result of the coloring is closely linked to the experience of the person carrying out the work. Since different people carry out the process, the process can only be reproduced to a limited extent. This means that different test results may be available, which are due to the different experiences of the people being carried out. This leads to different and therefore insufficient test results and delays in the process.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstückoberflächen bereitzustellen, welche schnelle und reproduzierbare Ergebnisse ermöglichen.The object of the present invention is to provide a method and a device for the non-destructive testing of workpiece surfaces, which enable quick and reproducible results.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens als vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und umgekehrt anzusehen sind.The object is achieved according to the invention by a method with the features of patent claim 1 and a device with the features of claim 12. Advantageous embodiments with useful developments of the invention are specified in the respective subclaims, with advantageous embodiments of the method being viewed as advantageous embodiments of the device and vice versa.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstückoberfläche eines Werkstücks aus einem Titanwerkstoff mittels eines elektrochemischen Behandlungsverfahrens, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Reinigen des Werkstücks, insbesondere des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche, b) Einbringen des Werkstücks, insbesondere des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche, in ein Ätzbad umfassend eine Beize zur chemischen Aktivierung der Werkstückoberfläche, c) Einbringen des Werkstücks, insbesondere des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche, in ein Bad umfassend einen Anodisier-Elektrolyten zur anodischen Oxidation der Werkstückoberfläche, d) Einbringen des Werkstücks, insbesondere des zu überprüfenden Bereichs der Werkstückoberfläche, in ein Ätzbad umfassend eine Salpetersäure/Flusssäure-Lösung zum Ätzen des entsprechenden Bereichs der Werkstückoberfläche, und e) optische Auswertung der nach den Verfahrensschritten a) bis d) behandelten Werkstückoberfläche, wobei zwischen den Verfahrensschritten a) bis e) jeweils mindestens ein Spül- und/oder Reinigungsschritt durchgeführt wird. Erfindungsgemäß wird die Konzentration der Säuren im Ätzbad gemäß dem Verfahrensschritt d) kontinuierlich und automatisiert gemessen sowie gegebenenfalls automatisiert und kontinuierlich auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Durch die automatisierte Überwachung der Konzentrationen der Säuren im Ätzbad gemäß dem Verfahrensschritt d), das heißt die Überwachung der Konzentrationen der Salpetersäure und der Flusssäure im Ätzbad besteht die Möglichkeit, deren Konzentrationen immer auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Dies erfolgt dadurch, dass gegebenenfalls ebenfalls automatisiert und kontinuierlich eine entsprechende Menge an Salpetersäure und/oder Flusssäure dem Ätzbad zugegeben wird. Ein möglicher Verbrauch an Säure wird automatisch ausgeglichen. Die vorbestimmten Konzentrationen der Flusssäure und der Salpetersäure beziehungsweise deren vorbestimmtes Konzentrationsverhältnis richtet sich insbesondere nach der Zusammensetzung des Titanwerkstoffs des zu untersuchenden Werkstücks. Unter dem Begriff „Titanwerkstoff“ werden dabei alle titanhaltigen Werkstoffe verstanden, die bei der Herstellung von Gasturbinen, insbesondere bei der Herstellung von Flugtriebwerken, verwendet werden. Insbesondere kann es sich dabei um Titanlegierungen oder auch um ein Gemisch unterschiedlicher Titanlegierungen handeln.A first aspect of the invention relates to a method for the non-destructive testing of a workpiece surface of a workpiece made of a titanium material by means of an electrochemical treatment method, the method comprising at least the following steps: a) cleaning the workpiece, in particular the area of the workpiece surface to be checked, b) introducing the workpiece , in particular the area of the workpiece surface to be checked, into an etching bath comprising a stain for chemical activation of the workpiece surface, c) introducing the workpiece, in particular the area of the workpiece surface to be checked, into a bath comprising an anodizing electrolyte for anodic oxidation of the workpiece surface, i.e ) introducing the workpiece, in particular the area of the workpiece surface to be checked, into an etching bath comprising a nitric acid/hydrofluoric acid solution for etching the corresponding area of the workpiece surface, and e) optical evaluation of the workpiece surface treated according to method steps a) to d), between At least one rinsing and/or cleaning step is carried out in each of the process steps a) to e). According to the invention, the concentration of the acids in the etching bath is measured continuously and automatically according to process step d) and, if necessary, adjusted automatically and continuously to a predetermined value. Through the automated monitoring of the concentrations of the acids in the etching bath according to process step d), that is, the monitoring of the concentrations of the nitric acid and the hydrofluoric acid in the etching bath, it is possible to always keep their concentrations at a predetermined value. This is done automatically if necessary sized and an appropriate amount of nitric acid and/or hydrofluoric acid is continuously added to the etching bath. Any possible consumption of acid is automatically compensated for. The predetermined concentrations of hydrofluoric acid and nitric acid or their predetermined concentration ratio depend in particular on the composition of the titanium material of the workpiece to be examined. The term “titanium material” refers to all materials containing titanium that are used in the manufacture of gas turbines, particularly in the manufacture of aircraft engines. In particular, these can be titanium alloys or a mixture of different titanium alloys.
