DE1573927C - Anordnung zur Bestimmung von Restspannungen in Werkstucken großer Starke sowie in Schweißverbindungen - Google Patents

Description

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der Zone des Loches mit geringem Durchmesser, Wenn die Hauptachsen der Formänderungen beelastische und bleibende Formänderungen auftreten. kannt sind, wird ein Körper, beispielsweise aus orga-Jedoch ändert sich der Spannungszustand beim Boh- nischem Glas oder Epoxydharz gefertigt, in dem die ren eines solchen Loches nur unbedeutend im Ab- drei Geber 7, 8 und 9 zur Messung der linearen Formstande, der größer als der fünffache Halbmesser 5 änderungen in zwei Ebenen angeordnet sind. Die dieses Loches ist. Beim Ausschneiden eines Stab- Geberanzeigen werden an Ausführungen 10 abgechens 4 mit D = 40 mm konzentrisch zum Loch mit nommen.

d — 8 mm und der in ihm eingesetzten Vorrichtung 1 Wenn der Spannungszustand in mehreren Punkten

wird das Stäbchen 4 von den es umgebenden Ver- ermittelt werden soll, sind die zueinander senkrecht

bindungen gelöst, wobei das Stäbchen 4 infolge Be- io stehenden Ebenen mit den in ihnen befindlichen

seitigung der an seiner Außenfläche mit D = 40 mm Gebern in den vorgegebenen Punkten im .Inneren des

in allen Richtungen auftretenden Spannungen ver- zu untersuchenden Werkstoffes anzuordnen. Der in

formt wird. In der Zone, die sich außerhalb des Längsrichtung der Vorrichtung befindliche Geber

Kreises D ~5<2 befindet, ist die Verzerrung des Span- wird in eine beliebige der beiden zueinander senk-

nungsfeldes, das im Werkstück beim Bohren des x5 rechten Ebenen gelegt.

Loches »if« erzeugt wird, schon gering. Daher ver- Wenn die Hauptachsen der Formänderungen nicht formt sich das Stäbchen 4 bei Beseitigung der Span- bekannt sind, so besitzt die Vorrichtung zum Bestimnungen, die im Werkstück am Umfang des Zylinders men der mechanischen Spannungen drei Geber 11, mit 40 mm Durchmesser vorhanden waren. 12 und 13, die sich in einer Ebene befinden und Da die Beseitigung der Spannungen elastisch und 20 miteinander Winkel von 45° (Fig. 3) oder 60° ohne bleibende Formänderungen vor sich geht, kön- (Fig. 4) bilden. Der vierte Geber 14 liegt senkrecht nen, indem die Formänderungskomponenten Σχ, zur Ebene der ersten drei Geber.
Zy, Σr beim Ausschneiden des Stäbchens 4 ermittelt Zwischen dem Vorrichtungskörper und dem zum werden, auch die mittleren Spannungen in der Zone Befestigen der Vorrichtung im Werkstück verwenbestimmt werden, welche dem äußeren Durchmesser 25 deten erhärtenden Material soll eine gute Adhäsion des Stäbchens 4 gleich sind. Hierbei sind das Loch bestehen. Der Körperwerkstoff muß ausreichende im Werkstück und die Geber in diesem Loch so Verformungsfähigkeit besitzen. Diese Bedingungen anzuordnen, daß sie mit den Hauptachsen der Form- werden beispielsweise bei Messungen bleibender und änderungen zusammenfallen, vorausgesetzt, daß diese wirksamer Spannungen bei einer Temperatur bis bekannt sind. 30 30° C in Stahl- oder Aluminiumwerkstücken durch Es kann auch der Spannungszustand nicht nur in organisches Glas und erhärtendes Epoxydharz erfüllt, einem, sondern in mehreren Punkten im Inneren des Die Anordnung zum Bestimmen der Restspannun-Werkstoffes bestimmt werden, wenn zu diesem gen im Inneren von Werkstücken kann in der Tech-Zwecke mehrere Geber längs der in dem gefertigten nik weitgehend bei der Erforschung von Restspan-Loch eingesetzten Vorrichtung 1 vorgesehen werden. 35 nungen in großen Schweißkonstruktionen (mit beim Gegensatz zu allen bekannten Methoden, bei deutender Dicke) verwendet werden. Die Anordnung denen die untersuchten Werkstücke zerstört werden, kann auch im Hüttenwesen zur Erforschung von können nach der vorliegenden Erfindung an einer Größe und Feld von Restspannungen in Rohlingen, ganzen Reihe von Werkstücken, beispielsweise an beispielsweise in gegossenen, gesenkgeschmiedeten, Gitterplatten von Wärmeaustauschapparaten, die 40 gewalzten und anderen Halbfabrikaten, mit großer räumlichen Restspannungen im Inneren der Werk- Dicke nach verschiedenartiger Wärmebehandlung stücke untersucht werden, ohne diese (zur Weiter- verwendet werden.

