DE2417232B2

DE2417232B2 - Zerstoerungsfreie pruefung der ermuedung von bauteilen

Info

Publication number: DE2417232B2
Application number: DE19742417232
Authority: DE
Inventors: Enno van Dr.-Ing. 7772 UhIdingen-Mühlhofen; Rieger Horst Dr.rer.nat. 7759 Immenstaad; Sahm Karl-Frieder Dr.rer.nat 7990 Friedrichshafen Rensen
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1974-04-09
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2417232A1; DE2417232C3

Description

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Die Erfindung betrifft die zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen, wobei auf der Oberfläche des Bauteils ein Teststreifen innig befestigt wird, der während der Wechselbeanspruchung eine seiner Eigenschaften meßbar ändert.

Ein Prüfverfahren dieser Art ist aus der DT-AS 20 63 913 bekannt, wobei ein Film aus einem lichtdurchlässigen Stoff auf das Material eines Bauteils aufgeklebt wird und die Ausbreitung eines Streifenmusters auf dem Film unter weißem Licht beobachtet wird, die mit steigendem Ermüdungsgrad fortschreitet. Dabei erscheint das Streifenmuster auf ähnliche Art, wie bei den bekannten fotoelastischen Prüfungsverfahren mit monochromatischem Licht. Das Streifenmuster wird mit einem Testmuster verglichen und die zunehmende Ermüdung des Materials bestimmt. Es mag sein, daß sich mit diesem Verfahren zufriedenstellende Ergebnisse erzielen lassen. Jedoch besteht die Möglichkeit, daß die Ausbildung des Streifenmusters einen Zusammenhang mit der Größe der Spannung aufweist.

Ein Streifenmuster zur Bestimmung der Hauptspannungsrichtungen ist aus Schweißtechnik 15, 1965, Heft 10, Seilen 450 bis 4M bekannt. Hier werden Anwendungsfälle und Grenzen des Reißlackverfahrens beschrieben. Dieses Verfahren ist eine statische <m Methode zur Bestimmung der Hauptspannungsrichtungen, wobei Spannungsrichtungen optisch sichtbar gemacht werden. Mit Hilfe des Reißlackverfahrens kann nicht einmal die Größe der Spannungen quantitativ erfaßt werden und es läßt insbesondere keine ·>5 Rückschlüsse auf die Häufigkeit der bei dynamischer Wechselbeanspruchung erfolgten Lastwechsel zu.

Ein anderes Verfahren zur Ermüdungsprüfung ist aus der US-PS 32 72 003 aas der Zeitschrift »Luftfahrttechnik, Raumfahrttechnik« 14 (1968), Nr. 7/8, Juli/August. Seite 196 bekannt. Dabei wird mit Hilfe eines Meßwiderstands die in einem bestimmten Zeitpunkt noch zu erwartende Lebensdauer von solchen Bauteilen erfaßt, die z. B. einer Dauerschwingbeanspruchung ausgesetzt sind. Der Meßwiderstand wird an einem geeigneten Ort auf der Oberfläche eines Bauteils befestigt und die mechanische Wechselbeanspruchung des Bauteils bewirkt einen von der Anzahl und den Amplituden der Lastwechsel abhamgigen, irreversiblen Widerstandszuwachs, der mit Hilfe eines Widerstandsmeßgeräts meßbar ist. Bei dieser Prüfmethode gewinnt der Prüfende mit einem Meßstreifen einen einzigen Meßwert, aui den er sich verlassen muß. Er kann nicht erkennen, ob Störeinflüsse, wie statische Restspannungen, Spannungen infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung oder aber Schlageinwirkungen das Meßergebnis verfälschen. Üblicherweise werden mit solchen Dehnmeßstreifen statische Spannungen gemessen. Es besteht die Gefahr, daß statische Restspannungen der durch Ermüdung hervorgerufenen Meßwert überlagern, der dadurch unbrauchbar wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermüdung von Bauteilen zerstörungsfrei zu prüfen und hierfür einen Teststreifen zu wählen, der eine seiner Eigenschaften deutlich erkennbar bei fortschreitender Ermüdung verändert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein dünner, kristalliner Metallstreifen aus einem Werkstoff mit kleiner kritischer Schubspannung auf seiner freiliegenden Oberflache zu Beginn der Wechselbeanspruchung ein hohes Reflexionsvermögen aufweist.

Mit Hilfe eines Teststreifens dieser Art gelingt es eine zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen durchzuführen und eine sichere Aussage über die Restlebensdauer eines Bauteils zu machen. Dies ist z. B. in der Luftfahrt von lebenswichtiger Bedeutung für Pilot und Passagiere.

Beim Gegenstand der Erfindung ist das Meßergebnis völlig unabhängig von statischen Restspannungen, da sie auf das Reflexionsvermögen keinen Einfluß haben.