Da die Konzentration der Säuren im Ätzbad gemäß dem Verfahrensschritt d) konstant gehalten wird, kann auch die Einwirkzeit, das heißt die Dauer des Ätzvorgangs gemäß dem Verfahrensschritt d) konstant gehalten werden. Die Dauer des Ätzschritts gemäß dem Verfahrensschritt d) kann dabei zwischen 15 und 45 Sekunden betragen, wobei die Dauer des Ätzschritts gemäß Verfahrensschritt d) für Werkstücke bestehend aus identischen oder nahezu identischen Titanwerkstoffen jeweils konstant ist. Entsprechendes gilt für die Temperatur des Ätzbads gemäß dem Verfahrensschritt d), die in einem Bereich zwischen 18°C und 28°C, insbesondere bei 20°C, gehalten wird.Since the concentration of the acids in the etching bath is kept constant according to process step d), the exposure time, i.e. the duration of the etching process according to process step d), can also be kept constant. The duration of the etching step according to process step d) can be between 15 and 45 seconds, with the duration of the etching step according to process step d) being constant for workpieces consisting of identical or almost identical titanium materials. The same applies to the temperature of the etching bath according to process step d), which is maintained in a range between 18 ° C and 28 ° C, in particular at 20 ° C.
Insgesamt ergibt sich durch die Kontrolle der Säurekonzentrationen im Ätzschritt gemäß dem Verfahrensschritt d) die Möglichkeit, Werkstücke und insbesondere deren Werkstückoberflächen unter definierten und identischen oder nahezu identischen Verfahrensparametern wie Dauer des Ätzvorgangs und Temperatur des Ätzbads, zu ätzen beziehungsweise im Verfahrensschritt d) umzufärben. Unterschiedliche Färbeergebnisse, die gegebenenfalls durch unterschiedliche Einwirkzeiten bedingt sind, werden sicher vermieden. Die Färbeergebnisse sind daher reproduzierbar. Zudem ergeben sich keine Unterbrechungen im Verfahrensablauf, die beispielsweise durch eine manuelle Überprüfung der Konzentrationen an Salpetersäure und Flusssäure in dem Ätzbad gemäß Verfahrensschritt d) erfolgen müssten.Overall, the control of the acid concentrations in the etching step according to process step d) results in the possibility of etching workpieces and in particular their workpiece surfaces under defined and identical or almost identical process parameters such as duration of the etching process and temperature of the etching bath or of recoloring them in process step d). Different coloring results, which may be caused by different exposure times, are reliably avoided. The staining results are therefore reproducible. In addition, there are no interruptions in the process, which would have to be done, for example, by manually checking the concentrations of nitric acid and hydrofluoric acid in the etching bath according to process step d).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die kontinuierliche Messung der Konzentration der Säuren im Verfahrensschritt d) mittels eines thermometrischen Titrationsverfahrens. Ein derartiges Titrationsverfahren hat sich als besonders zuverlässig bei der Bestimmung der unterschiedlichen Säurekonzentrationen der Säuren im Ätzbad gemäß dem Verfahrensschritt d) erwiesen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Einstellung der Konzentration der Säuren im Verfahrensschritt d) mittels mindestens einer Dosierpumpe erfolgt. Die Dosierpumpe wird wiederum automatisch gesteuert und gibt entweder Salpeter- oder Flusssäure in entsprechenden Mengen aus einem entsprechenden Vorratsbehältnis in das Ätzbad ab, um die vorbestimmten Säurekonzentrationen konstant beziehungsweise nahezu konstant zu halten. Da jedoch wiederum eine manuelle Zugabe der Säuren nicht mehr notwendig ist, wird auch durch diesen Vorgang das Verfahren nicht unterbrochen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the concentration of the acids in method step d) is measured continuously by means of a thermometric titration method. Such a titration process has proven to be particularly reliable in determining the different acid concentrations of the acids in the etching bath according to process step d). There is also the possibility that the concentration of the acids in process step d) can be adjusted using at least one metering pump. The metering pump is in turn automatically controlled and releases either nitric or hydrofluoric acid in appropriate quantities from a corresponding storage container into the etching bath in order to keep the predetermined acid concentrations constant or almost constant. However, since manual addition of the acids is no longer necessary, this process does not interrupt the process.