Punktschweißen

Smarte Schweißpunktprüfung durch Phased Array Ultraschall Technologie

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Insbesondere in der Großserien-Produktion von Automobilkarosserien gilt das Punktschweißen als wichtigstes Fügeverfahren. Es wird aber auch in anderen Bereichen der Blechbearbeitung eingesetzt. Die Schweißpunkte lassen sich mit tragbaren, digitalen Ultraschallgeräten zerstörungsfrei prüfen. Hier kommen nun zunehmend bildgebende Verfahren zum Einsatz.

Das Punktschweißen gehört zu den Verfahren des Widerstandsschweißens und ist eine verbreitete Technik zur festen Verbindung von zwei oder drei Metallteilen, meist Blechen oder Platten aus Stahl oder Aluminium. Jeden Tag verlassen wir uns auf die Qualität dieser Punktverschweißungen, beispielsweise im Auto. Die Ansprüche an die Qualitätssicherung dieser Schweißungen sind dementsprechend hoch und wurden in den vergangenen Jahren stetig weiter entwickelt.

Der Grundstein für die heutige zuverlässige Schweißpunktprüfung hat Vogt Ultrasonics bereits vor vielen Jahren gelegt: Mit dem ersten tragbaren, digitalen Ultraschallprüfgerät mit integriertem PC – das UPI 50, ein Produkt der Firma Scanmaster. Dieses optimierte Vogt Ultrasonics weiter entsprechend der Anforderungen von Kunden, die einen schnelleren und sicheren Prüfprozess wünschten.

Das entwickelte digitale Schweißpunktprüfgerät mit integriertem PC unterstützte den Bediener in der Bewertung der Schweißpunktqualität (guter Punkt, kleine Linse, Kleber, verbrannter Punkt) und sicherte gleichzeitig eine automatische und lückenlose Dokumentation der Prüfergebnisse inklusive Speicherung der entsprechenden A-Bilder. Zum ersten Mal konnte das Prüfergebnis klassifiziert und entsprechend visualisiert sowie sicher und digital dokumentiert werden. Durch die erstmalige Integration der MS-DOS basierten Datenbank in ein Ultraschallgerät war nun auch das Anlegen von Prüfplänen und die organisierte Abarbeitung der zu prüfenden Schweißpunkte möglich. Auch die Netzanbindung und das zentrale Verwalten der Prüfdaten und Prüfpläne wurde kurz danach umgesetzt.

Mit der Produktlinie Phasis hat Vogt Ultrasonics nun die Phased Array Ultraschall Technologie für die Schweißpunktprüfung adaptiert. Sie ist in anderen Bereichen der zerstörungsfreien Prüftechnik etabliert und ermöglicht die bildgebende Darstellung des Schweißpunkts und seines mittleren Linsendurchmessers.

Prüfkopf mit bis zu 121 Schwingerelementen

Die Phased Array Ultraschallprüftechnik mit Phasis zeichnet sich durch eine sehr hohe Prüfauflösung, kurze Prüfzeiten und eine bedienerfreundliche Auswertung aus. Im Gegensatz zur konventionellen Ultraschalltechnik mit einem Schwingerelement kommt hier ein Prüfkopf mit bis zu 121 einzelnen Schwingerelementen zum Einsatz. Jedes dieser Elemente kann einzeln aktiviert oder in Gruppe geschaltet werden. Durch die simultane oder zeitversetze Aktivierung der Elemente wird ein lenkbares und fokussierbares Ultraschallfeld erzeugt. Dieses Feld kann digital in Durchmesser, Winkel und Fokuspunkt manipuliert werden und ermöglicht dem Prüfer so einen flexiblen Einblick in den Schweißpunkt.

Jede Ultraschallwelle des Ultraschallfelds erzeugt ein A-Bild. Auf Basis dieser A-Bilder generiert das Prüfgerät eine bildgebende Darstellung des Schweißpunktes, welche mögliche Fehlstellen sicher erkennen lässt (D-Bild). Grün bedeutet in diesem Fall verschweißt, rot bedeutet unverschweißt. Der gestrichelte Kreis um den verschweißten Punkt herum, zeigt den zuvor vom Benutzer festgelegten Mindestdurchmesser der Schweißlinse an. Weitere Kennzahlen, die Phasis automatisch berechnet, sind Schweißlinsendurchmesser, Restwanddicke und Schallschwächung als mögliches unterstützendes Bewertungskriterium etwa für Zink-Haftverbindungen.

Die Phased Array Ultraschallprüfung von Schweißpunkten hat im Gegensatz zur konventionellen Ultraschallprüfung diverse Vorteile. Die bildgebende Darstellung (D-Bild) macht den Schweißpunkt „sichtbar“ und erleichtert die Beurteilung der Schweißpunktqualität. Durch die simultane Aufnahme von mehr als 700 Messpunkten ergibt sich für den Schweißlinsendurchmesser eine viel höhere Auflösung im Vergleich mit der konventionellen Ultraschallprüfung. Die reine physikalische Auflösung ist genauer als 0,35 mm. Durch die computergesteuerte Manipulation des Schallfeldes entfällt die Umrüstung des Prüfkopfes auf die zu erwartende Linsengrößen.

Eine weitere Besonderheit von Phasis ist die Unterstützung des Bedieners mit einem automatischen und bildgebenden Bewertungsvorschlag auf Basis hinterlegter Parametersätze. Diese Funktion ermöglicht nun auch den Einsatz von Prüfpersonal ohne tiefes Ultraschall-Fachwissen.

Phasis bietet die Integration in die bestehende Datenbankstrukturen und kann in das Kunden-Netzwerk eingebunden werden. So bietet das Gerät die Administration von Prüfplanverwaltung, die Prüfdatenexporte und die Nutzung mehrerer Ultraschallgeräte über eine Software.

Prüfpläne bestimmen den Umfang der zu prüfenden Schweißpunkte sowie die Reihenfolge der Abarbeitung, die dem Prüftechniker als Auftrag über das Netzwerk bereitgestellt werden. Der Prüftechniker synchronisiert sein Gerät bei Arbeitsbeginn mit dem Phasis Service und erhält so seine „Prüfjobs“ für die Schicht. Fertige Prüfungen werden als abgearbeitete Prüfpläne durch ihn per Synchronisation in das Netz gestellt. Die mitgelieferten Prüfergebnisse der Schweißpunktqualität sind vom Datenmanager oder einer anderen Qualitätssteuerungssoftware auswertbar. Es stehen Ergebnisinformationen über Schweißpunktgüte (IO, NIO) , ermittelte Schweißpunktdurchmesser in Millimeter, der mittlere Schallschwächungswert, die ermittelte Schweißpunktdicke als auch die textliche Bewertung zur Verfügung. ■


Der Autor

Göran Vogt

Technischer

Geschäftsführer

Vogt Ultrasonics

www.vogt-ultrasonics.de

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