Automatisierte und präzise Eigenspannungsmessungen mit der cos alpha Methode am Fraunhofer IWM
Automatisierte und präzise Eigenspannungsmessungen mit der cos alpha Methode am Fraunhofer IWM, Dr. Eva-Regine Carl
Eigenspannung am Fraunhofer IWM: https://www.iwm.fraunhofer.de/de/gesc...
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Wir tragen mit innovativen Mess- und Bewertungsmethoden dazu bei, dass hochbelastete Bauteile sicher eingesetzt werden können. Durch gezielte Oberflächenmodifikation lassen sich zudem Einsatzzeiten verlängern, wodurch Produkte nachhaltiger betrieben werden können.
Interne, mechanische Spannungen innerhalb eines Bauteils werden als Eigenspannungen bezeichnet. Sie werden nicht durch externe Belastungen, sondern durch plastische Verformungen während Fertigungs- und Bearbeitungsprozessen hervorgerufen. Sie werden hervorgerufen durch Kaltverformung, inhomogene Gefügeumwandlungen und thermische Einflüsse.
Durch Gießen, Schweißen und Wärmebehandeln können sich Bauteile bei schnellem Abkühlen verziehen, wodurch Maßtoleranzen teilweise nicht mehr eingehalten werden können. Schuld daran ist die Ausbildung von lokalen Eigenspannungen im Gefüge. Durch Kenntnis lokaler Eigenspannungsverteilungen und Anpassungen der Temperaturführung in den Prozessen, lassen sich Verzüge minimieren oder sogar vermeiden. Ortsaufgelöste Messergebnisse spielen hier auch eine wichtige Rolle bei der Verifikation von Bauteilsimulationen.
Auch die Analyse des Einflusses von Kugelstrahlbehandlungen auf den Spannungszustand oder die Verteilung der lokalen Eigenspannungen in geschweißten Verbindungen oder auftragsgeschweißten Bauteilen ist von großem Interesse:
Beim Kugelstrahlen z.B. werden gezielt Eigenspannungen in Bauteile eingetragen, die mit unseren Methoden ermittelt werden können. Nachfolgend können die Auswirkungen dieser Eigenspannungen auf die Bauteillebensdauer berechnet werden.
Dieses handliche Diffraktometer ermöglicht erstmals eine Messzeit von einer Minute zur punktuellen Bestimmung von Eigenspannungen. Dies ist im Vergleich zu einer Stunde bei konventionellen Methoden deutlich schneller und ermöglicht nun erstmals engmaschige und großflächige Mappings in Verbindung mit einem Roboterarm. Diese Mappings können eine Seitenlänge bis zu einem halben Meter haben und in beliebiger Orientierung im Raum durchgeführt werden.
Hiermit ergeben sich völlig neue Möglichkeiten flächig Eigenspannungsfelder automatisiert zu ermitteln. Es können z.B. Eigenspannungsgradienten in Schweißverbindungen detailliert untersucht werden, Oberflächen additiv gefertigter Komponenten können großflächig gemessen und bewertet werden. Die Messungen können an verschiedensten Werkstoffen wie Metalle (Stahl, Aluminium) oder Keramiken durchgeführt werden.
Aufgrund der geringen Größe des Gerätes und der angewendeten Methode können nun an Stellen, die für herkömmliche Geräte schwer zu erreichen sind, Eigenspannungen bestimmt werden.
Mit einen kleinstmöglichen Strahldurchmesser von 0,2 mm können zudem Detailanalysen durchgeführt werden. Eigenspannungen können in Kerben oder an komplexen Geometrien gemessen werden. Wir können so Schadenfälle durch Risse an komplex gebauten Bauteilen untersuchen.
Diese Ergebnisse interpretieren wir anschließend gemeinsam mit unseren Kunden und beraten zur weiteren Verbesserung der Fertigungsprozesse. Unter Berücksichtigung des Eigenspannungszustandes können anschließend Lebensdauerbewertungen durchgeführt werden, um konkrete Einsatzzeiten für ein Bauteil unter definierten Einsatzbedingungen zu berechnen.
Nach einer Prüfung der Machbarkeit erstellen wir Ihnen gerne ein Angebot. Sprechen sie uns hierzu gerne an.