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Konzentrationen der Säuren im Ätzbad gemäß Verfahrensschritt d) auf Werte zwischen 350 - 370 g/l Salpetersäure und 10 - 16 g/l Flusssäure, insbesondere 10 - 12 g/l Flusssäure, eingestellt. Diese Konzentrationsbereiche sind besonders vorteilhaft bei der Ätzung von Werkstückoberflächen aus unterschiedlichen Titanwerkstoffen. Insbesondere entsteht eine auswertbare und reproduzierbare Umfärbung der Werkstückoberflächen zur Identifizierung von beispielsweise Rissen, Seigerungen, Einschlüssen, etc.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the concentrations of the acids in the etching bath according to process step d) are adjusted to values between 350 - 370 g/l nitric acid and 10 - 16 g/l hydrofluoric acid, in particular 10 - 12 g/l hydrofluoric acid. These concentration ranges are particularly advantageous when etching workpiece surfaces made of different titanium materials. In particular, an evaluable and reproducible color change of the workpiece surfaces is created to identify, for example, cracks, segregations, inclusions, etc.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die optische Auswertung gemäß Verfahrensschritt e) mittels eines digitalen Bildaufnahme- und Bildauswerteverfahrens. Dies bedeutet, dass auch der finale Schritt der Beurteilung der Färbeergebnisse automatisiert werden kann. Durch die Automatisierung kann einerseits das Prüfverfahren beschleunigt werden und andererseits können der optischen Auswertung immer vordefinierte Standards zugrunde gelegt werden. Die Ergebnisse einer derartigen automatischen, digitalen Bildaufnahme und Auswertung führt da ebenfalls zu äußerst reproduzierbaren Ergebnissen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the optical evaluation according to method step e) is carried out using a digital image recording and image evaluation method. This means that the final step of assessing the staining results can also be automated. On the one hand, automation can speed up the testing process and, on the other hand, the optical evaluation can always be based on predefined standards. The results of such automatic, digital image recording and evaluation also lead to extremely reproducible results.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen den Verfahrensschritten d) und e) ein Trocknen des Werkstücks durchgeführt. Damit wird die optische Auswertung der Färbung der Werkstückoberfläche des Werkstücks deutlich vereinfacht.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the workpiece is dried between method steps d) and e). This significantly simplifies the optical evaluation of the coloring of the workpiece surface of the workpiece.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Werkstückoberfläche eine Oberfläche einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine. Bauteile von Strömungsmaschinen, wie z. B. eines Flugzeugtriebwerks, sind besonders kritisch bezüglich Unregelmäßigkeiten an den Bauteiloberflächen, wie z. B. Seigerungen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the workpiece surface is a surface of a turbomachine, in particular a component of a gas turbine. Components of turbomachines, such as B. an aircraft engine, are particularly critical with regard to irregularities on the component surfaces, such as. B. Segregations.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Werkstückoberfläche eine Oberfläche einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass mindestens zwei Verfahrensschritte des im Vorhergehenden beschriebenen Verfahrens automatisiert durchgeführt werden. Je höher der Automatisierungsgrad des Verfahrens ist, desto schneller kann das Verfahren durchgeführt werden und desto reproduzierbarer sind dessen Prüfergebnisse. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass auch die Zusammensetzung der Beize gemäß dem Verfahrensschritt b) kontinuierlich und automatisiert gemessen sowie gegebenenfalls automatisiert und kontinuierlich auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Entsprechendes gilt für die Zusammensetzung beziehungsweise Konzentration des Anodisier-Elektrolyten gemäß dem Verfahrensschritt c). Dabei kann der Anodisier-Elektrolyt insbesondere ein Trinatriumphosphat mit einer vorbestimmten Konzentration aufweisen. Auch die im Verfahrensschritt a) verwendete Reinigungslösung kann hinsichtlich ihrer Zusammensetzung automatisch überwacht und gegebenenfalls automatisch eingestellt werden.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the workpiece surface is a surface of a turbomachine, in particular a component of a gas turbine. Furthermore, there is the possibility that at least two process steps of the process described above are carried out automatically. The higher the degree of automation of the process, the faster the process can be carried out and the more reproducible its test results are. For example, it is possible that the composition of the stain according to process step b) is also measured continuously and automatically and, if necessary, adjusted automatically and continuously to a predetermined value. The same applies to the composition or concentration of the anodizing electrolyte according to process step c). The anodizing electrolyte can in particular have a trisodium phosphate with a predetermined concentration. The cleaning solution used in process step a) can also be automatically monitored with regard to its composition and, if necessary, adjusted automatically.