DE2417232C3 - Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen - Google Patents

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 DE-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 Hauptspan' nungsrichtungen ist aus Schweißtechnik 15, 1965, Heft 10, Seiten 450 bis 454 bekannt Hier werden Anwendungsfälle und Grenzen des Reißlackverfahrens beschriebea Dieses Verfahren ist eine statische Methode zur Bestimmung der Häuptspännüngsrichtungen, 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 Rückschlüsse auf die Häufigkeit der bei dynamischer Wechselbeanspruchung erfolgten Lastwechsel zu.

Ein anderes Verfahren zur Ermüdungsprüfung ist aus

der US-PS 32 72 003 aus der Zeitschrift »Urftfahrttecbnik, Raumfahrtteohnik«: 14 (1968), Nr, 7/8, Juli/August Seite 196 bekannt Pabej 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 Meßwitferstand wird an einem geeigneten Ort auf der Oberfläche eines Bauteils befestigt und die mechanische Wechselbeanspru,:hung des Bauteils bewirkt einen von der Anzahl und den Amplituden der Lastwechsel abhängigen, irreversiblen Widerstandszuwachs, der mit Hilfe eines Widerstandsmeßgeräts meßbar ist. Bei dieser Prüfmethode gewinnt der Prüfende mit einem Meßstreifen einen einzigen Meßwert auf 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 Oberfläche 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 Lastspicle. 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 durch 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 erfindungs- s gemäßen Teststreifen, bei dem die Intensität Ir des vom Teststreifen reflektierten Lichtes über der Zahl der Lastwechsel Λ/aufgetragen ist.

In F i g. 1 ist eine Meßvorrichtung 1 in schematischer Weise dargesteUt, mit der eine quantitative Enassung 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 '5 Schubspannung (z. B. Aluminium) von geringer Dicke aufgebracht Ober dem Teststreifen 2 ist ein Meßkopf bestehend aus Objektiven 5,6,7, einem halbdurchlässigen Spiegel 8, einer Beleuchtungseinrichtung 9, einem Photoelement mit Photovervielfacher 10 und einem Registrierinstrument U 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 Objektiv S, den halbdurchlässigen Spiegel 8 und das Objektiv 6 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 reflektierte« 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 Empfangsintensität 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 nicht beeinflussende Überzüge geschützt werden.

Die in F ig. 2 dargestellten Kennlinien a,b,c dzeigen den charakteristischen Verlauf der Ir'i;nsitätsänderung Ik des reflektierten Lichts in Abhängigkeit der Lastwechselzahl N bis zum Bruch 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 Reftexionsvermögens auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen, wobei auf der Oberfläche des Bauteils ein S 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 1 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 befestigi sind.

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