DD217317A1 - Verfahren und einrichtung zur untersuchung von schweissverbindungen mittels schallemissionsanalyse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Untersuchung von Schweissverbindungen mittels Schallemissionsanalyse, insbesondere zur zerstoerungsfreien Kontrolle von Punktschweissverbindungen bzw. Ueberwachung von Schweissprozessen. Ziel ist ein Verfahren, das bei verringertem Pruefaufwand einen erweiterten Anwendungsbereich aufweist. Hierzu sind die bekannten Verfahren und Einrichtungen derart zu veraendern, dass der Einfluss der sich staendig aendernden Schalluebertragungsverhaeltnisse auf das Messergebnis weitestgehend ausgeschlossen werden kann. Erfindungsgemaess werden die gewonnenen elektrischen Signale in einen hoeher- und einen niederfrequenten Spektralbereich aufgeteilt. Zur Bestimmung der Groesse der aufgeschmolzenen Zone wird in dem hoeherfrequenten Spektralbereich in mindestens zwei Amplitudenbereichen, die sich in der Regel nicht ueberschneiden, die Anzahl der Schallemissionsimpulse ermittelt und aus diesen beiden Impulszahlen der Quotient gebildet. Zur Bestimmung der Rissbildung bzw. des Herausspritzens von Schweissgut werden die Schallimpulse in dem niederfrequenten Spektralbereich gezaehlt. Fig. 1

Description

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Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung wen Schweißverbindungen mittels Sehallemissionsanalyse '

Anwendungsgebiet der Erfindung '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Untersuchung von Schweißverbindungen mittels 'V.:,-.'"

Schallemissionsanalyse, wobei der von der Schweißverbindung während des Bearbeitungsprozesses emittierte und in analoge elektrische Signale umgewandelte Körperschall analysiert wird, insbesondere bei der zerstörungsfreien Kontrolle von Punktschweißverbindungen bzw. Überwachung von Schweißprozessen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Verfahren und Einrichtungen zur Kontrolle der Güte von Punktschweißverbindungen bekannt, bei denen die akustische Energie der vom Gebiet der Schweißverbindungen emittierten Schallwellen in η Zeitintervallen des Schweißzyklus, wobei η s 4 ist, gemessen wird. Jedes dieser Zeitintervalle entspricht einer bestimmten Phase des Punktschweißprozesses. Die Ermittlung der Zeitintervalle erfolgt anhand von Testschweißungen vor dem Überwachungs- bzw. Meßprozeß. Die ermittelten Zeitintervalle werden in die Zeitablaufsteuerung der Meßeinrichtung eingegeben. Die Zeitablaufsteuerung wird durch die Steuerung der Schweißenergieversorgung getriggert.

Zur Überwachung des Schweißprozesses wird der Meßprozeß entsprechend der zuvor bestimmten Zeitintervalle des Schweißprozesses aufgegliedert. Die aufgenommenen Signale werden bezüglich ihres Energieinhaltes mit den zuvor für die einzelnen Zeitintervalle ermittelten Werten verglichen, bewertet und angezeigt (US-PS 4 007 631). Ebenso können die Amplituden der Signale ausgewertet Werden. Die Ermittlung der Zeitintervalle und die zur Meßablaufsteuerung notwendige Verbindung zur Schweißmaschine erfordert einen zusätzlichen Aufwand. Ein weiterer Nachteil besteht in der Unzuverlässigkeit .der gewonnenen Ergebnisse. Auf Grund der sich ständig ändernden Schallübertragungsverhältnisse infolge Schwankungen der Ankopplungsverhältnisse sowie durch Alterserscheinungen der Elektroden treten insbesondere zwischen den ermittelten Schweißlinsendurchmessern und den zur Bewertung herangezogenen Meßgrößen der Schallemissionsanalyse wie Energie oder Amplituden Streuungen auf, die eine eindeutige Zuordnung der Signale zu den interessierenden Qualitätsparametern nur in Ausnahmefällen, beispielsweise bei der Klassifizierung der Festigkeit von Punktschweißverbindungen, zulassen. Erst eine Mitteilung der von einer großen Anzahl von Punkten gewonnenen Werte erlaubt eine zuverlässige Aussage zur Güte des 'Schweißprozesses. Das beschriebene Verfahren ist deshalb für eine Prozeßsteuerung und zur schnellen zerstörungsfreien Kontrolle der Schweißverbindung ungeeignet: .

Ziel der Erfindung^!

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Untersuchung von Schweißverbindungen mittels ;Schällemissionsanalyse zu schaffen, die bei verringertem Aufwand einen erweiterten Anwendungsbereich aufweisen.

«Darlegung des Wesens der Erfindung

)Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Einrichtungen derart zu verändern, daß der Einfluß infolge der sich ständig ändernden Schallübertragungsverhältnisse auf das Meßergebnis weitestgehend ausgeschlossen

'"Werden kann. Die Sollwertbestimmung soll auf einfache Weise möglich sein. Außerdem soll auf einen zusätzlichen Signalweg 'zur Prozeßsteuerung verzichtet werden können.

^Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die gewonnenen elektrischen Signale in einen höher- und einen '" niederfrequenten Spektralbereich aufgeteilt werden. Zur Bestimmung der Größe der aufgeschmolzenen Zone wird in dem ; (höherfrequenten Spektralbereich in mindestens zwei Amplitudenbereichen, die sich in der Regel nicht überschneiden, die : Anzahl der Schallemissionsimpulse ermittelt und aus diesen beiden Impulszahlen der Quotient gebildet. Zur Bestimmung der , Rißbildung bzw. des Herausspritzens von Schweißgut werden die Schallimpulse in dem niederfrequenteren Spektralbereich ,,gezählt. Der höherfrequente Spektralbereich beginnt vorzugsweise oberhalb 10OkHz.

rBeim Punktschweißen ist der während der Krafthaltephäse ermittelte Quotient ein Maß für die Größe der aufgeschmolzenen ;Zone der Punktschweißlihse.

, Der niederfrequente Spektralbereich liegt vorzugsweise zwischen 20 und 5OkHz. Die Begrenzung des Frequenzbandes im analogen Signalweg ist zur Unterdrückung von Störsignalen erforderlich. Zur !Unterdrückung niederfrequenter Störsignale, die das Ergebnis der Rißbildung verfälschen können, werden Signale , niederfrequenter Spektralbereiche nur dann gezählt Und ausgewertet, wenn gleichzeitig auch Signale im höherfrequenten ,Bereich auftreten. Das Ausbleiben von Signalen des höherfrequenten Spektralbereiches ist ein Anzeichen dafür, daß es sich ,bei den ankommenden Signalen um Störsignale handelt.

Um eine derartige Unterscheidung zu treffen, wird dem die Impulse des niederfrequenten Spektralbereiches zählenden Zähler .ein gesteuertes Tor vorgeschaltet. Dieses ist über eine Zusätzliche Amplitudenschwelle mit dem HF-Signal verbunden. Die

Aufteilung der elektrischen Signale in Spektralbereiche kann beispielsweise mit einer Frequenzweiche erfolgen. (Sämtliche Ergebnisse liegen als Digitalwert vor und können mit allgemein üblichen Baugruppen zur Anzeige gebracht werden. ,Ebenso ist es durch Vergleich der ermittelten Werte mit einem vorgegebenen Sollwert möglich, eine Gut-Schlecht-Aussage zu treffen bzw. den Prozeß selbst zu steuern. Beginn und Ende des Meßvorganges können entweder vom zeitlichen Verlauf des ; Schweißstromes, wobei der Meßvorgang zeitlich verzögert beim Abschaltmoment des Schweißstromes endet, oder vom !einsetzenden Schalleniissionssignal selbst bestimmt werden.

[ Der Vorteil der Erfindung besteht in der Unkompliziertheit der Untersuchungsmethode. Mit herkömmlichen Mitteln werden die ' emittierten Signale aufgenommen, verstärkt und in beschriebener Weise aufgezählt. Die Quotientenbildung erfolgt in einer •Bewertungslogik. Versuche bestätigten, daß die Meßergebnisse eine hohe Genauigkeit besitzen, da die Beeinflussung durch die sich ändernden Schallverhältnisse nur noch von geringfügiger Bedeutung sind. ι Wesentlich ist auch die Aufspaltung des Spektralbereiches. Es wurde festgestellt, daß Signale unterschiedlicher Frequenz auch ' *. Informationen zu unterschiedlichen Vorgängen des Schweißprozesses enthalten. Diese Eigenschaft wird durch die

'· erfindungsgemäße Verfahrensweise ausgenutzt. ,

Ausführungsbeispiel

"„ Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: das Prinzip einer erfihdungsgemäß arbeitenden Einrichtung zur Kontrolle von Punktschweißverbindungen und Fia.2: die zusätzliche BauaruDDe zur Unterdrückuna von Störaeräuschen.

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Die in ihrer Funktion und Wirkungsweise gleichen Baugruppen wurden mit gleichen Bezugszeichen versehen.

An eine von zwei Schweißelektroden 1, die ein Werkstück 2 verschweißen, ist ein Schallwandler 3, z.B. ein breitbandiger piezzoelektrischer Wandler, angebracht. Der Schallwandler 3 kann auch am Werkstück 2 angeordnet sein.

Das vom Schallwandler 3 aufgenommene und in eine analoge elektrische Größe gewandelte Signal wird anschließend von einem Verstärker 4, der am Ausgang zwei analoge frequenzbandbegrenzte Signale HF und NF zur Verfugung stellt, verstärkt.

