CZ33128U1 - Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček - Google Patents
Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33128U1 CZ33128U1 CZ2019-36222U CZ201936222U CZ33128U1 CZ 33128 U1 CZ33128 U1 CZ 33128U1 CZ 201936222 U CZ201936222 U CZ 201936222U CZ 33128 U1 CZ33128 U1 CZ 33128U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- welding
- spot
- resistance
- technical solution
- temperature measurement
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 45
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 title claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
- B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
- B23K11/11—Spot welding
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0037—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids
- G01J5/004—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids by molten metals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/08—Optical arrangements
- G01J5/0808—Convex mirrors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
Oblast techniky
Technické řešení se týká bodového odporového svařování.
Dosavadní stav techniky
Odporové svařování je základní konvenční metodou tlakového svařování. Odporové svařování metody skupiny 2 podle EN ISO 4063, se používá pro spojení dvou přeplátováných materiálů, tj. uložených na sobě s určitým překryvem. Tato metoda se nejčastěji používá k vytváření bodových svarových spojů při spojování ocelových plechů nebo spojení drátů do mříží nebo sítí - při variantě tzv. výstupkového odporového svařování. Při odporovém bodovém svařování dochází ke spojování přeplátovaných materiálů, stlačených mezi vodivými svařovacími elektrodami, vyrobenými obvykle ze slitin mědi - materiály odporových elektrod viz EN ISO 5182. Ke spojení dochází díky lokálnímu natavení materiálu na rozhraní spojovaných dílů, vlivem vzniku odporového tepla, kdy vzniká tzv. svarová čočka. Odporové teplo, tzv. Jouleovo teplo, vzniká průchodem elektrického proudu uzavřeným el. obvodem přes svařované díly a je vyvoláno elektrickým odporem, který je kladen průchodu elektrického proudu v průběhu svařování. Bodové odporové svařování patří v současné době mezi nejčastěji používané metody svařování. Kromě výroby automobilů a jiných dopravních prostředků, např. výroba autobusů, se bodové svařování používá v mnoha jiných průmyslových oblastech, např. při výrobě vzduchotechniky, krytování strojních zařízení atd. Švové svařování těsnící se využívá pro svařování radiátorů a nádrží z plechů apod.
V současné době existuje celé spektrum metod pro zkoušení kvality bodových odporových svarů, jak je uvedeno dále. K testům založeným na těchto metodách obvykle dochází až po dokončení celého výrobního procesu svařování. V případě automobilového průmyslu pak například obvykle po dokončení celé karoserie nebo její samostatné části. Vzhledem k náročnosti a nákladnosti se tyto metody aplikují, jen u velmi malého množství z celkové množiny realizovaných svarů.
V praxi se tedy vybírá jen několik náhodných svarů, které pak reprezentují testovací množinu. Z výsledku testu těchto spojů jsou pak odvozeny i vlastnosti spojů, které z výše uvedeného důvody testovány být nemohly.
Metody pro zkoušení svarových spojů se dělí na destruktivní a nedestruktivní. Mezi, v současné době používané, destruktivní zkoušky bodových svarů patří zejména: sekáčová zkouška, odlupovací zkouška, křížové zkoušení tahem, střihová zkouška, metalografická zkouška a zkouška tvrdosti. Nedestruktivní metody kontroly svarů se dělí na metody kontroly povrchových vad, kam spadá zejména: vizuální kontrola, kapilární metoda, metoda magnetická prášková a metody kontroly vnitřních vad, kam spadá zejména radiografická zkouška a ultrazvuková zkouška. U odporových bodových svarů se obvykle používá pouze vizuální kontrola a ultrazvuková zkouška, která je však často náchylná na zručnost a zkušenosti operátora.
Nevýhodou stávajících zkušebních zařízení je zjištění pouze zdánlivé teploty na povrchu svarových čoček.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny zařízením pro bezdotykové měření teploty svarových čoček vzniklých při bodovém odporovém svařování se svařovací elektrodou, podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že obsahuje termokameru a infračervený odražeč pro odrážení tepelného záření z povrchu stykové části svařovací elektrody do objektivu termokamery,
- 1 CZ 33128 U1 přičemž infračervený odražeč je opatřen hladkým kovovým povrchem a emisivitou od 0,008 do 0,015.
