Startseite » Allgemein »

IR-Messungen

Kontinuierlicher Einblick im laufenden Schweißprozess
IR-Messungen

Beim Schweißen ergeben sich Unterschiede in der Qualität des Produktes, welche auf verschiedenen Ursachen beruhen. Durch die Manipulation des Produktes oder des Werkzeuges (Ungenaue Führung), durch die Materialvorbereitung (Unsaubere Kannten, chemische Verschmutzung), oder Leistungsschwankungen welche sich im Betrieb ergeben. Betreiber sind bestrebt, die Produktivität ihrer Produktionsanlagen zu optimieren, weshalb die Anforderung besteht, alle qualitätsmindernden Ursachen möglichst früh in der Produktion zu überwachen und zu kontrollieren.

Durch die IR- Charakterisierung lässt sich die Qualität einer Schweißung kontinuierlich erfassen, rechnergestützt auswerten, speichern und dokumentieren.

Ausgangslage:
In der Praxis müssen beispielsweise diese Produktionsfehler erkannt werden:
  • Bandkantenversatz
  • Fehler im Stoß (Wulst innen oder außen)
  • Wanddickenunterschiede
  • Lunker- oder Oxideinschlüsse
  • zu breiter oder zu schmaler Spalt
  • Unsaubere Kanten aus der Vorbereitung oder aus der Nachbearbeitung
Bestehende Anforderungen sind:
  • Messungen müssen in der laufenden Produktion bei einer Produktionsgeschwindigkeit bis zu 120 m/min vorgenommen werden.
  • Die minimal feststellbare Fehlergröße soll kleiner als 1 mm sein.
  • Für Oberflächenfehler muss eine minimale Fehlergröße bei 50 µm noch sicher festgestellt werden können.
Die Arsenco AG stellt erstmals ein System zur Verfügung, mit welchem ein objektiver Einblick in den Schweißprozess möglich ist, sodass qualitätsentscheidende Informationen im frühest möglichen Zeitpunkt erfasst und ausgewertet werden können.
Für die kontinuierliche Bewertung der Qualität wird festgestellt, ob während des Prozesses thermische Schwankungen auftreten. Bewertet werden die maximale Energiedichte im Zentrum des auftreffenden Laserstrahles und die sich ergebenden Veränderungen der thermischen Spuren in der Umgebung des Zentrums.
Messverfahren
Die Strahlungseigenschaften während des Schweißens verändern sich erheblich. Für die Charakterisierung der Qualität einer Schweißung werden definierte Strahlungsanteile im NIR-Bereich (Naher Infrarotbereich) aufgenommen und bewertet. Festgestellt werden Abweichungen über die Zeit im Absorptions- und Emissionsverhalten am Messort.
Die Prüfung während des Schweißens charakterisiert und bewertet die Änderung der Abstrahlung aus der Schweißzone (Phasenänderungen im Werkstoff) als qualitätsentscheidende Faktoren. Bei der Prüfung am fertigen Bauteil wird Energie in das Bauteil eingebracht. Die eingedrungene Energie erzeugt eine spektral sich verändernde Spur, welche zur Bewertung der Qualität ausgewertet wird.
Die Objektstrahlung tritt durch Filter und Blenden auf den Sensor. Die Kamera erfasst in einem definierten Spektralbereich die vom Objekt abgestrahlten Photonen. Aus dem registrierten Signal werden Rückschlüsse auf die Temperatur des Objektes oder, im Falle der Prozessüberwachung beim Schweißen, Rückschlüsse auf die Bildung von Oxiden in der Mikroschmelze abgeleitet.
Messsystem
Die Kamera ist durch die hohe Detektivität im gewünschten Spektralbereich in der Lage, das Strahlungsverhalten am Messort mit hoher Geschwindigkeit (10 MS/s) zu erfassen, was unabdingbar ist für die kontinuierliche Messung.
Für die Qualitätsprüfung während des Prozesses wird das System in anwendungs- und verfahrenstechnischer Hinsicht auf die Aufgabe ausgelegt. Die gesamte Messkette wird als Einheit an Proben kalibriert, damit zuverlässige Auswertungen möglich sind. Ein Ausbau ist leicht möglich. Die Datenerfassung, Protokollierung und Dokumentation erfolgt nach den Anforderungen des Prozesses.
Der Systemrechner koordiniert die Messeinrichtung. Die mit dem ARSENCO Messkopf gemessenen Werte werden im Systemrechner ausgewertet, abgespeichert und entweder grafisch oder als Bild dargestellt.
Für die Messung der qualitätsentscheidenden Merkmale werden die Energieströme der Wärmeimpulse in schneller Folge erfasst. Mit der ARSENCO Kamera wird das instationäre Strahlungsverhalten des Wärmepulses erfasst und rechnergestützt bewertet. Alle Daten können abgespeichert und lückenlos dokumentiert werden.
Mit dem System lassen sich Produktionsfehler in Millisekunden erkennen, bewerten und dokumentieren. Herzstücke der Inline–Messstation sind der IR- Messkopf und die für die Visualisierung der geometrischen Merkmale notwendige Pulsquelle.
Die vollflächige Messung erfordert entweder den Einsatz mehrere Messköpfe oder den Einsatz eines Manipulators, um den Messkopf nach Bedarf an der interessierenden Stelle zu positionieren.