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstückoberfläche eines Werkstücks aus dem Titanwerkstoff mittels eines elektrochemischen Behandlungsverfahrens. Die Vorrichtung umfasst dabei mindestens ein Analysegerät zur B estimmung einer Konzentration der Säuren eines eine Salpetersäure/Flusssäure-Lösung umfassenden Ätzbads sowie mindestens eine Zugabevorrichtung zur Abgabe von vorbestimmten Mengen an Salpetersäure und Flusssäure an das Ätzbad. Durch das genannte Analysegerät besteht die Möglichkeit, dass die Konzentrationen an Salpetersäure und Flusssäure im Ätzbad kontinuierlich gemessen und durch die Zugabevorrichtung automatisch immer auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden können. Aufgrund der immer gleichen beziehungsweise nahezu gleichen Konzentration an Salpetersäure und Flusssäure im Ätzbad kann auch die Dauer des Einwirkens des Ätzbads auf die Werkstückoberfläche des Werkstücks konstant gehalten werden. Entsprechendes gilt für die Temperatur des Ätzbads, wie bereits im Vorhergehenden beschrieben worden ist. Insgesamt ergibt sich dadurch die Möglichkeit, dass der Färbe- beziehungsweise Umfärbevorgang der zu überprüfenden Werkstückoberfläche unter immer konstanten und damit reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden kann. Die daraus resultierenden Färbeergebnisse sind äußerst reproduzierbar.A second aspect of the invention relates to a device for the non-destructive testing of a workpiece surface of a workpiece made of the titanium material by means of an electrochemical treatment process. The device comprises at least one analysis device for determining a concentration of the acids in an etching bath comprising a nitric acid/hydrofluoric acid solution and at least one addition device for delivering predetermined amounts of nitric acid and hydrofluoric acid to the etching bath. The analysis device mentioned makes it possible for the concentrations of nitric acid and hydrofluoric acid in the etching bath to be continuously measured and always automatically adjusted to a predetermined value by the addition device. Due to the always the same or almost the same concentration of nitric acid and hydrofluoric acid in the etching bath, the duration of the action of the etching bath on the workpiece surface of the workpiece can also be kept constant. The same applies to the temperature of the etching bath, as already described above. Overall, this creates the possibility that the coloring or recoloring process of the workpiece surface to be checked can be carried out under always constant and therefore reproducible conditions. The resulting staining results are extremely reproducible.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl an Bearbeitungsstationen und Reinigungsstationen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Vorrichtung mindestens ein Transportsystem mit mindestens einer Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme mindestens eines Werkstücks aufweist. Durch das Transportsystem wird ein sicherer Transport der zu überprüfenden Werkstücke zu den entsprechenden Bearbeitungs- und Reinigungsstationen gewährleistet. Dadurch kann die Prüfung der Werkstückoberfläche automatisiert, ohne Unterbrechung und damit relativ schnell durchgeführt werden.In further advantageous embodiments of the device according to the invention, the device comprises a large number of processing stations and cleaning stations. Furthermore, it is possible for the device to have at least one transport system with at least one receiving device for receiving at least one workpiece. The transport system ensures safe transport of the workpieces to be checked to the appropriate processing and cleaning stations. This means that the inspection of the workpiece surface can be carried out automatically, without interruption and therefore relatively quickly.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens wie im Vorhergehenden beschrieben bei der Herstellung, bei der Schlussprüfung und bei der Instandsetzung von Bauteilen einer Strömungsmaschine, insbesondere von Bauteilen einer Gasturbine. Die Verwendung dieses Verfahrens führt zu einem schnellen Verfahrensablauf und reproduzierbaren Prüfergebnissen.A third aspect of the invention relates to the use of a method as described above in the production, final testing and repair of components of a turbomachine, in particular components of a gas turbine. The use of this method leads to a quick procedure and reproducible test results.
Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspekts, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.The statements on one of the aspects of the invention, in particular on individual features of this aspect, also apply analogously to the other aspects of the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention emerge from the claims, the exemplary embodiments and the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiments can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The figure shows a schematic representation of a device according to the invention.
Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 10 zur zerstörungsfreien Prüfung einer Werkstückoberfläche 36 eines Werkstücks 34. Das Werkstück 34 besteht dabei aus einem Titanwerkstoff, insbesondere einer Titanlegierung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 34 ein Bauteil einer Gasturbine. Die zerstörungsfreie Prüfung erfolgt dabei mittels eines elektrochemischen Behandlungsverfahrens, welches unter dem Namen „Blue Etch“ oder „Blue Etch Anodize“ bekannt ist. Man erkennt, dass die Vorrichtung 10 eine Vielzahl an Bearbeitungsstationen und Reinigungsstationen umfasst. Diese werden im Folgenden näher beschrieben. Des Weiteren weist die Vorrichtung 10 ein Transportsystem 50 auf, wobei das Transportsystem 50 eine Vielzahl von Aufnahmevorrichtungen 52 zur Aufnahme jeweils mindestens eines Werkstücks 34 aufweist. Über die Aufnahmevorrichtungen 52 und das Transportsystem 50 überführen die Werkstücke 34 zu den jeweiligen Bearbeitungsstationen und Reinigungsstationen. Vereinfacht ist dies in der Figur mittels dem Richtungspfeil dargestellt.The figure shows a schematic representation of a device 10 for the non-destructive testing of a workpiece surface 36 of a workpiece 34. The workpiece 34 consists of a titanium material, in particular a titanium alloy. In the exemplary embodiment shown, the workpiece 34 is a component of a gas turbine. The non-destructive testing is carried out using an electrochemical treatment process known as “Blue Etch” or “Blue Etch Anodize”. It can be seen that the device 10 includes a large number of processing stations and cleaning stations. These are described in more detail below. Furthermore, the device 10 has a transport system 50, wherein the transport system 50 has a plurality of receiving devices 52 for receiving at least one workpiece 34 each. The workpieces 34 are transferred to the respective processing stations and cleaning stations via the receiving devices 52 and the transport system 50. This is shown in simplified form in the figure using the directional arrow.
In einem ersten Verfahrensschritt a) des Prüfverfahrens werden die Werkstücke 34 beziehungsweise die Werkstückoberflächen 36 in einem sich in einem Reinigungsbehälter 18 befindlichen Reinigungsbads 54 gereinigt. Der Reinigungsbehälter 18 kann dabei aus einem Chrom-Nickel-Stahl oder einem geeigneten Kunststoff bestehen. Zudem kann der Reinigungsbehälter 18 beheizbar sein, um die Reinigungslösung 54 zu erwärmen. Die Reinigungslösung beziehungsweise das Reinigungsbad 54 besteht unter anderem aus einer starken Lauge. Die Temperatur des Reinigungsbads 54 kann dabei 60°C - 82°C betragen. Über das Transportsystem 50 beziehungsweise die entsprechende Aufnahmevorrichtung 52 wird dann das Werkstück 34 anschließend zu einer weiteren Bearbeitungsstation, nämlich einen ersten Ätzbehälter 20 verbracht. Vor dem Einbringen des Werkstücks 34 in den Ätzbehälter 20 erfolgt ein Kaltwasserspülen des Werkstücks 34 an einer Spülvorrichtung 30.In a first method step a) of the test method, the workpieces 34 or the workpiece surfaces 36 are cleaned in a cleaning bath 54 located in a cleaning container 18. The cleaning container 18 can consist of chrome-nickel steel or a suitable plastic. In addition, the cleaning container 18 can be heated in order to heat the cleaning solution 54. The cleaning solution or the cleaning bath 54 consists, among other things, of a strong lye. The temperature of the cleaning bath 54 can be 60°C - 82°C. The workpiece 34 is then transported to a further processing station, namely a first etching container 20, via the transport system 50 or the corresponding receiving device 52. Before the workpiece 34 is introduced into the etching container 20, the workpiece 34 is rinsed with cold water on a rinsing device 30.
