DE2749836C3 - Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft die zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen mit einem auf der Öber^
fläche des Bauteils innig befestigten Metallstreifen, der aus einem Werkstoff mit kleiner kritischer Schubspannung
besteht und auf seiner freiliegenden Oberfläche zu Beginn der Wechselbeanspruchung ein hohes
Reflexionsvermögen aufweist, nach Patent 2417232.
Dem Gegenstand des Hauptpatents liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermüdung von Bauteilen zerstörungsfrei
zu prüfen und hierfür eine Metallfolie zu wählen, deren Eigenschaften sich deutlich erkennbar
bei fortschreitender Ermüdung verändern. Mit Hilfe von Metallfolien mit kleiner kritischer Schubspannung,
die an ihrer freiliegenden Oberfläche zu Beginn der Wechselbeanspruchung ein hohes Reflexionsvermögen
aufweisen und mit zunehmendei Beanspruchung eine zunehmende Erblindung erleiden, 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. Das Meßergebnis ist dabei völlig unabhängig von statischen Restspannungen,
da sie auf das Reflexionsvermögen keinen Einfluß haben.
Die mit dem Gegenstand des Hauptpatents erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die
Meßstreifen weitgehend dem Ermüdungsverhalten des zu prüfenden Bauteils angepaßt werden können,
wobei Störeinflüsse durch statische Spannungen und
JO Temperaturen entfallen. Außerdem ist die Ermüdungsprüfung
bei allen Werkstoffen (auch Kunststoffen) anwendbar, wobei durch geringen meßtechnischen
Aufwand während der Messung bzw. Beobachtung der Meßstreifen ein universeller Einsatz
J5 gewährleistet ist. Da bei inniger Verbindung des Meßstreifens
mit dem zu prüfenden Bauteil die Übertragung aller Verformungen vom Bauteil auf den Meßstreifen
gewährleistet isi, dient dieser als Speicher für alle auftretenden Lastspiele. Für die Ermüdungscha-
•lo rakteristik des Meßstreifens ist primär die Verformungsamplitude
maßgeblich. Es kann deshalb die an einem beliebigen Werkstoff als Unterlage gemessene
Charakteristik auf jeden anderen Werkstoff übertragen werden. Beim Verfahren gemäß dem Hauptpatent
erleidet eine glatte, meist spiegelnde, homogene
Oberfläche einer Metallfolie durch das Aufbringen von Lastwechseln eine zunehmende Erblindung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zerstörungsfreie
Prüfung der Ermüdung von Bauteilen
Ό die Gegenstand des Hauptpatents ist, hinsichtlich
Meßgenauigkeit, Ansprechschwelle und Reproduzierbarkeit zu verbessern
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Metallstreifen aus einer einkristallincn
Folie definierter Kristallorientierung gebildet ist.
Bei Verwendung von einkristallinen Folien aus reinen oder hochreinen Metallen kann eine extrem homogene
Ausbildung der Oberflächenstrukturen und damit eine hohe Meßgenauigke't der Reflexionsmessung
und Reproduzierbarkeit erzielt werden. Gleichzeitig erlaubt eine günstige Kristallorientierungsauswahl
die höchstmögliche Ermüdungsempfindlichkcit.. Die obenängegebene Aufgabe wird ebenfalls durch
Metallstreifen gelösts die aus einer polykristallinen
Folie mit homogener, möglichst feiner und genau spe^
zifiziefter Körngröße Und Örienüeningsverteilurtg
gebildet sind.
Als Ausgangsmateria! werden für Meßstreifen
höchster Empfindlichkeit Metalle yerwendet, deren Reinheit besser als 99,99% ist. Für Ermüdungsmeßstreifen
geringerer, jedoch ebenfalls reproduzierbarer Empfindlichkeit werden Materialien geringerer Reinheit
mit nach Art und Konzentration definierten Verunreinigungen oder Legierungen verwendet.
Die Herstellung von Meßstreifen mit höchster Empfindlichkeit durch Verwendung von Metallen mit
geringer Verfestigung bei Raumtemperatur (z. B. Metalle hoher Stapelfehlerenergie) hat sich als günstig
erwiesen. Für Anwendungen bei überwiegend Raumtemperatur oder tieferer Temperatur werden als
Meßstreifen, z. B. Materialien wie AI, Sn, In, Zn, Au, Ag, Cu, Pb, Νιί, Ti verwendet. Zur Anwendung des
Verfahrens bei höheren Temperaturen (z. B. Turbinen) eignen sich als Meßstreifen auch Materialien mit
höherem Schmelzpunkt wie z. B. Co, Cr, V, Ti, Mo, Te, Ta, Au, Ni, Cu, Ag. Die Meßstreifen müssen bei
der jeweiligen Betriebstemperatur und den auftretenden Spannungen ausgeprägt plastisches Verhalten
zeigen.