Beispiele
Längsgeschweißte Stahlrohre
Durch Energiepulse werden am geschweißten Stahlrohr Bereiche, in welchen Fehler vorhanden sind, stärker erwärmt als in den fehlerlosen Zonen. Der Unterschied der thermischen Auswirkung wird mit Hilfe der IR-Technik mit Lichtgeschwindigkeit sichtbar. Das Verfahren eignet sich für die Offline Prüfung von geschweißten Bauteilen.
Die IR-Technik liefert auch nach erfolgter Produktion zerstörungsfrei Informationen über die erzeugte Qualität, was den Anwender vor unliebsamen Überraschungen schützt. Klebenähte, Risse, Oxideinschlüsse und vieles mehr werden mit der von Arsenco entwickelten Anwendungs- und Verfahrenstechnik zerstörungsfrei, schnell und mit hoher Sicherheit nachgewiesen.
Prüfung an geschweißten Blechen
Mit der IR-Messtechnik ist die Verbindung zwischen Deckblechen und einem Schaufelkörper zu prüfen. Die Prüfung soll Informationen zur Breite der Verbindung sowie zur Haftung geben. Die erfassten Daten werden direkt vor Ort bewertet, sodass gleichzeitig der Prüfbericht vorgelegt werden kann.
Auf dem Objekt sind 4 Deckbleche am Rand zum Grundkörper verbunden. Die Verbindung muss entlang den Deckblechen im Randbereich 6 mm breit sein, die Länge des Prüfbereiches beträgt mehr als 25 cm. Eine fehlerhafte Verbindung wird mit der angewendeten Technik in wenigen Sekunden sichtbar. Geprüft wird die gesamte Fläche (4 Deckbleche) in einem Arbeitsgang. In die zu prüfende Oberfläche wird ein Energiepuls eingebracht, die Änderung der Strahlung wird mit einer IR Kamera aufgenommen und ausgewertet. Das Ergebnis liegt in wenigen Sekunden vor.
Rohrproduktion
Beim Pressschweißen werden Stahlbleche rund gedrückt, die Kanten durch Induktion auf 1000°C erhitzt und zwischen den Press-rollen so zusammengepresst, dass die zwei Kanten verschmelzen.
Die Aufgabe besteht darin, unsaubere Kanten, einen zu großen Spalt oder Oxideinschlüsse berührungslos zu erkennen und den Produktionsprozess vollständig zu dokumentieren. Die Prüfgeschwindigkeit entspricht der Produktionsgeschwindigkeit von 120 m/min. Die Fehler können auf der Innenseite oder auf der Außenseite sein: die Qualitätskontrolle bezieht sich auf beide Seiten. Zur Charakterisierung der Signale werden die Daten der Zeilen und der Spalten bewertet. Festgestellt werden die Abweichungen im Absorptions- und Emissionsverhalten. Die Strahlungseigenschaften während dem Schweißen (gleichzeitige Phasenänderungen des Werkstoffes) sind einfacher zu charakterisieren als nach dem Schweißen.
Laserschweißen
Die Aufgabe bestand darin, die Fläche der geschweißten Verbindung sowie mögliche Einschlüsse zu erkennen. Die zu prüfende Fläche ist 0,8 mm x 0,8 mm groß. Die Schweißung dauert 10 ms.
Am Messort wurden 256 Bildelemente mit einer Dynamik von 1.4 kHz erfasst.
Weitere Projekte
  • Flächenmäßige Temperaturmessung während der Beschichtung von Turbinenschaufeln bei einer Temperatur ab 500°C bis 1200°C.
  • Produktionsüberwachung beim Laserschweißen. Die erfassten Daten werden direkt ausgewertet, sodass die Qualität der erzeugten Laserschweißung sofort bewertet und klassiert werden kann.
  • Überwachung der Schweißverbindung beim Laserschweißen von elektrischen Kontakten.
  • Kontinuierliche Qualitätskontrolle beim Wirbelstrom- Schweißen in der laufenden Produktion.
  • Messung der Schichtdicke einer Beschichtung. (Ab 6 Mikrometer bis 20 Mikrometer im Labor an definierten Versuchsmustern)
  • Mögliche Messprobleme
  • Die spektrale Abstrahlung von Objekten ändert sich infolge der Temperatur und der Oberflächenbeschaffenheit.
  • Es können spektrale Einflüsse zwischen dem Objekt und der Aufnahmekamera auftreten. Die Auswirkung auf das Messergebnis muss im Voraus bekannt sein, bestimmt- oder abgeschätzt werden.
  • Damit die Aufnahmekamera in jedem Falle optimal platziert werden kann sind für entsprechende Messungen Umlenkspiegel oder Fenster einzusetzen.
  • Zur Kalibrierung der gemessenen Strahlungswerte sind in der Regel Messungen an Proben notwendig.
  • Für die laufende Kontrolle während dem Schweißen sind Kenntnisse über die spektrale Eigenheiten der Mikroschmelze sowie der beim Schweißen auftretenden Gase notwendig.
  • Die spektrale Begrenzung des Empfindlichkeitsbereiches erfolgt durch Filter im Strahlengang.
QE 546
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Quality Engineering
Titelbild QUALITY ENGINEERING 1
Ausgabe
1.2024
LESEN
ABO
Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Whitepaper zum Thema QS


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de