Instrumentierung des Dreipunktbiegeversuchs zur in situ Rissverfolgung

摘要

Bei der Auslegung kerntechnischer Anlagen erfordert das Basissicherheitskonzept eine Absicherung der Werkstoffqualitat hinsichtlich Zahigkeit und Sprodbruchanfalligkeit. Deshalb wird beispielsweise im Rahmen von Dreipunktbiegeversuchen an Single Edge Bending (SE(B))-Proben das Wachstum eines zuvor definiert eingebrachten Schwingrisses unter definierten Lastbedingungen aufgenommen und analysiert. Derartig standardisierte bruchmechanische Versuche sind der vorgeschriebene Weg um das Werkstoffverhalten zu beschreiben und zu bewerten. Die daraus erhaltenen Werkstoffkenngrossen unterliegen jedoch einer hohen Streuung, was dazu fuhrt, dass hohe Sicherheitsmargen bei der Komponentenauslegung erforderlich werden. Die sich dem Versuch anschliessenden aufwandigen Ermittlungen der Werkstoffkennwerte wie z.B. die Rissinitiierung oder das Risswachstum bedingen eine Versuchsdurchfuhrung mit zeitaufwandigen Teilentlastungen. Im Rahmen zweier vom BMWi geforderten Vorhaben konnte gezeigt werden, dass eine zusatzliche Instrumentierung von SE(B)-Versuchen mit elektromagnetischen Ultraschallwandlern (EMUS-Wandlern) und Giant Magnetoresistance-(GMR-) Streufluss-Sensoren in situ Informationen z.B. uber den Zeitpunkt der Rissinitiierung und den Rissfortschritt liefern kann. In dem ersten Vorhaben wurde die prinzipielle Machbarkeit der Instrumentierung aufgezeigt. Im Folgevorhaben wurden die Verfahrensansatze weiterentwickelt und an einer grosseren Probenzahl statistisch abgesichert. Zu den Weiterentwicklungen in dem zweiten Vorhaben zahlen die Entwicklung und der aktive Einsatz von fokussierenden EMUS-Sende-Wandlern, der zusatzliche passive Einsatz von EMUS-Wandlern als Schallemissions-Empfanger sowie der Betrieb aller EMUS-Wandler (aktiv und passiv) mit einem Prufsystem im zeitlichen Multiplex und die Verwendung eines 32-Kanal-Streufluss-Linien-Arrays aus GMR-Magnetometern anstatt eines vierkanaligen Arrays aus GMR-Gradiometern.