Die Bohrlochmethode (Hole drilling) ist ein halbzerstörendes mechanisches Verfahren zur Messung von Eigenspannungen mittels DMS-Rosetten. Die Methode ermöglicht eine genaue, kostengünstige experimentelle Analyse des Spannungszustandes in verschiedenen Werkstoffen und an verschiedenen Orten. Tatsächlich gilt die Bohrlochmethode in Bezug auf Kosten, Genauigkeit und Vielseitigkeit als eine der geeignetsten, universell bekannten und angewandten halbzerstörenden Methoden in der Industrie zur Messung von Eigenspannungen.
Bei der Bohrlochmethode wird mit einer speziell entwickelten Hochgeschwindigkeitsbohrtechnik ein kleines Loch in die Mitte einer speziellen DMS-Messverstärker mit mindestens 3 Gittern gebohrt. Der Bohrvorgang wird in aufeinanderfolgenden Tiefenschritten durchgeführt: Am Ende jedes Bohrschritts werden die entspannten Dehnungen durch einen speziellen digitalen DMS-Verstärker erfasst. Nachdem alle Dehnungskurven erfasst wurden, werden diese verarbeitet, um die ursprünglich im Bauteil vorhandenen Eigenspannungen zu bewerten.
Die Dehnungsmessstreifen-Methode ist international genormt durch ASTM E837-20 „Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method”.
Die Norm ASTM E837-20 legt die Anzahl der erforderlichen Bohrintervalle, die numerischen Koeffizienten für die Berechnung der Eigenspannungen, die Datenverarbeitungsmethodik und einige Überlegungen zu den mit der Methode verbundenen typischen Messunsicherheiten fest.
Die Norm ASTM E837-20 spezifiziert auch das vollständige Bohrverfahren zur Bestimmung von Eigenspannungsprofilen in der Nähe der Oberfläche eines isotropen, linear elastischen Materials. Die Norm enthält auch alle Anforderungen hinsichtlich der Mindestanforderungen an die Messkette, praktische Hinweise zur Verwaltung des Bohr- und Dehnungserfassungsprozesses für jeden Schritt, Details zu den zu verwendenden Berechnungsalgorithmen und schließlich die Berechnungskoeffizienten zur Bewertung der Eigenspannungen.
Seit 2010 ist SINT Technology nach der Norm ISO/IEC 17025 akkreditiert: 2005 von der italienischen Akkreditierungsstelle ACCREDIA mit der Akkreditierungsnummer 910 für die Durchführung von Eigenspannungsmessungen mit der Sackloch-DMS-Methode im Labor und vor Ort nach ASTM E837 akkreditiert.
Für die Auswertung der Eigenspannungen unter beliebigen Testbedingungen hat SINT Technology eine eigene Software namens EVAL entwickelt, die auch für seine Messdienstleistungen verwendet wird und sich speziell an diejenigen richtet, die die typischen Einschränkungen der in der ASTM-Norm spezifizierten Bohrverfahren im Bereich der Zwischendicke überwinden müssen, um die wichtigsten experimentellen Fehlerquellen bei der Messung zu berichtigen (Fehler, die durch die Exzentrizität der Bohrung/Rosette und die kleine Abschrägung/Verbindung am Boden der Bohrung entstehen) und um spezifische Algorithmen für die Auswertung der Messunsicherheit zu verwenden.
Nach der ASTM-Norm gibt es 3 mögliche unterschiedliche Bohrungskonfigurationen, abhängig vom mittleren Durchmesser der DMS-Rosette und dem entsprechenden Fräser:
- Mit einem Fräser von ca. 0,8 mm / 1,0 mm in Verbindung mit einer DMS-Rosette mit einem Durchmesser von 1/32′ (ca. 2,56 mm) können mit der Methode Eigenspannungen bis zu einer Gesamttiefe von 0,5 mm mit optimaler Auflösung der Berechnungsschritte nahe der Werkstückoberfläche ausgewertet werden.
- Mit einem Fräser von ca. 1,8 mm / 2,0 mm in Verbindung mit einer DMS-Rosette mit einem Durchmesser von 1/16′ (ca. 5,10 mm) bietet die Methode eine gute Analysetiefe bis zu 1,0 mm Tiefe mit einer guten Schrittauflösung in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks. Die meisten der auf dem Markt erhältlichen DMS-Rosetten gehören zu dieser Kategorie. Dies ist die häufigste Testkonfiguration.
- Mit einem Fräser von ca. 3,8 mm / 4,0 mm in Verbindung mit einer DMS-Rosette mit einem Durchmesser von 1/8′ (ca. 10,26 mm) kann das Verfahren zur Eigenspannungsauswertung bis zu einer maximalen Gesamttiefe von 2,0 mm eingesetzt werden, allerdings mit einer geringeren Auflösung der Berechnungsschritte in der Nähe der Werkstückoberfläche.
SINT Technology bietet einen speziellen Messservice mit der Bohrlochmethode für Messaktivitäten sowohl im Labor als auch direkt vor Ort an. Diese Methode kann bei verschiedenen Materialien wie Standardmetallen, fortschrittlichen technischen Legierungen, polymeren Materialien und Verbundwerkstoffen angewendet werden.
Darüber hinaus kann SINT Technology für spezielle oder nicht standardisierte Anwendungen die Bohrlochmethode anpassen, indem speziell angefertigte Rosetten mit größeren Abmessungen als handelsübliche Rosetten verwendet werden (Benutzerdefinierte Bohrlochmethode). Auf diese Weise ist es möglich, die Berechnung der Eigenspannungen bis zu einer maximalen Tiefe von ca. 10,0 mm zu erhalten, indem ein Loch mit einem größeren Durchmesser gebohrt wird: Diese Methode ermöglicht es, ein vollständiges Spannungsprofil bis zu größeren Tiefen zu erhalten, ohne auf komplexere und wesentlich teurere Methoden zurückgreifen zu müssen.
Abhängig von der Größe der benutzerdefinierten Rosette, die bei der Messung verwendet wird, ist SINT Technology in der Lage, die am besten geeigneten Koeffizientenmatrizen für die Berechnung von gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Eigenspannungen in der Dicke unter solchen nicht standardisierten Bedingungen zu berechnen.
Bibliographische Einblicke & Wissenschaftliche Veröffentlichungen
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- Emilio Valentini, Lorenzo Bertelli, Alessio Benincasa and Simone Gulisano (December 13th 2019). Recent Advancements in the Hole-Drilling Strain-Gage Method for Determining Residual Stresses, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.90392. Available from: https://www.intechopen.com/online-first/recent-advancements-in-the-hole-drilling-strain-gage-method-for-determining-residual-stresses
- Valentini E, Bertelli L, Benincasa A. Improvements in the hole-drilling test method for determining residual stresses in polymeric materials. Materials Performance and Characterization. 2018;7(4):446-464. DOI: 10.1520/MPC20170123 ISSN 2379-1365
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