Odražeč je výhodou opatřen povrchovou úpravou, zabraňující oxidaci.
Toto technické řešení umožňuje plošné stanovení povrchové teploty bodového svaru. Zařízení dle tohoto technického řešení je určeno pro bezdotykové měření teploty svarových čoček při bodovém odporovém svařování. Technické řešení umožňuje zlepšení postupu při kontinuální nedestruktivní diagnostice bodových odporových svarů, a to již během procesu svařování, resp. ihned po jeho dokončení. Použitím tohoto technického řešení lze tedy diagnostikovat jednotlivé svarové spoje již během procesu výroby a lze dosáhnout úplné automatické kontroly u všech svarů, u nichž je tato diagnostika požadována. Toho je dosaženo tím, že zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček poskytuje prostřednictvím termokamery důležitou diagnostickou informaci o skutečné teplotě povrchu bodového svaru, a to bezprostředně po provedení svaru.
Navrhované technické řešení umožňuje bezdotykové, kontinuální měření skutečné povrchové teploty bodového odporového svaru během procesu svařování pomocí termokamery. Přináší tak důležitou diagnostickou informaci o procesu svařování a kvality provedení svaru, která není dostupná jinou metodou nebo postupem. Praktické použití technického řešení s následným vyhodnocením povrchových teplot a teplotních průběhů tak doplňuje současné nedestruktivní postupy diagnostiky odporových bodových svarů. Oproti nim však přináší možnost prakticky okamžitého a automatizovaného provedení, a to již během výroby, tj. během procesu svařování, resp. ve velmi krátkém okamžiku, tedy ihned po vytvoření spoje.
Použití technického řešení umožňuje plošné stanovení povrchové teploty bodového svaru, a to jako funkce času za pomocí termokamery. Skutečná povrchová teplota T svarové čočky je tedy, po následném výpočtu dle rovnice termografie, termokamerou stanovena jako funkce T(x,y,t), kde x, y jsou prostorové souřadnice a t je čas.
Stanovení skutečné teploty je možné jen díky tomu, že zařízení obsahuje termokameru a infračervený odražeč. Termokamera snímá tepelné záření z povrchu bodového svaru na svařovaných dílech a zároveň tepelné záření ze stykové části svařovací elektrody a to tzv. nepřímou metodou, kdy je ke snímání využit infračervený odražeč. Ten odráží tepelné záření z povrchu stykové části svařovací elektrody do objektivu termokamery. Infračervený odražeč musí být konstruován z materiálu s velmi nízkou emisivitou - ideální hodnota emisivity povrchu infračerveného odražeče je 0 a zrcadlovým odrazem, tedy nikoli difuzním, jak je pro konstrukci infračerveného odražeče doporučováno v normě ISO 18434-1. Těchto vlastností lze docílit hladkým kovovým povrchem s povrchovou úpravou, která zabraňuje oxidaci. Bez této povrchové úpravy časem roste emisivita povrchu odražeče z původní velmi nízké hodnoty 0,01 až na hodnotu okolo 0,7, což činí úspěšné použití infračerveného odražeče nemožné. Z obecně platné rovnice termografie vyplývá, že bez infračerveného odražeče by bylo možné stanovení jen zdánlivé teploty povrchu bodového svaru, nikoli teploty skutečné. Pro výpočet skutečné povrchové teploty svaru jsou pak dle rovnice potřeba dvě informace, tj. zdánlivá teplota svarového spoje a zdánlivá teplota na povrchu svařovací elektrody.
Při aplikaci navrhovaného technického řešení lze docílit diagnostické metody, kterou lze zařadit mezi nedestruktivní metody diagnostiky odporových bodových svarů. Nejedná se však ani o kontrolu povrchových vad ani o kontrolu vnitřních vad, ale o kontrolu nepřímou, kdy je z funkce T(x,y,t) usuzováno na vlastnosti spoje s daným funkčním průběhem teploty.