Das hochfrequente Signal HF wird über zwei Amplitudenfenster 5 in jeweils eine Folge binärer Impulse umgewandelt, falls die Impulsamplitudenmaxima des HF-Signals im jeweiligen Amplutidenfenster 5 liegen. Zähler 6 geben die jeweilige Anzahl dor Impulse als digitale Werte an jeweils eine Bewertungslogik 7 weiter, die den Quotienten K_A, mit

_K ^Ν(ΔΑι)

wobei N (AA₁) die Anzahl der Schallemissionsimpulse, deren Maximalamplitude im Bereich des Amplitudenintervalls AA₁ liegt, und N (AA₂) die Anzahl der Schallemissionsimpulse, deren Maximalampiitude im Bereich des Amplitudenintervalls AA₂ f.'iegt, darstellen. Der Quotient K_A kann als Äquivalent für die Größe der aufgeschmolzenen Zone an einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Das analoge Signal NF liefert über eine Amplitudenschwelle 9 bei Schwellwertüberschreitung eine Folge binärer Impulse, die in einem Zähler 10 gezählt werden. Die Impulszähl wird als digitaler Wert an die Bewertungslogik 7 weitergegeben, die entsprechend dem zeitlichen Verlauf der Schweißung eine Zuordnung treffen kann: Eine Spritzerbildung erfolgt ausnahmslos während der Energieeinbringung beim Schweißen, dagegen ist eine Rißbildung der Abkühlungsphase unmittelbar nach dem Ende der Energiezuführung zuzuordnen. Die entsprechende Zuordnung der Anzahl der Impulse des NF-Signals kömmt in einer Anzeige 11 zur Darstellung. Mittels einer Vorwahleinheit 12 können Grenzwerte für die jeweils zur Anzeige gebrachten Größen festgelegt werden. Die Grenzwertüberschreitung wird mit einer Anzeigebaugruppe 13, bestehend aus einem optischen und einem akustischen Melder, angezeigt. Der Anschluß einer Markierungseinrichtung ist möglich. Sämtliche Zustände der Anzeigeeinrichtung 8, der Anzeige 11 sowie der Anzeigebaugruppe 13 stehen an einer Anschlußeinheit 14 als Digitalwert zur Verfugung, über die auch die Eingabe von Grenzwerten möglich ist. Von der ' Bewertungslogik 7 wird eine Zeitablaufsteuerung 15 betätigt, die die Inhalte der Zähler 6 und 10 vor Beginn jeder neuen Messung löscht. Sollen bei der Ermittlung einer Rißbildung niederfrequente Störsignale, die beispielsweise unter extremen Betriebsbedingungen von Schwingungs- und Reibgeräustihen hervorgerufen werden können, unterdrückt werden, kann, wie Fig. 2 zeigt, ein gesteuertes Tor 16 eingesetzt werden, das eine Zählung der in niederfrequenten Kanälen ankommenden und über die Amplitudenschwelle 9 in binäre Größen übergehenden Impulse nur zuläßt, wenn gleichzeitig über eine zusätzliche Amplitudenschwelle 17 höherfrequente Anteile dieser Impulse ermittelt werden können. ,

Claims (7)

1. -3- 254086 4

   Erfindungsansprüche: · . ;

   1. Verfahren zur Untersuchung von Schweißverbindungen mittels Schallemissionsanaiyse, wobei der von der

   ι Schweißverbindung während des Bearbeitungsprozesses emittierte und in analoge elektrische Signale umgewandelte ^: Körperschall analysiert wird, insbesondere bei der zerstörungsfreien Kontrolle von Punktschweißverbindungen bzw.

   Überwachung von Schweißprozessen, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrischen Signale in einen höher- und einen :' niederfrequenten Spektralbereich aufgeteilt werden, wobei zur Bestimmung der Größe der aufgeschmolzenen Zone in dem höherfrequenten Spektralbereich in mindestens zwei Amplitudenbereichen, die sich in der Regel nicht überschneiden, die

   Anzahl der Schallemissionsimpulse ermittelt und aus diesen beiden Impuls^ahlen dor Quotient gebildet wild und zur .\. Bestimmung von Rißbildung bzw. des Herausspritzens von Schweißgut die Schallimpulse in dem niederfrequenteren Spektralbereich gezählt werden.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der höherfrequente Spektralbereich oberhalb 10OkHz liegt.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der während der Krafthaltephase des Punktschweißprozesses ermittelte Quotient ein Maß für die Größe der aufgeschmolzenen Zone der Punktschweißlinse ist.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der niederfrequente Spektralbereich zwischen 20 und 5OkHz liegt
5. 5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nur dann Signale im niederfrequenten Spektralbereich gezählt und ausgewertet werden, wenn gleichzeitig auch Signale im höherfrequenten Spektralbereich vorliegen.
6. 6. Einrichtung nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß dem zur Zählung der Impulse im niederfrequenten Spektralbereich .verwendeten Zähler (10) ein gesteuertes Tor (16) vorgeschaltet ist, das über eine zusätzliche Amplitudenschwelle (17) mit^:

   ' , dem HF-Signal verbunden ist.
7. 7. Einrichtung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Aufteilung der elektrischen Signale im Spektralbereich mit Hilfe einer Frequenzweiche erfolgt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen