ResiduStress – Zerstörungsfreie Eigenspannungsmessung mittels Ultraschall

Ob beim Gießen, Schweißen oder während der mechanischen Bearbeitung – Eigenspannungen entstehen in nahezu jedem Fertigungsschritt. Diese inneren Spannungen wirken ohne äußere Krafteinwirkung im Bauteil und beeinflussen dessen Eigenschaften oft erheblich.

Besonders relevant sind Eigenspannungen für die Ermüdungsfestigkeit und Bruchzähigkeit eines Werkstoffs. Dabei ist nicht nur die Höhe der Spannung entscheidend, sondern auch ihr Vorzeichen: Druckeigenspannungen wirken sich in der Regel positiv auf die Bauteileigenschaften aus, während Zugeigenspannungen die Rissbildung und das Versagensrisiko fördern können.

Die zuverlässige Erfassung von Eigenspannungen ist daher ein zentraler Bestandteil moderner Werkstoff- und Bauteilbewertung.

Grenzen klassischer Messverfahren

Zur Bestimmung von Eigenspannungen stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung, bei denen das Bauteil jedoch meist teilweise zerstört oder zertrennt werden muss. Röntgenbasierte Verfahren wie die Röntgendiffraktometrie ermöglichen eine präzise Analyse oberflächennaher Spannungen.

Allerdings ist die Eindringtiefe der Röntgenstrahlung in Metallen auf wenige Mikrometer begrenzt. Für Aussagen über Spannungsverteilungen im Bauteilinneren sind daher zusätzliche – häufig zerstörende – Untersuchungsmethoden erforderlich, beispielsweise elektrolytisches Ätzen.

Fazit: Keines dieser Verfahren bietet eine zerstörungsfreie, volumenweite Messung – ein entscheidender Nachteil für sicherheitskritische Bauteile.

ResiduStress – die Zukunft der zerstörungsfreien Eigenspannungsmessung

Die W.S. Werkstoff Service GmbH hat sich über viele Jahre intensiv mit dieser Problemstellung beschäftigt und mit ResiduStress ein ultraschallbasiertes Messverfahren zur zerstörungsfreien Eigenspannungsmessung entwickelt.

Das Verfahren ermöglicht eine präzise Analyse der Spannungsverteilung im gesamten Bauteilvolumen. Durch den Einsatz polarisierter Ultraschallwellen können nicht nur oberflächennahe, sondern auch tiefenwirksame Spannungszustände im Material untersucht werden – ohne das Bauteil zu beschädigen. Das hat den Vorteil, dass die Messung im gesamten Volumen des Werkstücks angewandt werden kann. Dies ist besonders relevant für Branchen, in denen die Integrität der Materialien unter extremen Bedingungen gewährleistet sein muss, wie zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt oder im Schienenverkehr.

Ein wesentlicher Vorteil der Eigenentwicklung liegt in ihrer Flexibilität: Im Gegensatz zu vielen etablierten Prüfsystemen eignet sich ResiduStress nicht ausschließlich für Eisenbahnräder, sondern auch für zahlreiche weitere Bauteile und Werkstoffsysteme. Besonders relevant ist dies für Anwendungen, bei denen die strukturelle Integrität von Bauteilen unter hohen thermischen und mechanischen Belastungen gewährleistet werden muss – etwa im Schienenverkehr oder in der Luft- und Raumfahrttechnik.