DGZfP-JAHRESTAGUNG 2002

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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Umfangreiche Ultraschallprüfungen an der neuen Oberstufen-Schubkammer VINCI der ARIANE 5 mit dem auf Windows basierenden ScanMaster Tauchtechnikprüfsystem der Serie LS200

Ing. C. Köhler , Vogt Werkstoffprüfsysteme GmbH
M. Blumauer , Astrium GmbH, Space Infrastructure Division
Kontakt: C. Köhler

Bei der Astrium GmbH, Raumfahrt-Infrastruktur in Ottobrunn bei München wurde im November 2001 ein auf Windows basierendes ScanMaster Tauchtechnikprüfsystem der Serie LS200 (siehe Bild 1) für die Ultraschallprüfungen an der neuen Oberstufen-Schubkammer VINCI der ARIANE 5 installiert. Die Schubkammer ist ein Bestandteil der neuen Generation eines Hochleistungstriebwerkes für die ARIANE 5 (siehe Bild 2).

Bild 1: Windows basierendes ScanMaster Tauchtechnikprüfsystem der Serie LS200 Bild 2: Oberstufen-Schubkammer VINCI der ARIANE 5.

Die Oberstufen-Schubkammer VINCI besteht im wesentlichen aus einem Kupfer-Silber-Zirkon-Liner (CuAg3Zr05), mit bis zu 468 von der Außenseite eingefrästen Kühlkanälen sowie einer nachträglich aufgetragenen Nickel-Schicht. Zusätzlich werden danach an der Ober- und Unterseite der Ein- und Auslaufring sowie der Düsenflansch mittels Elektronenstrahl verschweißt.

Die für dieses Bauteil vorgegebenen Prüfaufgaben sind wie folgt beschrieben:

1 Volumenprüfung

Am Rohteil aus CuAg3Zr05 wird im Rahmen der Wareneingangsprüfung eine Ultraschallprüfung auf innenliegende Materialfehler durchgeführt. Der zu überprüfende Bereich beträgt hierbei ca. 30 mm wobei das Hauptaugenmerk an Fehlstellen liegt, die sich in dem Bereich der Heißgaswand des fertiggedrehten Cu-Liners befinden. Die Prüfung erfolgt gemäß AMS - STD 2154 bei einer zulässigen Fehlergröße von 0,8 mm Flachboden-Sacklochbohrung (FBB). Der Prüfumfang beträgt 100%.

2 Wanddickenmessung

An dem fertiggedrehten Kupfer-Liner werden bis zu 468 Kühlkanäle mittels Fräsen eingebracht. Die hierbei entstandenen Kanäle weisen eine Breite, je nach Position, von 0,7 - 1,2 mm auf. Die Kanäle haben hierbei eine Tiefe von bis zu 15 mm. Die Restwanddicke (Heißgaswand) zum zukünftigen Schubkammerbrennraum beträgt am dünnsten Bereich lediglich 0,55 mm. Mittels Ultraschallprüfung werden hier an 7, in der Konstruktionszeichnung festgelegten Positionen, Wanddickenmessungen durchgeführt. Um diese Messungen genau durchführen zu können, wird jede Position mit jeweils 10 Scanlinien im Tauchtechnikverfahren abgefahren, so dass von jedem der 468 Kanäle 10 Laufzeitmesswerte ermittelt werden. Aus diesen einzelnen Werten wird anschließend der Mittelwert über einem auf Excel basierendem speziellen Auswerteprogramm ermittelt und protokollarisch dargestellt. Die zulässigen Abweichungen der Restwanddicke sind mit ± 0,05 mm festgelegt, wobei nur ein Wanddickenunterschied von Kanal zu Kanal von ± 0,02 mm zugelassen ist (siehe Bild 3).

Bild 3: Wanddickenmessung von der Außenseite eingefrästen Kühlkanälen

3 Schweißnahtprüfung

Der mit den Kühlkanälen versehene Kupfer-Liner wird in einem galvanischem Prozess mit einer Nickelschicht von bis zu 30 mm überzogen. Diese dient zur Stabilisierung der Schubkammer. Anhand einer 100%-igen Ultraschallprüfung wird nun die Bindezone zwischen Kupfer und Nickel überprüft, um eventuell vorhandene Haftungsfehlstellen erkennen zu können. Dabei sind hier vorhandene Fehlstellen auf den Kanalstegen nicht zulässig, da sonst eine Verbindung zwischen den Kühlkanälen bestehen würde.
Zusätzlich werden diverse Elektronenstrahlschweißnähte mittels Ultraschall geprüft (siehe Bild 4). Die hierbei verwendete Materialpaarung ist meistens Nickel / Inco 718. Die nachzuweisende Fehlergröße ist je nach Belastung ausgelegt und beträgt 0,5 mm FBB (Flachboden-Sacklochbohrung).

Bild 4: Ultraschallprüfung an Elektronenstrahlschweißnähten der Oberstufen-Schubkammer VINCI der ARIANE 5

Das installierte Tauchtechnikprüfsystem LS200 wird im wesentlichen durch seine präzise und praxisorientierte Scanmechanik sowie einer leistungsfähigen Scan- und Prozess-Software bestimmt (siehe Bild 6).

Alle Prüfaufgaben konnten zur vollsten Zufriedenheit des Kunden, der Astrium GmbH Raumfahrt-Infrastruktur in Ottobrunn, erfüllt werden.

Bild 5: Typische Bildschirmdarstellung während der Prüfung der WindowsNT / Windows2000 basierenden ScanMaster Scansoftware (Bauteil führte zur Zurückweisung)

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net