Verwendet werden inabesüiidere fvitiailfoHcn spezifizierter
Dicke im Bereich von 10 bis 10(1 μίτι.
Es ist vorteilhaft, den Meßstreifen vor der Anwendung auf einer Trägerfolie höherer Festigkeit und hoher
Elastizität (mindestens 1 % Dehnung bei der Elastizitätsgrenze), wie z. B. auf einer Kunststoffolie von
20 bis 150 μπι Dicke oder auf einer verfestigten Metallfolie
zu befestigen. Dabei kann der Meßstreifen als größere Fläche aufgebracht werden oder es können
einzelne Meßsireifen auf der Trägerfolie befestigt werden. Bei der Anwendung wird dann die Trägerfolie
mit dem Bauteil innig verbunden.
Die Meßstreifen werden mit einer Selbstklebe-Schutzfolie
(z. B. Kunststoffolie) geringer Klebekraft versehen, um während Lagerung, Vei^and und Befestigung
an einem Meßobjekt die reflektierende Oberfläche vor Beschädigungen zu schützen. Nach Befestigung
auf dem Meßobjekt muß die Schutzfolie ohne Beschädigung des Meßsitreifens rückstandsfrei entfernbar
sein.
Die BefestigungdesMeßstreifensauf der Meßstelle
geschieht in bekannter Weise mittels Kleben, Plattieren, Weich-, Hart-Löten oder Diffusionsschweißen.
Zur Ermüdungsbestimmung an gewölbten Flächen ist es vorteilhaft, eine Zwischenschicht zwischen Meßstreifen
und Bauteil anzubringen, die sich auf der dem Bauteil zugewandten Seite an dessen Krümmung angepaßt
und auf der anderen Seite eben ist. Damit werden Störungen der Reflexionsmessung duch Fokussierung
oder Zerstreuung vermieden.
Beim Einsatz an der Meßstelle wird der Meßstreifen gegen chemische und mechanische Beschädigung
durch
- Selbstklebefolie mit Polstereinlage (z. B. FiI/, Schaumstoff, Styropor, Mull),
- aufgesprühte oder aufgestrichene Kunststoffschicht, die abziehbar ist,
- festhaftende Kunststoffschicht, die voll durchsichtig bleibt und die Reflexionsmessung nicht
beeinträchtigt,
— festhaftende Schicht eines reflektierenden Materials,
das mitverförmt wird,
— abnehmbare Kapselung,
— Trockenmittel, das iri die Abdeckung init eingearbeitet ist (mit und ohne Farbindikator),
geschützt.
Durch rosettenartige Anordnung anisotroper Meßstreifen (z. B. Meßstreifen mit Walztextur oder Einkristall-Meßstreifen)
.'assen sich auch die Richtungen dynamischer Spannungen ermitteln.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Lebensdauerverfolgung an einem Bauteil, das relativ niedrigen dynamischen Spannungen ausgesetzt ist.
Als Meßstreifen werden einkristalline Folien aus mind. 99,99% AI, mind. 99,99% Sn oder mind.
99,99% In ausgewählt. Diese Materialien sind bereits im Ausgangszustand außerordentlich weich. Die
Dicke der Metallfolien liegt bei ca. 50 μπι. DieMetallfolien
werden mit Hilfe von Paraffin oder einem ähnlichen Material mit Schmelzpunkt zwischen Raumtemperatur
und 100° C auf ebenen, polierten Unterlagen befestigt. Hierzu wird die Unterlage über den
Schmelzpunkt des Paraffins erhitzt. Die aufgeklebten
-° Metallfolien werden im Vibrator mit Tonerde poliert und danach durch Erhitzen der Unterlage wieder abgelöst.
Anschließend werden aus den einkristaiiinen Folien Meßstreifen von ca. lern2 Größe herausgeschnitten,
wobei darauf zu achten ist, daß eine für die Ermüdung geeignete Kristallorientierung eingehalten
und gekennzeichnet wird. Um den Zustand »weich« vollständig wieder herzustellen, werden diz Meßstreifen
nach Glätten der Scanittkanten bei -V3 bis V4 ihrer
Schmelztemperatur 0,5 bis 2 h getempert. Die polierte Fläche wird sodann mit einer leicht lösbaren Selbstklebeschutzfolie
überzogen. Die so vorbereiteten Meßstreifen können dann an den vorgesehenen Stellen
des Bauteils angebracht werden. Dies erfolgt am besten durch Kleben, wobei die üblichen Maßnahmen
» zur Vorbereitung der Klebeflächen zu treffen sind.
