DE102015000867B3

DE102015000867B3 - Anlage für Prüfung und Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion

Info

Publication number: DE102015000867B3
Application number: DE102015000867.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2035-01-22

Abstract

Anlage für Prüfung und Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion, welche ein elastisches Element (EE) mit einem Elektrolyt gefüllten inneren Raum und eine Messdose aufweist, wobei die Messdose eine Druckmessdose (MD) ist, wobei ein Schaft eines Prüfstücks (P) koaxial im inneren Raum des elastischen Elements (EE) anordenbar ist, wobei an einer inneren Fläche des elastischen Elements (EE) ein korrosionsbeständiges Dielektrikum (D) aufgetragen ist, wobei an dem Dielektrikum (D) eine Elektrode (E) angebracht ist, wobei die Druckmessdose (MD) auf einer äußeren seitlichen Fläche des elastischen Elements (EE) angeklebt ist, wobei auf einer oberen Stirnseite des elastischen Elements (EE) eine Belastungsmutter (BM) angeordnet ist, und auf einer unteren Stirnseite des elastischen Elements (EE) eine fixierende Mutter (FM) angeordnet ist, und das elastische Element (EE) mittels der Belastungsmutter (BM) und der fixierenden Mutter (FM) oder des Schraubenkopfes (SK) zusammendrückbar ist. Das elastische Element (EE) erfüllt drei Funktionen: zugerzeugendes Organ, Zugkraftmesser und Container für Elektrolyt – das ist das wichtigste kennzeichnende Merkmal; in allen bekannten ähnlichen Anlagen werden diese Funktionen mit unterschiedlichen Bestandteilen erfüllt. Die Hauptvorzüge der vorgeschlagenen Anlage im Vergleich zu den bekannten ähnlichen Anlagen sind folgende: – das elastische Element (EE) wird nicht gezogen, sondern zusammengedrückt; das ermöglicht die Anlegung großer Zugkräften (z. B. einige Dutzende Tonnen) an die Prüfstücke, die ihrem Betrieb entsprechen; – die zu prüfenden Prüfstücke benötigen keine spanende Bearbeitung, man kann die Prüfstücke mit tatsächlichen und großen Maßen auf der tatsächlichen, nicht beschädigten Arbeitsoberfläche verwenden; – kontinuierliche Überwachung der Restspannkraft beim Prüfstück; – die Anlage ist mehrmals kleiner und leichter in der Anfertigung als die bekannten ähnlichen Anlagen.

Description

Die bekannten Anlagen für Prüfung/Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion beinhalten einen Container für Elektrolyte, in dem ein Prüfstück untergebracht ist, und ein elastisches Element mit einer Zugmessdose.
In Druckschrift DE 2 220 109 A beinhaltet eine Vorrichtung einen elastisch verformbaren Rahmen, der zur Aufnahme eines Prüfstücks dient. Mittels einer Spannmutter wird das Prüfstück einer Zugbelastung ausgesetzt. Der Rahmen ist mit einer Kraftmesseinrichtung versehen, die es erlaubt, aus der Verformung des Rahmens die Belastung des Probestabs zu bestimmen.
In Druckschrift CN 104 251 798 A ist eine Vorrichtung zur Prüfung der Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit von Prüfstücken, z. B. Schrauben, dargestellt, bei der die auf das Prüfstück wirkende Zugkraft mittels einer elastischen ringförmigen Einspannvorrichtung erzeugt wird. Das Prüfstück befindet sich während der Prüfung zumindest abschnittsweise in einem Raum, der mit einem korrosiven Medium gefüllt ist.
In Druckschriften WO 2001 031 311 A2 , US 5 419 201 A , CN 103 674 817 A und EP 1 887 341 A1 sind Vorrichtungen zur Prüfung und Untersuchung von Wasserstoffversprödung und/oder Spannungsrisskorrosion dargestellt. Die Prüfstücke werden einem Elektrolyt ausgesetzt; mittels an den Enden der Prüfstücke ausgebildeter Gewindeabschnitte sind sie eingespannt.
Die nächsten Anlagen, die man als konventionelle annehmen kann, sind in folgenden Werken angeführt:

– „Untersuchungen zur Gefährdung von Pipelinestahl durch wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion”/Dissertation vorgelegt von Bernd Sadlowsky, 2000, Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2000, S. 54,
– „Kinetik der wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion eines hochfesten Stahles”/Bernhard Stellwag, 1980, S. 47,
– „Entwicklung einer Prüfmethodik zur Charakterisierung höchstfester Karosseriestähle hinsichtlich des Risikos zur Wasserstoff induzierten Rissbildung”/Dissertation vorgelegt von Matthias Loidl, 2014, Stuttgart, Univ., 2014, S. 46.