Objasnění výkresů
Technické řešení bude dále vysvětleno pomocí výkresů. Kde na Obr. 1 je znázorněno schéma zapojení.
-2CZ 33128 U1
Příklad uskutečnění technického řešení
Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček 6 je složené z termokamery 5 a infračerveného odražeče 4 se specifickými vlastnostmi. Použitou termokamerou 5 byla ruční termokamera FLIR T540 s možností on-line propojení do PC a ukládání radiometrického videa. Termokamera 5 disponovala mikrobolometrickým LWIR detektorem a pásmovou citlivostí v rozsahu přibližně 7,5 až 14 pm a s rozlišením 464x348 pixelů. Teplotní citlivost modelu FLIR T540 (NETD) udává výrobce 40 mK. Objektiv byl zvolen s ohniskovou vzdáleností 17 mm tomu odpovídá úhel zorného pole 24°. Maximální obrazová frekvence, s níž bylo možné pořizovat termokamerou 5 záznamy, byla 30 Hz a ta také udávala časové rozlišení funkce T(x,y,t). Díky možnosti záznamu radiometrického videa bylo možné zaznamenat informaci o povrchové teplotě jako funkci prostorových souřadnic i času.
Jako svařované díly 1 byly použity a svařeny dva zkušební vzorky z oceli DC05 (EN 10152) elektrolyticky povlakované Zn s celkovou tloušťkou h = 0,7 mm a průměrnou tloušťkou zinkového povlaku 4,5 pm. Termokamera 5 simultánně snímala jak tepelné záření z povrchu bodového svaru 2, který vznikl po svaření na zkušebních vzorcích svařovaných dílů 1, tak tepelné záření z povrchu infračerveného odražeče 4. Ten byl realizován z lesklého kovového materiálu s velmi nízkou emisivitou, blízkou hodnotě nula a nedifuzním, tj. zrcadlovým odrazem. Povrchová úprava infračerveného odražeče 4 byla taková, že zamezovala oxidaci povrchu a tím pádem i nárůstu emisivity během užívání.
V rámci této sestavy byl čas potřebný na stanovení skutečné povrchové teploty, včetně nezbytných výpočtů, dle rovnice termografie a provedení diagnostiky realizovaného svarového spoje, kratší než 1 s.
Pro vytvoření svarových spojů byl použit svařovací odporový lis Dalex PMS 11-4 s řídící jednotkou SER Mega 2 MF.
Pro experimentální svařování byly použity svařovací elektrodové čepičky 39 D z materiálu CuCrlZr s průměrem stykové plochy elektrody 3 5 mm a celkovým průměrem 16 mm.
Termokamera 5 snímá tepelné záření z povrchu bodového svaru 2 na svařovaných dílech 1, zároveň snímá i tepelné záření stykové části - kontaktní plochy svařovací elektrody 3 a to nepřímou metodou, kdy je ke snímání využit infračervený odražeč 4. Ten odráží tepelné záření z povrchu stykové části svařovací elektrody 3 do objektivu termokamery 5.
Průmyslová využitelnost
Toto technické řešení nalezne využití především v průmyslu zabývajícím se svařováním a následnou kontrolou svarů. Použitím tohoto technického řešení lze diagnostikovat jednotlivé svarové spoje již během procesu výroby a lze dosáhnout úplné automatické kontroly u všech svarů, u nichž je tato diagnostika požadována. Technické řešení lze využít zejména pro kontinuální on-line kontrolu kvality provedení bodových odporových svarů během jejich výroby. Využití lze očekávat především v automobilovém průmyslu, kde je během procesu výroby automobilu aplikováno značné množství bodových odporových svarů, podle typu modelu automobilu cca 4000 až 6000 ks bodových svarů, z nichž mnohé jsou kritické pro celkovou pevnost konstrukce, zejména karosérie, a tedy i pro bezpečnost posádky automobilu. Vhodným provedením technického řešení lze docílit možnosti jeho umístění jak na stacionárních odporových strojích, tak i v plně automatizovaných robotických výrobních linkách na konstrukci svařovacích odporových bodovacích kleští. Případně lze realizovat variantu, kdy jsou diagnostikovány jen vybrané, kritické, svary.