Weitere Merkmale der Erfindung sind zum Gegenstand von Unteransprüchen gemacht worden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Teststreifen weitgehend der Ermüdung des zu prüfenden Bauteils angepaßt werden können, wobei Störeinflüsse durch statische Spannungen und Temperaturen entfallen. Außerdem ist die Ermüdungsprüfung bei allen Werkstoffen (auch Kunststoffen) anwendbar, wobei durch geringen meßtechnischen Aufwand während der Messung bzw. Beobachtung der Teststreifen ein universeller Einsatz gewährleistet ist. Da bei inniger Verbindung des Teststreifens mit dem zu prüfenden Bauteil die Übertragung aller Verformungen vom Bauteil auf den Teststreifen gewährleistet ist, dient dieser als Speicher für alle auftretenden Lastspiele. Für die Ermüdungscharakteristik des Teststreifens ist primär die Verformungsamplitude maßgeblich. Es kann deshalb die an einem beliebigen Werkstoff als Unterlage gemessene Charakteristik auf jeden anderen Werkstoff übertragen werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erleidet eine glatte, meist spiegelnde, homogene Oberfläche eines Teststreifens durch das Auftreten von Lastwechseln eine zunehmende Erblindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend beschrieben und d jrch Figuren erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen auf einem Bauteil befindlichen erfindungsgemäßen Teststreifen und eine Vorrichtung zur Messung des Reflexionsvermögens von Teststreifen und

F i g. 2 ein Kennliniendiagramm für einen erfindungsgemäßen Teststreifen, bei dem die Intensität /« des vom Teststreifen reflektierten Lichtes über der Zahl der Lastwechsel Λ/aufgetragen ist.

In ir ig. 1 ist eine Meßvorrichturg 1 in schematischer Weise dargestellt, mit der eine quantitative Erfassung der Oberflächenveränderungen eines oder mehrerer auf einem Bauteil 3 angeordneter Teststreifen 2 durchgeführt wird. Auf dem zu prüfenden Bauteil 3 ist durch eine innige Verbindung 4 (Plattieren, Kleben, Schweißen) ein Teststreifen 2 aus einem Werkstoff mit kleiner kritischer " Schubspannung (z. B. Aluminium) von geringer Dicke aufgebracht. Über dem Teststreife.ι 2 ist ein Meßkopf bestehend aur, Objektiven 5, 6, 7, einem halbdurchlässigen Spiegel 8, einer Beleuchtungseinrichtung 9, einem Phoioelemen: mit Photovervielfacher 10 und einem Registrierinstrument Π angeordnet. Die Beleuchtung des Teststreifens 2 erfolgt durch eine Beleuchtungseinrichtung 9, die ein Strahlenbündel 12 aussendet, das durch einen halbdurchlässigen Spiegel 8 auf die Teststreifenoberfläche 13 umgelenkt wird. Das von der Oberfläche 13 reflektierte Lichte gelangt in Form des Strahlenbündels 12' über das Ubjektiv 5, den halbdurchlässigen Spiegel 8 und das Objektiv ύ auf das Photoelement und den Photovervielfacher 10, wobei die hier ausgelösten photometrischen Impulse in dem Instrument 11 registriert werden. Durch eine von Lastwechseln des Bauteils 3 hervorgerufene Oberflächenveränderung des Teststreifens 2 nimmt mit steigender Ermüdung die Intensität des gestreuten Lichts stetig zu und die Intensität des reflektierten Lichts stetig ab. Einen wesentlichen Einfluß auf den Meßgenauigkeit hat die Konstanz des von der Beleuchtung ausgehenden Lichts, wozu die Lichtquelle über einen Spannungsgleichschalter geschaltet ist. Störende Nebeneffekte durch fremde Lichtquellen können beispielsweise bei Verwendung von Laserdioden als Lichtquellen oder durch Modulation der Beleuchtung und schmalbandige Verstärkung der Ernpfangsintensität eliminiert werden. Auch ist eine Messung bzw. Abtastung der Teststreifenoberfläche durch Zwischenschalten von Filtern und monochromatischer Beleuchtung über einzelne Spektralbereiche zwischen Ultrarot und Ultraviolett möglich. Der Teststreifen 2 kann gegen äußere Einflüsse (mechanische oder chemische) durch seine Funktion nJchi beeinflussende Überzüge geschützt werden.

Die in F i g. 2 dargestellten Kennlinien a, b. c, dzeigen den charakteristischen Verlauf der Intensitätsänderung Ir des reflektierten Lichts in Abhängigkeit de^r Lastwechselzahl N bis zum B.uch am Beispiel eines Folienstreifens aus einer weichen Aluminiumlegierung von etwa 0,1 mm Dicke. Dabei zeigt sich eine starke Änderung der Meßwerte in dem für den Bruch relevanten Lastwechselbereich, wodurch eine hohe Empfindlichkeit der Meßvorrichtung 1 (F i g. 1) gegeben ist. Im Bereich niedriger Lastwechselzahlen, in dem kein Bruch zu erwarten ist, tritt keine erkennbare Änderung auf der Oberfläche des Teststreifens 2 und damit des Reflexionr.vermögens auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen, wobei auf der Oberfläche des Bauteils ein Teststreifen innig befestigt wird, der während der Wechselbeanspruchung eine seiner Eigenschaften meßbar ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner, kristalliner Metallstreifen aus einem Werkstoff mit kleiner kritischer Schubspannung auf seiner freiliegenden Oberfläche zu Beginn der Wechselbeanspruchung ein hohes Reflexionsvermögen aufweist.

2. Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teststreifen aus einem thermisch vorbehandelten Metall hoher Reinheit oder einer Legierung besteht.

3. Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen nach Ansprüchen I bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teststreifen aus einem verfestigten Werkstoff besteht.

4. Zerströungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßstreifen mit unterschiedlichem Reflexionsverhalten auf einem Bauteil nahe beieinander befestigt sind.

5. Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen aus Gold, jo Kupfer, Aluminium, Nickel, Zinn oder Zink besteht.