Bei diesen Anlagen wird eine Zugkraft an den Enden des Prüfstücks mittels einer Zugmaschine angelegt. Dafür haben dessen Enden einen wesentlich größeren Durchmesser als dessen mittlerer Teil; damit benutzt man für diese Anlagen – in der Regel – nur die Prüfstücke mit mit tief abgedrehtem mittleren Teil. Deswegen können die erhaltenen Resultate nur für eine qualitative oder/und grobe Einschätzung dienen, weil nämlich die Arbeitsoberfläche des Schafts den Widerstand des Prüfstücks gegen die Wasserstoffversprödung/Spannungsrisskorrosion bestimmt. Das wird mit folgendem erklärt: erstens ist die chemische Zusammensetzung der Oberfläche im Vergleich mit der nächsten Schicht wesentlich unterschiedlich, zweitens, sind das Gefüge der Oberfläche und das Gefüge der nächsten Schicht (sogar bei gleicher Härte) unterschiedlich und, drittens, ist die Verteilung der Legierungselemente dort zwischen fester Lösung und der Karbide unterschiedlich.
Nächster Nachteil der bekannten Anlagen ist, dass die Vermeidung des Vergießens der Elektrolyte aus dem Container mit komplizierten und aufwendigen technischen Lösungen erlangt wird.
Der dritte Nachteil ist ein Mangel an Genauigkeit der Messung der angelegten Zugkraft, die sich mit der Zeit verkleinert aufgrund hydraulischer Prozesse in der Zugmaschine, – aus diesem Grund soll sie während der Prüfung/Untersuchung ständig im Betrieb sein.
Das Ziel der vorgeschlagenen Erfindung ist die Verwirklichung einer Anlage, bei der diese Nachteile fehlen.
Dieses Ziel wird mit nachfolgend beschriebenen Anlagen gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2 erreicht.
Anlage für Prüfung und Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion, welche ein elastisches Element EE mit einem mit Elektrolyt gefüllten inneren Raum und eine Messdose aufweist,
wobei die Messdose eine Druckmessdose MD ist,
wobei ein Schaft eines Prüfstücks P koaxial im inneren Raum des elastischen Elements EE anordenbar ist,
wobei an einer inneren Fläche des elastischen Elements EE ein korrosionsbeständiges Dielektrikum D (z. B. Gummi) aufgetragen ist,
wobei an dem Dielektrikum D eine Elektrode E angebracht ist,
wobei die Druckmessdose MD auf einer äußeren seitlichen Fläche des elastischen Elements EE angeklebt ist,
wobei auf einer oberen Stirnseite des elastischen Elements EE eine Belastungsmutter BM angeordnet ist, und auf einer unteren Stirnseite des elastischen Elements EE eine fixierende Mutter FM angeordnet ist, und das elastische Element EE mittels der Belastungsmutter BM und der fixierenden Mutter FM zusammendrückbar ist.
Diese Anlage ist für Prüfstücke in Form von Gewindestiften anwendbar.
Anlage für Prüfung und Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion, welche ein elastisches Element EE (Hohlzylinder, Spule) mit einem mit Elektrolyt (z. B. 10% H₂SO₄-Lösung mit Inhibitor der Korrosion) gefüllten inneren Raum und eine Messdose aufweist,
wobei die Messdose eine Druckmessdose MD ist,
wobei ein Schaft eines Prüfstücks P, das einen Schraubenkopf SK hat, koaxial im inneren Raum des elastischen Elements EE anordenbar ist,
wobei an einer inneren Fläche des elastischen Elements EE ein korrosionsbeständiges Dielektrikum D aufgetragen ist,
wobei an dem Dielektrikum D eine Elektrode E angebracht ist,
wobei die Druckmessdose MD auf einer äußeren seitlichen Fläche des elastischen Elements EE angeklebt ist,
wobei auf einer oberen Stirnseite des elastischen Elements EE eine Belastungsmutter BM angeordnet ist, und das elastische Element EE mittels der Belastungsmutter BM und des Schraubenkopfes SK zusammendrückbar ist.
Diese Anlage ist für schraubenartige Prüfstücke anwendbar.
Ein Kontakt der Stirnseiten des elastischen Elements EE mit der Belastungsmutter BM und mit der fixierenden Mutter FM oder mit dem Schraubenkopf SK erfolgt mittels einer oberen OS und einer unteren Scheibe US, wobei auf der oberen Stirnseite des elastischen Elements EE oder/und auf einer unteren Stirnseite der oberen Scheibe OB oder durch diese Teile in der Nähe ihrer Kontaktflächen eine Rille ausgeführt ist oder zwei Rillen ausgeführt sind, wobei durch diese Rille oder diese Rillen ein Kabel KE von oder zu der Elektrode E verlegbar ist und Elektrolyt einspritzbar ist sowie Wasserstoff abführbar ist.
Das elastische Element EE erfüllt drei Funktionen: zugerzeugendes Organ, Zugkraftmesser und Container für Elektrolyt – das ist das wichtigste kennzeichnende Merkmal; in allen bekannten ähnlichen Anlagen werden diese Funktionen mit unterschiedlichen Bestandteilen erfüllt.
Die Hauptvorzüge der vorgeschlagenen Anlage im Vergleich zu den bekannten ähnlichen Anlagen sind folgende:

