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Entwicklung, Konstruktion und Aufbau von elektromagnetischen Ultraschall- und Wirbelstrom-Wandlern zur zerstörungsfreien Charakterisierung der Spannung in Metallen

 
: Weber, Fabian

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-3642599 (3.2 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 9ee7bac5c19ba7423eea9efa148d660e
Erstellt am: 30.10.2015


Saarbrücken, 2015, X, 62 S.
Saarbrücken, Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Master Thesis, 2015
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie BMWi
Reaktorsicherheitsforschung; 1501475; GRS EMUS-4-Stress
Deutsch
Master Thesis, Elektronische Publikation
Fraunhofer IZFP ()

Abstract
Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ist die frühzeitige Erkennung von Werkstoffveränderungen und Spannungszuständen ein wesentlicher Bestandteil zur Sicherstellung der Komponente. Im Primärkreislauf von Kernkraftwerken beispielsweise werden austenitische Bauteile aufgrund ihrer besonderen Beständigkeit gegenüber Korrosion und Temperatur für besonders stark belastende druckführende Leitungen eingesetzt. Im Gefüge des hierfür verwendeten austenitischen Rohrleitungwerkstoffs X6CrNiNb18-10 treten bei zyklischer elastischer Beanspruchung reversible Änderungen des Werkstoff- und Spannungszustandes auf, für deren Nachweis die Ultraschall- als auch die Wirbelstromprüftechnik ein empfindliches Verfahren zur Materialcharakterisierung darstellt. Zur Erkennung und Beurteilung von Spannungsveränderungen dieses Werkstoffs wurde im Rahmen dieser Arbeit der dazu notwendige Ultraschall-Wirbelstrom-Hybrid-Wandler aufgebaut und grundlegende Untersuchungen mittels Ultraschallmessungen in Impuls-Echoanordnung und Wirbelstromimpedanzmessungen in-situ während Vierpunktbiegeversuchen an Biegeproben aus dem austenitischen Rohrleitungswerkstoff X6CrNiNb18-10 durchgeführt. Der Hybrid-Wandler soll eine Ultraschallwelle normal in das Prüfobjekt senden und empfangen und die Laufzeit der Ultraschallwelle gemessen werden. Der Hybrid-Wandler musste neben der Ultraschall Sende-Empfangs-Komponente auch die zur Wirbelstromimpedanzmessung notwendige zusätzliche Spule enthalten. Beim Aufbau und der Konstruktion der Hybrid-Wandler sollte die Anwendbarkeit moderner 3D-Drucktechniken zur Wandler-Entwicklung betrachtet werden.Mit dem in dieser Arbeit entwickeltem, aufgebautem und erprobtem Hybrid-Wandler, denen die Verfahren der Ultraschall- und Wirbelstromtechnik zu Grunde liegen, konnte die prinzipielle Machbarkeit zur Charakterisierung von Spannungen in Metallen, speziell für austenitische Werkstoffe gezeigt werden. Es konnte für den Hybrid-Wandler sowohl durch Schallfeldvermessung, als auch mittels Tests an einem Aluminium Testkörper dessen Funktionsweise nachgewiesen werden. Aber auch die integrale Laufzeitmessung gekoppelt mit der Wirbelstromimpedanzmessung am austenitischen Werkstoff im Biegeversuch zeigten, dass die gestellten Ansprüche an den Hybrid-Wandler erfüllt wurden. Abgesehen von diesen Versuchen, ist der aufgebaute Hybrid-Wandler generell zur Materialcharakterisierung für ferro- als auch nicht ferromagnetische Materialien geeignet. Für den Ultraschallwandler sowohl zur Amplituden-, als auch zur Laufzeitmessung in Impuls-Echoanordnung. Für den Wirbelstromsensor besteht nicht nur die Möglichkeit zur Spannungscharakterisierung, dieser könnte prinzipiell ebenfalls zur Detektion von Materialfehlern, Werkstofftrennungen, etc. eingesetzt werden.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-364259.html