Schraubenspannungsprüfung

Die Schraubenspannungsprüfung ist eine Schlüsseltechnologie zur Beurteilung des inneren Spannungszustands von Schrauben bei langem Betrieb oder unter bestimmten Arbeitsbedingungen, deren Hauptziel es ist, die Zuverlässigkeit der Verbindungen zu gewährleisten, die Materialeigenschaften zu überprüfen und das Ausfallrisiko aufgrund von Spannungslösung oder -konzentration zu verhindern.

Die Schraubenspannungsprüfung ist eine Schlüsseltechnologie zur Beurteilung des inneren Spannungszustands von Schrauben bei langem Betrieb oder unter bestimmten Arbeitsbedingungen, deren Hauptziel es ist, die Zuverlässigkeit der Verbindungen zu gewährleisten, die Materialeigenschaften zu überprüfen und das Ausfallrisiko aufgrund von Spannungslösung oder -konzentration zu verhindern. Im Folgenden werden fünf Aspekte der Prüfprinzipien, Methoden, Normen, Einflussfaktoren und Geräteanwendungen erläutert:

1. Prüfprinzip

Die Schraubenspannungserfassung basiert auf den mechanischen und akustischen Eigenschaften des Materials und reflektiert die Spannungswerte durch die Messung physikalischer Veränderungen, die durch die Spannung verursacht werden (z. B. Schallgeschwindigkeit, Spannung, Verschiebung usw.). Zu den Grundprinzipien gehören:

Schallelastizitätseffekt: Wenn sich Ultraschall im Material verbreitet, verursacht die Spannung eine Änderung der Schallgeschwindigkeit, die durch Messung der Schallgeschwindigkeit oder der Flugzeit (TOF) berechnet werden kann. Beispielsweise verringert sich die Ultraschallgeschwindigkeit linear, wenn die axiale Spannung des Schraubens erhöht wird, was durch die Kalibrierkurve genau in einen Spannungswert umgewandelt werden kann.

Spannung-Widerstandseffekt: Die Widerstandsspannung klebt sich auf die Oberfläche des Schraubens und verursacht eine Widerstandsänderung bei der Verformung des Schraubens. Die Widerstandsänderung wird über die Whistlestone-Brücke in einen Spannungswert umgewandelt und die Spannung in Kombination mit dem Elastizitätsmodul des Materials berechnet.

Kristallgitter-Verzerrungsprinzip: Röntgen- oder Neutronendiffraktion messen indirekt die Restspannung durch die Analyse der Veränderung des Materialgitterstands und eignen sich für die Analyse der Oberflächen- oder Tiefenspannungsverteilung.

II. Prüfmethoden

Abhängig von der Prüfszenarie und den Genauigkeitsanforderungen kann die Schraubenspannungsprüfung in zwei Kategorien unterteilt werden: Nichtzerstörerische Prüfung und zerstörerische Prüfung:

Nichtdestruktive Prüfung:

Ultraschallspannungsprüfung:

Prinzip: Anhand des Schallelastizitätseffektes wird die Spannung durch Messung der Ausbreitungszeit oder der Schallgeschwindigkeitsänderungen durch Ultraschall in den Schrauben berechnet.

Vorteile: Sie müssen den Schrauben nicht zerstören, können den Betriebszustand online überwachen und eignen sich für schwierige Umgebungen wie hohe Temperaturen und hoher Druck.

Anwendung: Schlüsselbeschraubung in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Kernkraft und Windkraft, wie Motorblattschrauben, Kernreaktordruckbehälterschrauben.

Magnetische Belastungsprüfung:

Prinzip: basierend auf dem magnetischen heterogenen Effekt des ferromagnetischen Materials führt die Spannungsänderung zu einer magnetischen Leitfähigkeitsänderung, die durch einen magnetischen Sensor die magnetische Feldveränderung messen kann.

Vorteile: Schnelle Erkennungsgeschwindigkeit und geeignet für die Massenscreening.

Einschränkungen: Nur für ferromagnetische Materialien (wie Kohlenstoffstahl, legierter Stahl).

Röntgendiffraktionsmethode:

Prinzip: Wenn Röntgenstrahlen das Material durchdringen, führt eine Veränderung des Gitterstands zu einer Diffraktionswinkelverschiebung, die durch die Messung der Verschiebung berechnet wird.

Vorteile: Hohe Präzision und Analyse der Oberflächen- oder oberflächennahen Spannungsverteilung.

Einschränkungen: Die Ausrüstung ist teuer, die Erkennung ist ineffizient und erfordert einen professionellen Betrieb.

Zerstörende Prüfung:

Bohrmethode:

Prinzip: Freisetzung der Restspannung an den Bohrungen auf der Schraubenoberfläche und Berechnung der ursprünglichen Spannung durch Messung der Spannungsänderungen um die Bohrung herum.

Einschränkungen: Die Schrauben müssen zerstört werden und sind nur für eine Einzelprüfung oder Ausfallanalyse geeignet.

Schnittmethode:

Prinzip: Schneidschrauben erfassen Schnittbereiche und beurteilen indirekt den Spannungszustand durch Metallphase-Analyse oder Härteprüfung.

Einschränkungen: Beschädigte Schrauben, nur für Laborforschung oder Analyse der Fehlerursachen.