Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Eigenspannungsbestimmung mit dem Ultraschallverfahren

 
: Schneider, E.

Dilger, K. ; TU Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik:
Eigenspannungen und Verzug beim Schweißen : DVS-Seminar, 13. Oktober 2005, TU Braunschweig
Düsseldorf: DVS, 2005
Teil 2.2
Seminar "Eigenspannungen und Verzug beim Schweißen" <2005, Braunschweig>
German
Conference Paper
Fraunhofer IZFP ()
Schweißnahtprüfung; Schweißverformung; akusto-elastischer Effekt; Ultraschallwelle; Transversalwelle; SH-Welle; piezoelektrischer Ultraschallprüfkopf; Materialkennwert; Oberflächenspannung; Gefügezustand

Abstract
Zur Bestimmung von Eigenspannungen sind mehrere zerstörende, teilzerstörende und zerstörungsfreie Verfahren in industrieller Nutzung. Das Bohrloch und das Ringkernverfahren sind die am häufigsten eingesetzten teilzerstörenden Verfahren, das Röntgendiffraktionsverfahren ist der prominenteste Vertreter, der zerstörungsfreien Verfahren. Im Vergleich zu diesen etablierten Verfahren sind Ultraschall- und mikromagnetische Verfahren neu. Sie haben den Vorteil einer schnellen Datenaufnahme und Auswertung und bieten die Möglichkeit zerstörungsfrei Spannungen über große Bauteilabmessungen kontinuierlich zu analysieren und Spannungsinhomogenitäten zu lokalisieren. Zur quantitativen Spannungsanalyse setzten die Ultraschallverfahren nicht nur die Kenntnis der elastischen Materialkennwerte Elastizitätsmodul und Schubmodul oder Poisson-Zahl, sondern auch die von drei weiteren, so genannten elastischen Konstanten dritter Ordnung voraus. Mit diesen Kennwerten kann der Einfluss eines beliebigen Spannungszustandes auf die Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Ultraschallwellen berechnet werden. Durch Nutzung mehrerer Wellenarten, die sich über das gleiche Materialvolumen ausbreiten aber unterschiedlich stark von dem zu analysierenden Spannungszustand beeinflusst werden oder durch Nutzung von Sender- und Empfängerprüfköpfen die bei unverändertem Abstand gehalten werden, reduziert sich die Messaufgabe auf das Bestimmen der Ultraschalllaufzeiten. Aus den Schalaufzeiten bzw. Laufzeitänderungen werden Spannungen bzw. Spannungsänderungen berechnet. Die Auswertebeziehungen werden dargestellt und der Stand der Messtechnik anhand von Geräte- und Systemabbildungen charakterisiert. Die zur quantitativen Spannungsanalyse notwenigen elastischen Konstanten wurden an Stahl- und Aluminiumproben, die aus den Bereichen der Schweißnaht, der Wärmeeinflusszone und des Grundmaterials gearbeitet wurden, experimentell ermittelt. Es hat sich herausgestellt, dass sich diese Kennwerte deutlich weniger stark als vermutet mit dem Gefügezustand verändern. Das führt zu einer weiteren Vereinfachung der Ultraschallanwendung zur Spannungsanalyse in und um Schweißnähte. Die Kennwerte sind in Tabellen zusammengestellt. Der Vergleich der Ultraschallergebnisse an Schweißnähten in Aluminium- und Stahlbauteilen mit den Ergebnissen des Ringkern- oder Bohrlochverfahrens zeigt eine Übereinstimmung der Ergebnisse innerhalb der für die Verfahren typischen Unsicherheiten von ca. ± 10 - 40 MPa. Ultraschallverfahren zur Bestimmung von oberflächennahen und Volumen-Spannungen sind entwickelt; es ist eine Technologieplattform entstanden, die eine schnelle Anpassung der Sensorik und Messtechnik an die konkrete Prüfaufgabe ermöglicht. Es gibt Verfahren zur Berücksichtigung der Einflüsse von Gefügeinhomogenitäten und Texturen. In einigen der bisher nachgefragten Anwendungsfällen erschwerte bzw. verhinderte die eingeschränkte Zugänglichkeit die erfolgreiche Ultraschallanwendung.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-47067.html