– das elastische Element EE wird nicht gezogen, sondern zusammengedrückt; das ermöglicht die Anlegung großer Zugkräfte (z. B. einige Dutzende Tonnen) an die Prüfstücke, die ihrem Betrieb entsprechen;
– die zu prüfenden Prüfstücke benötigen keine spanende Bearbeitung, man kann die Prüfstücke mit tatsächlichen und großen Maßen auf der tatsächlichen, nicht beschädigten Arbeitsoberfläche verwenden;
– kontinuierliche Überwachung der Restspannkraft beim Prüfstück;
– die Anlage ist mehrmals kleiner und leichter in der Anfertigung als die bekannten ähnlichen Anlagen.

Zwecks der Sicherung des Prüfsatzes gegen Verdrehen ist die seitliche Fläche der oberen Scheibe OS oder/und des elastischen Elements EE mit einem Paar der Abflachungen ausgeführt; entsprechend denen sind ein Paar der oberen Riegel OR in die Aussparungen einer Arbeitsplatte A eingelegt, wobei der Kontakt derer mit diesen Abflachungen und mit Rändern des Schraubenkopfes SK/der fixierenden Mutter FM das Verdrehen des Prüfsatzes verhindert.
Es werden folgende Werte für den Betrieb der Anlage empfohlen:

– Basiszeit der Prüfung/Untersuchung – max. 5 Stunden,
– Stromdichte der Wasserstoffverbreitung – 10 mA/cm².

Nach Meinung des Autors sind Schraubenelemente – gewöhnliche Schrauben und Gewindestifte mit zwei Gewindeteilen – ideale Prüfstücke für die Prüfung/Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion, weil man auf sie die Zugkraft sehr genau anlegen kann und das Gewinde eine richtige Kerbwirkung aufweist.
Auf der ist der Prüfsatz für die Prüfung und Untersuchung der Prüfstücke in der Art eines Gewindestifts (mit ihm) bei Einspritzung des Elektrolyts in den inneren Raum des elastischen Elements EE durch eine Spritze dargestellt, auf der nur dieser Prüfsatz.
Auf der ist der Prüfsatz für die Prüfung und Untersuchung der Prüfstücke in der Art einer Schraube (mit ihr) bei Einspritzung des Elektrolyts in den inneren Raum des elastischen Elements EE durch eine Spritze dargestellt, auf der nur dieser Prüfsatz.
Der Prüfsatz ( – ) besteht aus

– einem elastischen Element EE, auf dessen äußerer Fläche eine Druckmessdose MD angeklebt ist und auf dessen innerer Fläche die Gummischicht – als ein korrosionsbeständiges Dielektrikum D – aufgetragen ist; die Druckmessdose MD ist unter der Paraffinschicht verborgen,
– einer Elektrode E – ringförmige Bleiplatte mit Kabel KE, die auf das Dielektrikum D angebracht ist,
– einer oberen Scheibe OS und einer unteren Scheibe US,
– einer Belastungsmutter BM,
– einer fixierenden Mutter FM – im Fall wenn das Prüfstück P als Gewindestift ausgeführt ist.