verwendung) unbrauchbar zu machen, indem ein Die Anordnung kann auch zur Erforschung von

Stäbchen aus dem Werkstück ausgeschnitten wird. Spannungsrelaxationsvorgängen nach dem Anlassen

Die Vorrichtung 1 zum Bestimmen von Restspan- 45 in Werkstücken mit großen Abmessungen und großer

nungen sowie auch mehrachsiger wirksamer Span- Dicke benutzt werden.

nungen im Inneren von Werkstücken besteht aus dem Die Anordnung dient auch zur Erforschung mehr-Körper 6 (Fig. 2), in dem Geber 7, 8 und 9, die zur achsiger Spannungszustände im Metall von Werk-Bestimmung der linearen Formänderungen dienen, stücken, die sich unter Wirklast oder deren Nacheingebaut sind. 50 ahmung befinden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 nungen sind dadurch nicht zu erzielen. Diese Patro- Patentansprüche: nen müssen einen großen Durchmesser aufweisen und sind äußerst kompliziert herzustellen.

1. Anordnung zur Bestimmung von Restspan- Durch den relativ großen Durchmesser, den die nungen in Werkstücken großer Stärke sowie in 5 Meßpatronen aufweisen müssen, sind die zur BeSchweißverbindungen durch eine dreiachsige Stimmung von Restspannungen in Metallen, wo sich Druckmessung, bei der Meßgeber in einer Meß- die Spannungsverhältnisse in einem Werkstück, inspatrone in zwei senkrecht aufeinanderstehenden besondere bei Schweißverbindungen, auf kleinem Ebenen vorgesehen sind, die in ein gebohrtes Raum stark ändern, nicht geeignet. Außerdem wür-Loch einzementiert ist, dadurch gekenn- io den die Werkstücke so stark beschädigt, daß eine zeichnet, daß die Meßpatrone koaxial in die Weiterverarbeitung unmöglich ist.
Werkstoffbohrung eingebettet ist, deren Durch- Aus der USA.-Patentschrift 2 599 578 ist eine messer zum Meßpatronendurchmesser sich in Meßpatrone bekannt, die ebenfalls gleiche physikaetwa wie 5 :1 verhält. lische Eigenschaften aufweisen muß, wie das feste

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 Medium, in dem die Spannungen gemessen werden kennzeichnet, daß die Meßpatrone aus einem sollen. Mit dieser Meßpatrone sind auch nur aktive elastischen Material besteht, das einen anderen Spannungen zu messen. Auch die Herstellung der Elastizitätsmodul und eine andere Poissonsche Patrone ist mit erheblichem Aufwand verbunden und Zahl aufweist als das Werkstückmaterial. . bedarf hoher Präzisionsarbeit.

20 Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Bestimmung von Restspannungen in Werkstücken

großer Stärke sowie in Schweißverbindungen anzugeben, die auf einfache und schnelle Art gestattet, Spannungen in mehreren Punkten im Inneren des

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Be- 25 untersuchten Werkstückes zu ermitteln, ohne daß das Stimmung von Restspannungen in Werkstücken gro- untersuchte Werkstück zur Weiterverwendung unßer Stärke sowie in Schweißverbindungen durch eine brauchbar wird und ohne daß die Meßergebnisse dreiachsige Druckmessung, bei der Meßgeber in einer durch Verzerrungen, die durch das Bohren eines Meßpatrone in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Loches entstehen, verfälscht werden, sowie eine Ebenen vorgesehen sind, die in ein gebohrtes Loch 30 Patrone anzugeben, die leicht, einfach und schnell einzementiert ist. herzustellen ist. Dies wird nach der Erfindung da-