Der erste Ätzbehälter 20 umfasst ein Ätzbad 56 zum Ätzen der Werkstückoberflächen 36 der Werkstücke 34 vor einem Anodisieren. In einem entsprechenden Verfahrensschritt b) wird das Werkstück in das Ätzbad 56 umfassend eine Beize zur chemischen Aktivierung der Werkstückoberfläche 36 eingebracht. Der erste Ätzbehälter 20 besteht dabei aus säureresistentem Material. Die Beize kann Schwefelsäure und Natriumfluorid umfassen. Das Ätzbad 56 in dem ersten Ätzbehälter 20 dient zur makroskopischen Ätzung der Werkstückoberfläche 36. Nach einer vorbestimmten Ätzdauer von maximal 180 Sekunden wird das Werkstück 34 mittels der Aufnahmevorrichtung 52 aus dem ersten Ätzbehälter 20 entfernt und zu einer weiteren Spülvorrichtung 30 transportiert. Es erfolgt wiederum ein Kaltwasserspülen des Werkstücks 34. Nach diesem Kaltwasserspülen wird das Werkstück 34 in einen Anodisierbehälter 22 eingebracht. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass vor dem Einbringen des Werkstücks 34 in den Anodisierbehälter 22 ein möglicher Ätzbelag auf der Werkstückoberfläche 36, der durch den Ätzvorgang gemäß Verfahrensschritt b) entstanden ist, zu entfernen. Dies kann die Qualität des folgenden Anodisiervorgangs verbessern.The first etching container 20 includes an etching bath 56 for etching the workpiece surfaces 36 of the workpieces 34 before anodizing. In a corresponding method step b), the workpiece is introduced into the etching bath 56 comprising a pickle for chemically activating the workpiece surface 36. The first etching container 20 consists of acid-resistant material. The mordant may include sulfuric acid and sodium fluoride. The etching bath 56 in the first etching container 20 is used for macroscopic etching of the workpiece surface 36. After a predetermined etching time of a maximum of 180 seconds, the workpiece 34 is removed from the first etching container 20 using the receiving device 52 and transported to a further rinsing device 30. The workpiece 34 is again rinsed with cold water. After this cold water rinse, the workpiece 34 is placed in an anodizing container 22. However, there is also the possibility of removing a possible etching deposit on the workpiece surface 36, which was created by the etching process according to method step b), before introducing the workpiece 34 into the anodizing container 22. This can improve the quality of the following anodizing process.
Der Anodisierbehälter 22 weist ein Bad 58 umfassend einen Anodisier-Elektrolyten zur anodischen Oxidation der Werkstückoberfläche 36 auf. Bei dem Anodisier-Elektrolyten handelt es sich üblicherweise um einen Trinatriumphosphat-Anodisier-Elektrolyten. Bei einer Betriebstemperatur von ca. 18°C - 28°C erfolgt die anodische Oxidation der Werkstückoberfläche 36 gemäß einem weiteren Verfahrensschritt c). Das Werkstück 34 bildet dabei die Anode.The anodizing container 22 has a bath 58 comprising an anodizing electrolyte for anodic oxidation of the workpiece surface 36. The anodizing electrolyte is usually a trisodium phosphate anodizing electrolyte. At an operating temperature of approximately 18 ° C - 28 ° C, the anodic oxidation of the workpiece surface 36 takes place according to a further process step c). The workpiece 34 forms the anode.
