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Der Einsatz der zerstörungsfreien Bauteilprüfung ist ein wichtiges Kernelement in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Aufgrund der extremen Belastung der verbauten, sicherheitsrelevanten Komponenten ist die Sicherstellung ihrer Fehlerfreiheit für sichere Luft- und Raumfahrtmissionen unerlässlich.

 

Bild 1: Tauchtechnikprüfanlage LS 200 

 

VOGT Ultrasonics liefert hierfür eine sichere Prüflösung mit hochleistungsfähigen Ultraschallprüfsystemen. Eines dieser Prüfsysteme installierte VOGT bei der ASTRIUM GmbH in Ottobrunn, das weltweit mit 18.000 Mitarbeitern drittgrößte Unternehmen der Raumfahrtindustrie. Geprüft wird an der VINCI-Schubkammer der Oberstufe der Ariane V. Neben der, in 2013 durch VOGT installierten, LS 200 ScanMaster Tauchtechnikprüfanlage kommt hierbei auch das bereits vor 12 Jahren ebenfalls durch VOGT installierte, gleichartige Ultraschallprüfsystem zum Einsatz.

Die VINCI-Schubkammer ist das Herzstück des Hochleistungstriebwerkes der europäischen Trägerrakete Ariane 5. Die Oberstufen-Schubkammer 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.

 

 

Bild 1: Elektronenstrahlschweißnähte an der VINCI Schubkammer

 

Das 1,2 m hohe und 320 kg schwere Rohteil wird zunächst im Rahmen der Wareneingangskontrolle durch eine 100%-ige Volumenprüfung auf innenliegende Materialfehler untersucht. Der zu überprüfende Bereich beträgt hierbei ca. 30 mm wobei das Hauptaugenmerk auf 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).

An dem fertiggedrehten Kupfer-Liner werden bis 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 0,5 mm. Die zulässige Abweichung beträgt nur 0,05 mm. Mittels Ultraschallprüfung werden an sieben in der Konstruktionszeichnung festgelegten Positionen Wanddickenmessungen durchgeführt.

Um diese Messungen genau ausführen 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 basierenden speziellen Brennraum-Auswerteprogramm ermittelt und protokollarisch dargestellt.

Nach dem Ausgießen der Kühlkanäle mit Wachs wird in einem mehrwöchigen galvanischen Prozess eine Kupfer-/Nickelschicht aufgebracht, welche die offene Kanalseite verschließt und den äußeren Mantel der Schubkammer bildet. Sie 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 vorhandene Fehlstellen auf den Kanalstegen nicht zulässig, da sonst eine Verbindung zwischen den Kühlkanälen bestehen würde. Zusätzlich werden diverse Elektronenstrahlschweißnähte mittels Ultraschall geprüft. Die hierbei verwendete Materialpaarungist meistens Nickel/Inco 718. Die nachzuweisende Fehlergröße ist je nach Belastung ausgelegt [z.B. 0,5 mm FBB - (Flachboden-Sacklochbohrung)].

Das installierte Tauchtechnikprüfsystem wird im Wesentlichen durch seine präzise und praxisorientierte Scanmechanik sowie einer leistungsfähigen Scan- und Prozess-Software bestimmt. Alle Prüfaufgaben konnten zur vollsten Zufriedenheit des Kunden, der Astrium Raumfahrt-Infrastruktur in Ottobrunn, durch die VOGT Ultrasonics als Partner in Deutschland erfüllt werden.

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