Verwendet werden Metallkleber höchster Haftfestigkeit, vorzugsweise schnell abbindende Kleber. Bei
langsam abbindenden Klebern muß eine Fixierung dos Meßstreifens verwendet werden. N2ch erfolgter KIe-
•to bung wird die Schutzfolie abgezogen -jsnd die Ausgangsreflexion
des Meßstreifens gemessen.
Zum Schutz vor äußerer Beschädigung während des Betriebes muß die Oberfläche des Meßstreifens erneut
abgedeckt werden. Hierzu kann eine Selbstkle-
■»5 befolie hoher Klebekraft dienen, die im Bereich des
Meßstreifens mit eine r I ilzeinlage versehen ist. so daß
sie am Meßstreifen selbst nicht haftet. Zur Bestimmung der Reflexionsintensität der Meßstreifen wird
die Abdeckung jeweils kurzzeitig entfernt.
F.ntsprechend den äußeren Bedingungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist, sind auch andere Abdeckungen
denkbar, wie z. B. ein durchsichtiger Schutzlack, der dauernd auf der Metallfolie verbleibt
oder ein abziehbarer Schutzlack, der nach jeder Messung wieder neu aufgebracht wird oder eine abnehmbare
Kapsel mit Klemm-, Bajonett- oder Schraubverschluß, deren Gegenstück (z. B. Ring) am Bauteil
festhaftend angebracht wird
6n Beispiel 2
Lebensdauerverfolgung bei ebenfalls relativ niederen Spannungshorizonten, Als Meßstreifen werden
polykristalline Metallfolien aus Materialien geringer kritischer Schubspannung und geringer Verfestigung
(relativ hoher Stapelfehlerenergie) wie z. B. Al, Sn,
In, der Reinheit mindestens 99,99% ausgewählt. In bezug auf eine homogene Ausbildung der Oberflächenstrukturen
bei der späteren Wechselbelastung
Claims (9)
- Patentansprüche:!.Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen mit einem auf der Oberfläche des Bauteils innig befestigten Metallstreifen, der aus einem Werkstoff mit kleiner kritischer Schubspannung besteht und auf seiner freiliegenden Oberfläche zu Beginn der Wechselbeanspruchung ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, nach Patent 2417232, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen aus einer einkristallinen Folie definierter Kristailorientierung gebildet ist.
- 2. Zerstörungsfreie Prüfung der Ermüdung von Bauteilen mit einem auf der Oberfläche des Bauteils innig befestigten Metallstreifen, der aus einem Werkstoff mit kleiner kritischer Schubspannung besteht und auf seiner freiliegenden Oberfläche zu Beginn der Wechselbeanspruchung ein hohes Reflexionsvermögen aufweist, nach Patent 2417 232, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen aus einer polykristallinen Folie mit homogener, möglichst feiner und genau spezifizierter Korngröße und Orientierungsverteilung gebildet ist.
- 3. Metallstreifen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallfolie K) bis ΙΟΟμίη beträgt.
- 4 Metallstreifen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus einem Werkstoff mit geringer Verfestigung bei Raumtemperatur, beispielsweise aus einem Metall mit hoher Stapelfehlerenergie besteht.
- 5. Metallstreifen nach den Ansprüchen 1 bis 3, vJadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus einem Werkstoff besteht, der bei der jeweiligen Anwendungstemperatur eine ausgeprägte plastische Verformbarkeit und eine geringe Verfestigung aufweist.
- tv Metallstreifen nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie aus einem Materia! der Reinheit mindestens 99,99% besteht oder definierte Legierungsbestandteile oder Verunreinigungen enthält.
- 7 Metallstreifen nach den Ansprüchen I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie im Betrieb mit einem Oberflächenschutz aus selbstklehender Abdeckung, abziehbarer Kunststoffichkht, reflektierender Schicht oder einer Kapselung versehen ist
- 5 Metallstreifen nach den Ansprüchen I bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung anisotroper Meßslreifen (Streifen mit Walztextur oder Einkristallsireifen) in rosettenartiger Anordnung ■n der Meßstclle
- 9 Metallstreifen nach Anspruch I bis 8 für die ierstorungsfreie Prüfung der Ermüdung an gewölbten Machen, gekennzeichnet durch Aufbringung einer Zwischenschicht die einerseits der Bautcilwolbung angepaßt ist und auf der anderen Seite eine ebene Fläche besitzt
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| FR2408131B1 (de) | 1983-05-27 |
| DE2749836A1 (de) | 1979-05-17 |
| SE7811328L (sv) | 1979-05-09 |
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