Nach Beendigung des Anodisiervorgangs wird das Werkstück 34 wiederum einer weiteren Spülvorrichtung 30 zum Kaltwasserspülen zugeführt. Anschließend wird das Werkstück 34 mit den zu überprüfenden Bereichen der Werkstückoberfläche 36 in ein weiteres Ätzbad 14 umfassend eine Salpetersäure/Flusssäure-Lösung zum Ätzen der entsprechenden Bereiche der Werkstückoberfläche 36 eingebracht. Hierfür ist ein zweiter Ätzbehälter 24 vorgesehen, der das entsprechendes Ätzbad 14 aufweist. Des Weiteren wird in diesem weiteren Verfahrensschritt d) die Konzentration der Säuren im Ätzbad 14 kontinuierlich und automatisiert gemessen sowie gegebenenfalls automatisiert und kontinuierlich auf einen vorbestimmten Wert eingestellt. Hierfür weist die Vorrichtung 10 ein Analysegerät 12 zur Bestimmung der Konzentration der Säuren in der Salpetersäure/Flusssäure-Lösung auf. Zudem ist eine Zugabevorrichtung 16 zur Abgabe von vorbestimmten Mengen an Salpetersäure und Flusssäure an das Ätzbad 14 vorgesehen. Man erkennt, dass das Analysegerät 12 eine Titriervorrichtung mit einer Temperatursonde 38 sowie eine entsprechende Steuer- und Auswertevorrichtung 40 aufweist, die mit der Titriervorrichtung 38 datenleitend verbunden ist. Über die automatisierte Titration können mit Hilfe der Temperatursonde die Konzentrationen der Salpetersäure und der Flusssäure in dem Ätzbad 14 über minimale Temperaturänderungen während der Titration zuverlässig bestimmt werden, wobei über die Zugabevorrichtung 16, insbesondere über eine Dosierpumpe, die Zugabe der Salpeter- und/oder Flusssäure reguliert wird. Die Zugabevorrichtung 16 ist dabei über eine Leitung 44 flüssigkeitsleitend mit einem Vorratsbehälter 42 zur Aufnahme der entsprechenden Säuren und mit der Steuer- und Auswertevorrichtung 40 zur Steuerung der Zugabemengen, verbunden. Die kontinuierliche Messung der Konzentration der Säuren in dem genannten Verfahrensschritt d) erfolgt also mittels eines thermometrischen Titrationsverfahrens. Auch andere Messverfahren sind denkbar. Dabei werden die Konzentrationen der Säuren im Ätzbad 14 gemäß dem Verfahrensschritt d) auf Werte von 350 - 370 g/l Salpetersäure und 10 - 16 g/l Flusssäure, insbesondere 10 - 12 g/l Flusssäure, eingestellt. Die einzelnen Säurekonzentrationen richten sich nach der Zusammensetzung des Titanwerkstoffs. Die Dauer des Ätzschritts gemäß Verfahrensschritt d) beträgt zwischen 15 und 45 Sekunden und ist für identische oder nahezu identische Titanwerkstoffe jeweils konstant. Das Ätzbad 14 weist zudem eine Temperatur in einem Bereich zwischen 18°C und 28°C, insbesondere 20°C, auf. Die Temperatur wird in einem engen Bereich, das heißt mit einer Abweichung von maximal ca. 0,5%, konstant gehalten. Durch das Ätzen in dem Ätzbad 14 erfolgt eine Blau-Grau-Färbung der Werkstückoberfläche 36 des Werkstücks 34. Aufgrund der konstanten Säurekonzentrationen, der konstanten Zeitdauer des Ätzvorgangs sowie die Durchführung des Ätzvorgangs unter gleichbleibenden Temperaturbedingungen ergeben sich reproduzierbare Färbeergebnisse.After the anodizing process has ended, the workpiece 34 is again fed to another rinsing device 30 for cold water rinsing. The workpiece 34 with the areas of the workpiece surface 36 to be checked is then introduced into a further etching bath 14 comprising a nitric acid/hydrofluoric acid solution for etching the corresponding areas of the workpiece surface 36. For this purpose, a second etching container 24 is provided, which has the corresponding etching bath 14. Furthermore, in this further process step d), the concentration of the acids in the etching bath 14 is measured continuously and automatically and, if necessary, adjusted automatically and continuously to a predetermined value. For this purpose, the device 10 has an analysis device 12 for determining the concentration of the acids in the nitric acid/hydrofluoric acid solution. In addition, an addition device 16 is provided for delivering predetermined amounts of nitric acid and hydrofluoric acid to the etching bath 14. It can be seen that the analysis device 12 has a titration device with a temperature probe 38 as well as a corresponding control and evaluation device 40, which is connected to the titration device 38 in a data-conducting manner. Via the automated titration, with the help of the temperature probe, the concentrations of the nitric acid and the hydrofluoric acid in the etching bath 14 can be reliably determined via minimal temperature changes during the titration, with the addition of the nitric and/or hydrofluoric acid being carried out via the addition device 16, in particular via a metering pump is regulated. The addition device 16 is connected in a liquid-conducting manner via a line 44 to a storage container 42 for holding the corresponding acids and to the control and evaluation device 40 for controlling the amounts added. The continuous measurement of the concentration of the acids in the process step d) mentioned is carried out using a thermometric titration process. Other measurement methods are also conceivable. The concentrations of the acids in the etching bath 14 are adjusted according to process step d) to values of 350 - 370 g/l nitric acid and 10 - 16 g/l hydrofluoric acid, in particular 10 - 12 g/l hydrofluoric acid. The individual acid concentrations depend on the composition of the titanium material. The duration of the etching step according to process step d) is between 15 and 45 seconds and is constant for identical or almost identical titanium materials. The etching bath 14 also has a temperature in a range between 18 ° C and 28 ° C, in particular 20 ° C. The temperature is kept constant within a narrow range, i.e. with a maximum deviation of approx. 0.5%. The etching in the etching bath 14 results in a blue-gray coloring of the workpiece surface 36 of the workpiece 34. Due to the constant acid concentrations, the constant duration of the etching process and the execution of the etching process Under constant temperature conditions, reproducible dyeing results are achieved.
