Parameter study of an EDM process to produce artificial defects for NDT calibration phantoms

Die Ultraschallprüfung ist das gebräuchlichste zerstörungsfreie Prüfverfahren zum Nachweis von Fehlern in großen, schweren Schmiedestücken wie beispielsweise Turbinenrotoren. Sowohl Verfahren zur Fehlergrößenbestimmung als auch theoretische Kalibrierverfahren verwenden künstliche Fehler wie Flachbodenbohrungen (FBB). Während einige Kalibrierverfahren für bestimmte Ultraschallanwendungen und Werkstoffe bereits verifiziert wurden, bedürfen andere noch einer Verifizierung. Hierfür sind künstliche Fehler von hoher Qualität erforderlich. Dieser Bericht befasst sich mit einem funkenerosiven Verfahren (EDM) zur Herstellung von Flachbodenbohrungen mit einem Durchmesser von etwa 2 mm und einem hohen Aspektverhältnis von rund 5. Es wurden 16 Flachbodenbohrungen mit variierten Parametern gefertigt und mittels zerstörender sowie zerstörungsfreier Prüfverfahren vermessen. Ziel war es, sowohl ein geeignetes ZfP-Verfahren zur Messung der FBB-Qualität als auch die optimalen Parameter für bestmögliche Fertigungsergebnisse zu ermitteln.

Dabei wurden die Auswirkungen von Details des Erodierprozesses auf die Qualität der Flachbodenbohrungen analysiert, welche wiederum die Güte der Ultraschallprüfung beeinflussen. Insbesondere der Werkzeugverschleiß und die Spülbedingungen erwiesen sich als maßgebliche Einflussfaktoren auf die geometrischen Eigenschaften. Für die Ultraschallprüfung bei 2 bis 5 MHz ist die Ebenheit weniger entscheidend als die Kantenverrundung infolge des Elektroden-Eckenverschleißes. Dies erklärt sich dadurch, dass die Ultraschallprüfung lediglich eine Materialhöhe von 1000 μm bzw. 333 μm erfasst. Eine vergleichsweise niedrige Pulsfrequenz bei einer Einschaltdauer von 20 μs lieferte dabei die besten Ergebnisse. Hinsichtlich der Qualitätsprüfung der Flachbodenbohrungen erzielte das Abdruckverfahren mit einem Zweikomponenten-Silikon hinreichend präzise Ergebnisse.