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Zerstörungsfreie Charakterisierung von Ermüdungsschädigungen an Stahl und Aluminium mit Ultraschall- und Wirbelstromverfahren

 
: Reppert, F.

Saarbrücken, 2006, 122 pp.
Saarbrücken, Univ., Dipl.-Arb., 2006
German
Thesis
Fraunhofer IZFP ()
Ultraschall; US-Schwächung; US-Rückstreuung; US-Laufzeit; US-Oberwellenanalyse; Wirbelstromverfahren; Werkstoffermüdung; Wasserstoffschädigung

Abstract
In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, den Schädigungszustand von drei im Kraftwerksbau und in der Automobilindustrie weit verbreiteten Werkstoffen mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren zu charakterisieren. Konkret wurden dazu Untersuchungen mit verschiedenen Ultraschall- und Wirbelstromverfahren an drei auf unterschiedliche Art und Weise ermüdeten bzw. geschädigten Probensätzen aus zwei Stählen und der Aluminiumlegierung AlSi6Cu4 durchgeführt, um die Beeinflussung der Ultraschall- und Wirbelstromsignale durch die Materialschädigungen festzustellen und eventuell bestehende Zusammenhänge zwischen den Messergebnissen und dem Schädigungszustand der Proben abzuleiten. Übergeordnetes Ziel hierbei war es, die potenzielle Eignung der angewandten zerstörungsfreien Prüfverfahren zur Materialzustandsanalyse bei Ermüdungsschädigungen und Werkstoffschädigungen durch korrosive Medien zu prüfen.
Die Untersuchungen an den drei Probensätzen liefern folgende Ergebnisse:
Ultraschalllaufzeitmessung
An den durch Umlaufbiegung ermüdeten Stählen A336 und A387 nimmt die Longitudinalwellengeschwindigkeit v11 mit zunehmendem
Schädigungsgrad geringfügig ab, die Transversalwellengeschwindigkeit v31 hingegen zu. Die Beeinflussung der Messgrößen am Stahl G 65 durch Wasserstoffbeladung, Röntgenstrahlung und Heliumbeladung ist erst nach vorausgegangener plastischer Verformung der Proben erkennbar. Die Transversalwellengeschwindigkeiten v31 und v32 nehmen mit der plastischen Verformung der Proben ab. Die Schallgeschwindigkeit von Longitudinal- und Transversalwellen an AlSi6Cu4 nimmt bei beginnender Ermüdung der Proben zu, verändert sich bei weiterer Belastung aber nicht mehr.
Ultraschallschwächungsmessung
Die Schwächungskoeffizienten ?31 und ?32 beim Stahl 65 G nehmen mit zunehmendem Verformungsgrad der Proben ab. Die mit Wasserstoff beladenen Proben zeigen das stärkste Schwächungsvermögen, die zusätzlich mit Röntgenstrahlen belasteten Proben zeigen bei gleichem Grad der plastischen Verformung wieder niedrigere Schwächungswerte. Die Schwächungskoeffizienten an den Proben aus AlSi6Cu4 zeigen keine Veränderung mit zunehmender Probenschädigung.
Ultraschallrückstreumessung
Die im Experiment ermittelten Rückstreukoeffizienten an den Proben aus Aluminiumlegierung AlSi6Cu4 lassen keinen Zusammenhang mit dem Schädigungsgrad der Proben erkennen.
Ultraschalloberwellenanalyse
Die Auswertung der Ultraschalloberwellenanalyse an Stahl A387 hat zum Ergebnis, dass sowohl der Nichtlinearitätsparameter ? als auch der Klirrfaktor K linear mit dem Grad der Ermüdung zunehmen.
Wirbelstromverfahren
Die Messungen an Stahl A336 und A387 haben zum Ergebnis, dass sich die Lage der Wirbelstromsignale in der komplexen Impedanzebene mit zunehmender Probenschädigung systematisch verschiebt. Die Wirbelstromsignale an Stahl 65 G verschieben sich mit zunehmender plastischer Verformung der Proben zu niedrigeren Impedanzen. Bei AlSi6Cu4 unterscheiden sich die Wirbelstromsignale der ungeschädigten und geschädigten Proben deutlich voneinander.
Die Messeffekte, die durch die Materialschädigungen verursacht werden, sind klein und liegen größtenteils gerade über der Messgenauigkeit der Messverfahren.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-46943.html