Nach der Herausnahme des gefärbten Werkstücks 34 aus dem Ätzbad 14 wird das Werkstück 34 einer weiteren Spülvorrichtung 30 zum Kaltwasserspülen zugeführt. Anschließend erfolgt ein weiterer Spülvorgang an einer Spülvorrichtung 32, wobei der Spülvorgang an der Spülvorrichtung 32 mittels Heißwassers erfolgt. Anschließend erfolgt eine Trocknung des Werkstücks 34 mittels einer Trocknungsvorrichtung 26. Nach der Trocknung wird das Werkstück 34 mittels des Transportsystems 50 einer Auswertevorrichtung 28 zugeführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Auswertevorrichtung 28 eine Kamera 46 und eine damit verbundene Recheneinheit 48 zur digitalen Bildaufnahme und Bildauswertung auf. In dem als Verfahrensschritt e) bezeichneten optischen Auswerteschritt wird die Werkstückoberfläche 36 auf Seigerungen, Einschlüsse, Verunreinigung oder andere Auffälligkeiten untersucht. Aufgrund der erfolgten Färbung der Werkstückoberfläche 36 mittels des beschriebenen Prüfverfahrens sind derartige Auffälligkeiten an der Werkstückoberfläche 36 deutlich sichtbar und können entsprechend ausgewertet werden. Es ist auch möglich, dass die optische Auswertung durch eine entsprechend geschulte Fachkraft erfolgt.After the colored workpiece 34 has been removed from the etching bath 14, the workpiece 34 is fed to a further rinsing device 30 for cold water rinsing. A further rinsing process then takes place on a rinsing device 32, the rinsing process on the rinsing device 32 being carried out using hot water. The workpiece 34 is then dried by means of a drying device 26. After drying, the workpiece 34 is fed to an evaluation device 28 by means of the transport system 50. In the exemplary embodiment shown, the evaluation device 28 has a camera 46 and a computing unit 48 connected to it for digital image recording and image evaluation. In the optical evaluation step referred to as method step e), the workpiece surface 36 is examined for segregations, inclusions, contamination or other abnormalities. Due to the coloring of the workpiece surface 36 using the test method described, such abnormalities on the workpiece surface 36 are clearly visible and can be evaluated accordingly. It is also possible for the optical evaluation to be carried out by an appropriately trained specialist.
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen beispielsweise aufgrund von Messfehlern, Systemfehlern, Einwaagefehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen.The parameter values specified in the documents for defining process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject matter of the invention are also to be regarded as being included within the scope of the invention in the context of deviations, for example due to measurement errors, system errors, weighing errors, DIN tolerances and the like.
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1212
- AnalysegerätAnalyzer
- 1414
- ÄtzbadEtching bath
- 1616
- ZugabevorrichtungAdding device
- 1818
- ReinigungsbehälterCleaning container
- 2020
- Erster ÄtzbehälterFirst etching container
- 2222
- AnodisierbehälterAnodizing container
- 2424
- Zweiter ÄtzbehälterSecond etching container
- 2626
- TrocknungsvorrichtungDrying device
- 2828
- AuswertevorrichtungEvaluation device
- 3030
- SpülvorrichtungFlushing device
- 3232
- SpülvorrichtungFlushing device
- 3434
- Werkstückworkpiece
- 3636
- Werkstückoberflächeworkpiece surface
- 3838
- Titriervorrichtung mit TemperatursondeTitration device with temperature probe
- 4040
- SteuervorrichtungControl device
- 4242
- Vorratsbehälterstorage container
- 4444
- LeitungLine
- 4646
- Kameracamera
- 4848
- RechnereinheitComputing unit
- 5050
- TransportsystemTransportation system
- 5252
- AufnahmevorrichtungRecording device
- 5454
- ReinigungsbadCleansing bath
- 5656
- ÄtzbadEtching bath
- 5858
- Badbath
Claims (13)
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