Eigenspannungen ermitteln

Eigenspannungen können in jeder mechanischen Struktur aufgrund vieler Ursachen vorhanden sein, wie z.B.

  • plastische Verformung oder Schweißen
  • ungleichmäßige Kühlung von Gussbauteilen
  • Schmiedeprozesse

oder Oberflächenbehandlungen wie:

  • Kugelstrahlen
  • Oberflächenhärtung

Eigenspannungen haben die gleiche Rolle in der Festigkeit einer Struktur wie übliche mechanische Spannungen. Während Belastungen aufgrund von äußeren Lasten mit einem Genauigkeitsgrad berechnet werden können, sind Eigenspannungen jedoch schwer vorhersehbar. Es ist daher sehr wichtig, eine zuverlässige Methode zu haben, die in der Lage ist, diese direkt mit minimaler Beschädigung der Oberfläche zu messen.

Die Ringkernmethode und die Bohrlochverfahren

Zur Bestimmung der Eigenspannungen werden häufig zwei DMS-basierte Technologien eingesetzt: die Ringkernmethode und das Bohrlochverfahren.

Beiden Verfahren ist gemein, dass nach dem Einbau der Dehnungsmessstreifen-Rosette am Werkstück der Eigenspannungszustand durch den mechanischen Bohr- / Entkernprozess verändert wird. Während dieses Prozesses relaxieren sich die Eigenspannungen und geben Dehnungen frei, die mit Dehnungsmessstreifen gemessen werden und später zur Berechnung des Eigenspannungszustands verwendet werden.

Bei der Ringkernmethode wird eine ringförmige Nut um den jeweiligen Dehnungsmessstreifen herausgezogen. 

Bei dem Bohrlochverfahren wird ein Fräser, der mit etwa 350.000 U / min rotiert und durch einen Schrittmotor vorgeschoben wird, zum Bohren von Löchern verwendet. Die durch das schrittweise Bohren des Loches in das Werkstück entstehenden Dehnungsänderungen werden durch eine speziell für dieses Verfahren konzipierte Dehnungsmessstreifen-Rosette erfasst.

Das System MTS3000-System

Für das Bohrlochverfahren bietet SINT Technology, ein italienisches Unternehmen in Florenz, Italien, das MTS3000-System in Partnerschaft mit HBM an. Sowohl das MTS3000-System als auch die Berechnung der Restspannungsergebnisse entsprechen der ASTM E837-Standardversion 2013, dem einzigen vollständigen Standard für Restspannungen, der weltweit verfügbar ist.

  • Ein optisch-mechanisches System (um das Loch physisch zu machen)
  • Eine elektronische Steuereinheit (zur Steuerung des optisch-mechanischen Systems und der Messungen des QuantumX-Verstärkers von HBM)
  • Bohrloch-Bedien- und Steuerungssoftware (um automatisches Bohren zu ermöglichen)
  • Aufbereitungssoftware (zur Aufbereitung von Daten mit unterschiedlichen Bewertungsmethoden)

   

MTS3000, automatisches System für das Messen von Eigenspannungen mit dem Bohrlochverfahren. 


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