Auf den und ist die Anlage für Prüfung und Untersuchung auf Wasserstoffversprödung/Spannungsrisskorrosion der Prüfstücke sowohl in der Variante des Gewindestifts als auch der Schraube in horizontaler Ausführung dargestellt (mit und ohne Arbeitsplatte A).
Auf den und ist diese Anlage in vertikaler Ausführung dargestellt (mit und ohne Arbeitsplatte A).
Da die aufgeplatzten Prüfstücke P tödlich sein können, sind eine obere OB und eine untere UN Sicherung vorgesehen.
In der Anlage nach den – lassen sich Prüfstücke mit verschiedener Länge prüfen/untersuchen. Das ermöglicht die Verwendung der Hubscheiben HS in unterschiedlichen Höhen oder Zusammenstellung von Hubscheiben HS mit verschiedenen Höhen.
Auf den und ist die Anlage vereinfacht: eine Schraube geht durch die obere Sicherung OB; aus diesem Grund kann sie nach jeder Anziehung und Ausdrehung eines der geprüften Prüfstücke P der Anlage entlang nicht verschoben werden.
Auf den und ist ebenfalls eine vereinfachte Ausführung der Anlage im Hinblick auf die Verwendung der Prüfstücke P gleicher Länge dargestellt (mit und ohne Arbeitsplatte A): die Hubscheibe HS fehlt, die obere Sicherung OB kann in vertikaler Richtung nicht verschoben werden.
Bezugszeichenliste:

A

– Arbeitsplatte

BM

– Belastungsmutter

D

– Dielektrikum

E

– Elektrode

EE

– elastisches Element

FM

– fixierende Mutter

HS

– Hubscheibe

KE

– Kabel von der Elektrode E

KM

– Kabel von Messdose MD

MD

– Druckmessdose

OB

– obere Sicherung

OR

– oberer Riegel

OS

– obere Scheibe

P

– Prüfstück

SK

– Schraubenkopf

UN

– untere Sicherung

UR

– unterer Riegel

US

– untere Scheibe.

Claims

Anlage für Prüfung und Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion, welche ein elastisches Element (EE) mit einem mit Elektrolyt gefüllten inneren Raum und eine Messdose aufweist, wobei die Messdose eine Druckmessdose (MD) ist, wobei ein Schaft eines Prüfstücks (P) koaxial im inneren Raum des elastischen Elements (EE) anordenbar ist, wobei an einer inneren Fläche des elastischen Elements (EE) ein korrosionsbeständiges Dielektrikum (D) aufgetragen ist, wobei an dem Dielektrikum (D) eine Elektrode (E) angebracht ist, wobei die Druckmessdose (MD) auf einer äußeren seitlichen Fläche des elastischen Elements (EE) angeklebt ist, wobei auf einer oberen Stirnseite des elastischen Elements (EE) eine Belastungsmutter (BM) angeordnet ist, und auf einer unteren Stirnseite des elastischen Elements (EE) eine fixierende Mutter (FM) angeordnet ist, und das elastische Element (EE) mittels der Belastungsmutter (BM) und der fixierenden Mutter (FM) zusammendrückbar ist.
Anlage für Prüfung und Untersuchung zur Wasserstoffversprödung und zur Spannungsrisskorrosion, welche ein elastisches Element (EE) mit einem mit Elektrolyt gefüllten inneren Raum und eine Messdose aufweist, wobei die Messdose eine Druckmessdose (MD) ist, wobei ein Schaft eines Prüfstücks (P), das einen Schraubenkopf (SK) hat, koaxial im inneren Raum des elastischen Elements (EE) anordenbar ist, wobei an einer inneren Fläche des elastischen Elements (EE) ein korrosionsbeständiges Dielektrikum (D) aufgetragen ist, wobei an dem Dielektrikum (D) eine Elektrode (E) angebracht ist, wobei die Druckmessdose (MD) auf einer äußeren seitlichen Fläche des elastischen Elements (EE) angeklebt ist, wobei auf einer oberen Stirnseite des elastischen Elements (EE) eine Belastungsmutter (BM) angeordnet ist, und das elastische Element (EE) mittels der Belastungsmutter (BM) und des Schraubenkopfes (SK) zusammendrückbar ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontakt der Stirnseiten des elastischen Elements (EE) mit der Belastungsmutter (BM) und mit der fixierenden Mutter (FM) oder mit dem Schraubenkopf (SK) mittels einer oberen (OS) und einer unteren Scheibe (US) erfolgt, wobei auf der oberen Stirnseite des elastischen Elements (EE) oder/und auf einer unteren Stirnseite der oberen Scheibe (OS) oder durch diese Teile in der Nähe ihrer Kontaktflächen eine Rille ausgeführt ist oder zwei Rillen ausgeführt sind, wobei durch diese Rille oder diese Rillen ein Kabel (KE) von oder zu der Elektrode (E) verlegbar ist und Elektrolyt einspritzbar ist sowie Wasserstoff abführbar ist.
Anlage nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine seitliche Fläche der oberen Scheibe (OS) oder/und des elastischen Elements (EE) mit einem Paar Abflachungen ausgeführt ist, wobei entsprechend der Abflachungen ein Paar oberer Riegel (OR) in Aussparungen einer Arbeitsplatte (A) einlegbar sind.