Claims (2)
1. Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček (6) vzniklých při bodovém odporovém svařování se svařovací elektrodou (3), vyznačující se tím, že obsahuje termokameru (5) a infračervený odražeč (4) pro odrážení tepelného záření z povrchu stykové části svařovací elektrody (3) do objektivu termokamery (5), přičemž infračervený odražeč (4) je opatřen ío hladkým kovovým povrchem a emisivitou od 0,008 do 0,015.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že odražeč 4, je opatřen povrchovou úpravou, zabraňující oxidaci.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36222U CZ33128U1 (cs) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36222U CZ33128U1 (cs) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33128U1 true CZ33128U1 (cs) | 2019-08-20 |
Family
ID=67686318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36222U CZ33128U1 (cs) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33128U1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021073665A1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 | České vysoké učení technické v Praze | A method for determining a level of wear of welding electrode caps for resistance spot welding and a device for performing this method |
-
2019
- 2019-05-17 CZ CZ2019-36222U patent/CZ33128U1/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021073665A1 (en) * | 2019-10-18 | 2021-04-22 | České vysoké učení technické v Praze | A method for determining a level of wear of welding electrode caps for resistance spot welding and a device for performing this method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8541746B2 (en) | Process and system for the nondestructive quality determination of a weld seam, and a welding device | |
| US6585146B2 (en) | Automated non-destructive weld evaluation method and apparatus | |
| US5474225A (en) | Automated method for butt weld inspection and defect diagnosis | |
| CN107931802B (zh) | 基于中红外温度传感的电弧焊焊缝质量在线检测方法 | |
| JP4674202B2 (ja) | 微小な金属接合部位の評価方法 | |
| JP4469298B2 (ja) | 鋼板のフラッシュバット溶接部の診断方法及び診断装置 | |
| US20140095096A1 (en) | Non-destructive thermographic weld inspection | |
| CZ33128U1 (cs) | Zařízení pro bezdotykové měření teploty svarových čoček | |
| Hamzeh et al. | A sensor based monitoring system for real-time quality control: semi-automatic arc welding case study | |
| Caravaca et al. | Ultrasonic phased array inspection of electrofusion joints in polyethylene pipes | |
| US20130002850A1 (en) | Inspection of a component | |
| Forejtová et al. | Non-destructive inspection by infrared thermography of resistance spot welds used in automotive industry | |
| DE10326377B3 (de) | Verfahren zum Laserschweißen eines Blechteils an einen Querschnitt eines Profils mittels verdeckter Schweißnähte und zu deren automatischer zerstörungsfreien Prüfung | |
| Deus et al. | Correlation among the input thermal parameters and thermography measurements data of the resistance seam welding | |
| Kim et al. | Evaluation of welding quality using servo-gun displacement data for field spot welding | |
| JP2012236214A (ja) | 電縫鋼管の溶接欠陥の検出システム及び電縫鋼管 | |
| JP5612000B2 (ja) | 圧入接合の接合品質管理方法 | |
| Cojocaru et al. | Infrared thermographic technique–viable alternative for monitoring of friction processing processes | |
| JP2786806B2 (ja) | 薄板の溶接部評価方法 | |
| WO2013052527A1 (en) | Non-destructive thermographic weld inspection | |
| Shpartko et al. | Thermography in manufacturing: nondestructive evaluation of ultrasonic spot welds of automotive battery pack | |
| Chen et al. | Nondestructive Inspection of Al-Steel Weld Bond | |
| JP2000312976A (ja) | プロジェクション溶接の非破壊検査方法、非破壊検査装置、溶接装置及び溶接加工品の生産方法 | |
| Acebes et al. | Development of an automated ultrasonic inspection device for quality control of spot welds | |
| JP3260477B2 (ja) | 薄板の溶接部診断方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20190820 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20230517 |