Zerstörungsfreie Prüfung metallischer Rumpfsegmente ......Zerstörungsfreie Prüfung metallischer Rumpfsegmente – Möglichkeiten und Potenziale bildgebender Verfahren Thomas Ullmann

Zerstörungsfreie Prüfung metallischer Rumpfsegmente – Möglichkeiten und Potenziale bildgebender Verfahren

Thomas Ullmann und Raouf JemmaliDLR Stuttgart, Institut für Bauweisen und Konstruktionsforschung

Ulrike DreßlerDLR Köln, Institut für Werkstoff-Forschung

Köln-Porz, Werkstoff-Kolloquium, 2. Dezember 2008

Werkstoff-Kolloquium – 2. Dezember 2008Folie 2

Übersicht

NDT bei metallischen Flugzeugstrukturen

FSW-Nähte

Ultraschallprüfung

Röntgenprüfung

CT-Prüfung

Neutronenstreuung

NDT-Verfahren im direkten Vergleich


NDT bei metallischen Flugzeugstrukturen

SchweißnähteSchweißnähte

NietverbindungenNietverbindungen

RisseRisse

Poren, LunkerPoren, Lunker

NDT-Verfahren

UltraschallWirbelstromFarbeindringverf.Magnetpulververf.

Fluggerätewartung

NietverbindungenNietverbindungen

SchweißnähteSchweißnähte

RisseRisse

ImpactschädenImpactschäden

überwiegendUltraschallprüfung

überwiegendWirbelstromprüfung

ThermographieCT

Fertigung⇒ Serien- und Stichprobenprüfung

⇒ Prüfung hoch belasteter Bauteilbereiche


FSW-Nähte

Werkzeug-Schulter Ende

zu verbindende Bleche

Schweißnaht

Stift

Anfang

Friction Stir Welding (FSW)

Defekte beim Reibrührschweißen:

Lack of penetration (LOP): nicht durchgeschweißte Wurzel

Root flaw: Ansammlung von Oxiden

Hohlräume

Tunnel


Ultraschallprüfung

Puls-Echo-Technik

HFUS 2400

Ultraschallprüfkopf: hochfrequent (25 MHz), 25 mm Fokuslänge in WasserPräzisionsscanner (Schrittweite: 50 µm)

A B

Kopplungsmedium: Wasser


Ultraschallprüfung

1)

2)

1) C-Scan (Signalstärke)2) D-Scan (Signaltiefe / Laufzeit des Echos)

Tunnel

Tunnel

Tunnel

3)

3) Schliffbild mit Tunnel (Querschnitt)

Blech # 500 – senkrechte Beschallung


UltraschallprüfungBlech # 776 – schräge Beschallung

1) C-Scan

2) D-Scan

LOP

LOP

3) Schliffbild mit LOP (Querschnitt)

Detektion eines LOP bei schräger Beschallung (Öffnung ca. 15 µm)


Ultraschallprüfung

1) D-Scan

2) Schliffbild (Querschnitt)

Durchgängiger root flaw(Entstehung durch nicht ausreichendes Zerteilen der Aluminium-Oberflächen(oxid)schicht)


UltraschallprüfungBlech # 458 – Überlappnaht

C-Scan

D-Scan

Schliffbild mit Einschlüssen (Querschnitt)

FSW-Überlappnahtzwischen 2 Al-Blechen

1 mm


UltraschallprüfungBlech # 447 – Überlappnaht

C-Scan

D-Scan

FSW-Überlappnahtzwischen 2 Al-Blechen

Schliffbild ohne Einschlüsse (Querschnitt)

1 mm


Computertomographieanlage

100 kgMax. Bauteilgewicht:

ca. 1000 x 1800 mm (B x H)Max. Bauteilgröße:

B = 800 mm (horizontal); H = 1000 mm (vertikal)Max. erfassbarer Bauteilbereich:

2048 x 2048 Pixel à 0.2 mm (16 Bit)Flächendetektor:

Röntgenröhren:1.) 240 kV Mikrofokus2.) 450 kV Minifokus

Standort:Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung, DLR Stuttgart

CT-Großanlage v|tome|x L450


Röntgenprüfung

250

mm

10 mm

Blech # 500


RöntgenprüfungBlech # 776

250

mm

10 mm


CT-Prüfung

MP

ngVergrößeruPixelgrößeV == wobei:

FODFDDM =

Auflösung ⇒ Voxelgröße

Geometrie und Auflösung

Grafik: Phoenix|x-ray

Grafik: Phoenix|x-ray


CT-PrüfungBlech # 500

AVI

3D-Darstellung2D-Darstellung (frontal, axial, sagittal) ⇒



2D-Schnittbilder in

frontaler, axialer und

sagittaler Orientierung

#1



2D-Schnittbilder in



#2



2D-Schnittbilder in



#3



2D-Schnittbilder in



#4



AVI

3D-Darstellung (Oberfläche) 3D-Darstellung (Tiefenschnitt)



2D-Schnittbilder in



#1



2D-Schnittbilder in



#2



2D-Schnittbilder in



#3



2D-Schnittbilder in



#4



AVI

3D-Darstellung (Oberfläche) 3D-Darstellung (Tiefenschnitt)


NeutronenstreuungBragg’sches Gesetz: θλ sindn ⋅=⋅ 2

Transmission:°= 90θd2=λ

Quelle: Javier Santisteban


ZfP-Verfahren im direkten Vergleich

AVI

Messung der räumlichen Spannungsverteilung möglich

Bestimmung einzelner PhasenBestimmung von TexturenBauteilgröße limitiert Auflösung

sehr hochgegeben (jedoch auf Kosten der Auflösung)

ab ca. 50 µmNeutronenstreuung

Alle Arten von defekten mit höchster Auflösung darstellbar

volle 3D-InformationBauteilgröße limitiert Auflösung

sehr hochgegeben (jedoch auf Kosten der Auflösung)

≥ 5 µm bis ≥ 100 µm(abhängig v. Bauteilgröße!)

CT-Prüfung

Tunnelbildung im Detail erkennbar

„root flaws“ nur bedingtKeine Tiefeninformation abbildbar

mittelgegeben≥ 5 µmRöntgenprüfung

Tunnelbildung, „root flaws“, Einschlüsse etc. gut abbildbar

Tiefeninformation, jedoch nur 2D-Abbildungen möglich

hochgegeben≥ 10 µmUltraschallprüfung (wassergekoppelt)

AnmerkungenInformations-dichte

Anwendbarkeit auf größere Bauteile

Erkennbare Details

Prüfmethode


ZfP-Verfahren im direkten Vergleich

AVI

o (nur bedingt)

o (nur bedingt)

++++++Eignung für Großbauteile

o (nur bedingt)

o(nur bedingt)

+++++schnell & flächendeckend

++++++++(bedingt weil nur 2-dimensional)

++(nur 2D-Darstellung)

ortsauflösend & defektselektiv

+++++++(nur 2D-Darstellung)

++(nur 2D-Darstellung)

Informations-dichte

+++++o(nur bedingt)

+++alle Fehler erfassbar

Neutronen-streuung

Computer-tomographie

Röntgen-durchstrahlung

Ultraschall

Übersicht nach Schlüsselkriterien


VDI-W Fachbeirat:Anwendungsnahe Zerstörungsfreie Werkstoff- und Bauteilprüfung

Köln-Porz (DLR)

Berlin (HZB, BAM)

Hamburg (GKSS)

Saarbrücken (FhG)

Fürth (FhG)

Stuttgart (DLR)

Garching (FRM II)

VDI-GesellschaftWerkstofftechnik

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