Infrarot-Thermografiesystem inkl. Anregungsquellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Thermografiesystem wurde als zerstörungsfreies Prüfverfahren (zfP) angeschafft, um im Rahmen von Forschungsvorhaben das Rissverhalten insbesondere metallischer Strukturen analysieren zu können. Das Verfahren basiert darauf, dass ein Körper Infrarotstrahlung abgibt. Die Thermografie nutzt dieses Phänomen als kontaktloses, bildgebendes Verfahren zur Erfassung der Strahlungsintensität bzw. -verteilung an der betrachteten Messoberfläche eines Bauteils. Der Begriff der aktiven Thermografie wird dabei bei der Messung von extern eingebrachten Wärmeströmen durch verschiedenste Wärmequellen in ein Bauteil verwendet. Störstellen verursachen dabei Änderungen des Wärmestroms im Vergleich zu ungestörten Bereichen, welche mit High-End Thermografiekameras sichtbar gemacht werden können. Mit Hilfe eines vergleichenden, selbst zu entwickelnden Auswerteverfahrens können Zeitpunkt und Örtlichkeiten solcher Störstellen erfasst werden. Das Infrarot-Thermografiesystem wird in diesem Zusammenhang an der Hochschule München zur frühen Schädigungs- bzw. Risserkennung bei geschweißten Bauteilen angewendet. Die Ermüdung solcher Bauteile unter vorwiegend nicht ruhender Belastung setzt sich aus den Phasen der Risseinleitung, des stabilen Rissfortschritts und des instabilen Restbruchs zusammen. Mit anderen zfP Verfahren wird eine Ermüdungsschädigung frühestens bei einer technischen Anrisslänge an der Oberfläche von ca. 1mm sichtbar und somit erst deutlich nach der eigentlichen Rissinitiierung im Bereich des stabilen Risswachstums. Insbesondere für eine Bewertung der Restlebensdauer nach einer Rissinitiierung sowie der wissenschaftlichen Bewertung von Ermüdungsschädigungen ist die Kenntnis des Zeitpunktes der Rissinittierung sehr wesentlich. Ziel der Anwendung der aktiven Thermografie ist die frühe Detektion eines oberflächennahen, äußerlich (noch) nicht detektierbaren Risses. Die besondere Herausforderung besteht hierbei in der Datenauswertung der IR-Aufnahmesequenzen und der Zuordnung dieser zu Schädigungsprozessen. Diese Technik wurde in den letzten 3 Jahren erarbeitet. Dabei wurde die Thermografie eingesetzt, um Ermüdungsvorgänge von Probekörpern und Bauteilen im Ermüdungsversuch zu analysieren. Mit dem Thermografiesystem wird die reale Bauteilantwort auf eine zyklische sinusähnliche Beanspruchung während eines Ermüdungsversuchs aufgezeichnet, welche durch eine servohydraulische Prüfmaschine hervorgerufen wird. Die dabei auftretende ebenfalls sinusähnliche Temperaturantwort des Probekörpers wird von der Thermografiekamera erfasst. Durch die Auswertung der Änderungen der Temperaturantworten können Aussagen über den Schädigungsprozess bzw. -verlauf getroffen werden. Dafür werden während eines Versuchs in regelmäßigen Abständen Bildsequenzen aufgenommen. Zur Steigerung des Emissionsgrads wird die Probekörperoberfläche mit einer dünnen Graphitschicht überzogen. Zusätzlich wird für den späteren Bewegungsabgleich eine stark reflektierende Aluminiumfolie in einem gering beanspruchten Bereich der Probenoberfläche appliziert. Die reale Temperaturantwort des Bauteils unter wechselnder Beanspruchung kann mit Hilfe eines Auswertealgorithmus in einen linearen und nichtlinearen Anteil unterteilt werden. Die schädigungstypischen Vorgänge (zyklisch-plastische Verformungen, strukturelle Kerben) werden dabei vom nichtlinearen Anteil beschrieben und sind Indikatoren für die Entstehung eines Anrisses. Durch die Entwicklung der Auswertealgorithmen kann mittlerweile das Anriss- und Rissfortschrittsverhalten von Bauteilproben im Ermüdungsversuch analysiert werden.