In Werkstücken großer Dicke, beispielsweise in durch gelöst, daß die Meßpatrone koaxial in die Schweißverbindungen, Guß- und Gesenkschmiede- Werkstoffbohrung eingebettet ist, deren Durchmesser stücken, Walzgut u. dgl. ist es notwendig, die bleiben- zum Meßpatronendurchmesser sich in etwa wie 5 :1 den Spannungen zu ermitteln, da die Leistungsfähig- 35 verhält.

keit der verschiedenartigsten Konstruktionen weit- Es ist vorteilhaft, daß die Meßpatrone aus einem

gehend von diesen Spannungen abhängt. elastischen Material besteht, das einen anderen EIa-

Es ist für bleibende Spannungen in Werkstücken stizitätsmodul und eine andere Poissonsche Zahl aufmit großer Dicke spezifisch, daß Höhe und Feld der weist als das Werkstückmaterial,
bleibenden Spannungen in Abhängigkeit von der 40 Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Aus-Dicke des Werkstückes und dessen Fertigungsver- führungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung fahren an der Oberfläche und im Inneren des Werk- näher erläutert. Es zeigt

Stückes verschieden sind. Daher liefern Verfahren, Fi'g. 1 eine Schweißnaht mit einer in ihr einge-

mit denen die bleibenden Spannungen der Werk- setzten Vorrichtung zum Bestimmen der Restspanstückoberfläche gemessen werden. Ergebnisse, an 45 nungen im Innern der Naht,

Hand derer noch keine Schlüsse für die Spannungen F i g. 2 eine Anordnung zum Messen der Rest-

im Innern gezogen werden können; um die erforder- spannungen,

liehen Werte zu erhalten, müssen die bleibenden F i g. 3 eine weitere Anordnung zum Messen der

Spannungen im Innern des Werkstücks gemessen Restspannungen, bei der die Geber Winkel von 45° werden. . so miteinander bilden,_; . _L-._i;,.:. ^._£, Ξ;

Aus »Kali und Steinsalz«, Bd. 3, 1963, Heft 10, Fig. 4 eine Anordnung zum Messen der Rest-

S. 330 bis 337, ist eine Salzpatrone bekannt, die zur spannungen, bei der die Geber Winkel von 60° mit-Bestimmung des absoluten aktiven Gebirgsdruckes, einander bilden.

eines Druckes, der über einen großen Bereich gleich- In "einem Loch mit denf Durchmesser "d'='8 mm,

bleibt, dient. Dazu ist es erforderlich, daß die Patrone 55 das in Richtung der Schweißnahtdicke (längs der aus dem gleichen Material wie die Umgebung be- Achse) oder in einer anderen Richtung gebohrt ist, steht, da durch den Gebirgsdruck insbesondere in wird eine Vorrichtung 1(Fi g. 1) eingesetzt, mit der Salz, auch eine wesentliche plastische Verformung die Größe der Spannungen im Werkstoff 2 bestimmt entsteht, so daß ein Patronenkörper aus anderem werden kann. Es wird, nachdem die Vorrichtung Material die Ergebnisse völlig verfälschen würde. 60 eingesetzt und mittels erhärtendem Material 3 ein-Es ist daher wichtig, daß das Material der Patrone zementiert ist, ein Werkstoff stäbchen 4 mit einem und die Einbettung der Patrone so erfolgt, daß eine Durchmesser von D = 40 mm aus der Schweißnaht 5 höchstmögliche Homogenität insbesondere der physi- ausgeschnitten. Das Stäbchen 4 ist konzentrisch zu kaiischen Eigenschaften erfolgt. Dadurch, daß auch dem Loch mit d = 8 mm und der in ihm eingeeine plastische Verformung auftritt, ist durch das 65 setzten Vorrichtung 1.

Herausbohren der Meßpatrone lediglich die Aussage Es können, wenn im Werkstoff 2 hohe Spannungen

möglich, daß die Stauchung nachläßt, irgendwelche vorhanden sind, dank der bedeutenden Spannungsexakte Aussagen über noch vorhandene Restspan- konzentration an der Innenfläche des Stäbchens 4 in