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Bestimmung des oberflächennahen Spannungszustandes von Walzen

 
: Schneider, E.; Herzer, R.; Hübschen, G.; Wildau, M.; Steinhoff, K.

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Fulltext urn:nbn:de:0011-n-1104469 (837 KByte PDF)
MD5 Fingerprint: 5a375b99b57c48ba75c36e2b052a6af6
Created on: 3.12.2009


Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V. -DGZfP-, Berlin:
ZfP in Forschung, Entwicklung und Anwendung. DGZfP-Jahrestagung 2009. CD-ROM : Münster, 18.-20. Mai 2009; Zerstörungsfreie Materialprüfung
Berlin: DGZfP, 2009 (DGZfP-Berichtsbände 115-CD)
ISBN: 978-3-940283-16-0
8 pp.
Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (Jahrestagung) <2009, Münster>
German
Conference Paper, Electronic Publication
Fraunhofer IZFP ()
Ultraschallverfahren; Spannungszustand

Abstract
Eine qualitätsbestimmende Zustandsgröße von Arbeitswalzen ist die Oberflächenhärte des Ballens. Mit etablierten Verfahren wird die Härte an mehreren Messpunkten, insbesondere im Bereich der Ballenkante und der Ballenmitte überprüft. Als Folge der Gefügeumwandlungen beim Härteprozess entstehen Druckeigenspannungen in der oberflächennahen Zone, die mit zunehmender Tiefe geringer werden. Wenngleich die Eigenspannungen durch den Härteprozess entstehen, gibt es nur sehr eingeschränkte Möglichkeiten, den oberflächennahen Eigenspannungszustand mit Hilfe der Werkstoffkenndaten und der Prozessgrößen des Härtens zuverlässig zu berechnen. Die Eigenspannungen in oberflächennahen Zonen und die möglichst gleichförmige Verteilung des Eigenspannungszustandes in der Ballenoberfläche sind ein weiteres Qualitätsmerkmal von Arbeitswalzen. Sie beeinflussen insbesondere das dynamische Verhalten der Walzen. Im Vergleich zu den häufig eingesetzten Bohrloch-, Ringkern- und Röntgendiffraktionsverfahren bieten die Ultraschallverfahren den Vorteil einer zerstörungsfreien Analyse von oberflächennahen Schichten bis zu ca. 6 mm Dicke, und aufgrund der einfach und schnell durchführbaren Messungen eine ortskontinuierliche Analyse entlang von Messspuren.
Ultraschallverfahren zur Spannungsanalyse nutzen den akusto-elastischen Effekt, also den Einfluss von Dehnungszuständen auf die Ausbreitungsgeschwindigkeiten bzw. Laufzeiten von Schallwellen. Aber auch die durch den Härtewertcharakterisierten Gefügezustände verändern die Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Ultraschallwellen, sodass der Einfluss der Härte auf die Schallgeschwindigkeiten bei der Ultraschallspannungsanalyse korrigiert werden muss.
Zur zerstörungsfreien Bestimmung der Härte und deren Änderung über die Ballenlänge wurde das IZFP 3MA Prüfsystem kalibriert und eingesetzt. Die quasi kontinuierlich aufgenommenen Härtewerte ermöglichen die Korrektur des Gefügeeinflusses an jeder Messstelle. Die Verwendung von EMUS Prüfköpfen hat nicht nur den Vorteil einer koppelmittelfreien Schalleinprägung und damit einer einfachen ortskontinuierlichen Datenaufnahme, sondern auch Vorteile im Hinblick auf Reproduzierbarkeit und Auflösung der Laufzeitmessungen und damit der oberflächennahen Spannungen.
Mit einer Spurwellenlänge von 5 mm und einer Mittenfrequenz von 620 kHz senden bzw. empfangen die EMUS-Prüfköpfe eine SHo-Welle, also eine dispersionsfreie Welle, die sich in der Oberfläche zwischen Sender und Empfangsprüfkopf ausbreitet und in der Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Sende- und Empfangsprüfkopf sind in einer festen Anordnung mit einem festgelegten Abstand fixiert. Die Schallwellen breiten sich in der oberflächennahen Schicht von ca. 6 mm Dicke aus.
Das Ultraschallprüfsystem ermöglicht die automatisierte Messdatenaufnahme; die Auswertung und Ergebnisdarstellung ist menuegeführt.
Das gleiche Prüfsystem wird auch zur Spannungsanalyse an Wellen und Läufern sowie zur Bestimmung der Eigenspannungen entlang der Zentralbohrung ( Durchmesser größer ca. 80 mm) von hohl gebohrten Walzen eingesetzt.
Der Beitrag beschreibt Verfahren und Prüfsystem und skizziert den neuen Stand der Ultraschallspannungsanalyse an Hand von Ergebnissen aus der industriellen Nutzung und durch Vergleiche mit den Ergebnissen etablierter Verfahren zur Spannungsanalyse.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-110446.html