DE102014226315A1 - Method for dynamically testing a welded joint - Google Patents

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Abstract

Um Schweißverbindungen zu prüfen, mit denen ein erstes zumindest zweidimensional geformtes Bauteil mit einem zweiten Bauteil verbunden ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine dem Originalbauteil vereinfacht nachgebildete Probe herzustellen, bei der die beiden Bauteile mit den gleichen Schweißverfahren und Schweißparametern wie beim Originalbauteil verschweißt werden, die Probe einzuspannen und eine dynamische Prüfkraft in der gleichen Richtung wie im Betrieb des Originalbauteils aufzubringen.In order to test welded joints, with which a first at least two-dimensionally shaped component is connected to a second component, the invention proposes to produce a simulated sample of the original component, in which the two components are welded with the same welding methods and welding parameters as in the original component, the Clamp sample and apply a dynamic test force in the same direction as in the operation of the original component.

Description

Die Erfindung bezieht sich ein Verfahren zum dynamischen Prüfen einer Schweißverbindung, bei der an einem zumindest zweidimensional geformten ersten Bauteil ein zweites Bauteil angeschweißt ist.The invention relates to a method for dynamically testing a welded connection, in which a second component is welded to an at least two-dimensionally shaped first component.

Es ist allgemein bekannt ( Wellinger, Eichhorn, Gimmel „Schweißen”, Alfred Körner Verlag Stuttgart, 1964, Seite 220, Abschnitt 7.315 ), die Schwingungsfestigkeit von Schweißverbindungen zu prüfen, indem man Querzugproben aus der geschweißten Verbindung bei einer bestimmten Schwingungsamplitude bis zum Auftreten eines Bruches belastet.It's commonly known ( Wellinger, Eichhorn, Gimmel "welding", Alfred Körner Verlag Stuttgart, 1964, page 220, section 7.315 ), to test the vibration resistance of welded joints by loading transverse tensile specimens from the welded joint at a certain vibration amplitude until breakage occurs.

Weiterhin ist es aus dieser Literaturstelle bekannt, Betriebsschwingungversuche an geschweißten Bauteilen durchzuführen, bei denen eine Berechnung der auftretenden Spannungen mit großem Aufwand verbunden oder unmöglich ist, und bei denen somit das Betriebsverhalten unter schwingender Belastung aus den Probenversuchen nicht vorhergesagt werden kann.Furthermore, it is known from this reference to perform operating vibration tests on welded components in which a calculation of the voltages occurring is associated with great effort or impossible, and in which thus the performance under oscillatory load from the sample tests can not be predicted.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Prüfverfahren für Schweißverbindungen vorzuschlagen, mit dem sich ohne großen Aufwand eine Aussage über das dynamische Verhalten der Schweißverbindung während ihrer Lebensdauer machen lässt.Object of the present invention is to propose a test method for welded joints, with which can make a statement about the dynamic behavior of the welded joint during its lifetime without much effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by the features of claim 1. The subclaims contain advantageous embodiments of the invention.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass man die Betriebsschwingungsversuche an den Originalbauteilen ersetzen kann, indem man eine Probengeometrie wählt, die sich nahe am Originalbauteil im Bereich der zu prüfenden Schweißnaht orientiert und die Belastung dann konform zum Betrieb des Originals einleitet. Dadurch erzielt man den Vorteil, dass man aus vereinfachten Probenversuchen zuverlässig auf das Betriebsverhalten der Schweißverbindung rückschließen kann. Damit lassen sich auch Rückschlüsse auf die Lebensdauer des Originalbauteils ziehen bzw. Wege aufzeigen, wie diese verbessert werden kann. Darüber hinaus ist das Prüfverfahren preiswert und schnell ausführbar, da die Probe wesentlich leichter und schneller herstellbar und ggfs. veränderbar ist als ein komplettes Originalbauteil.The invention is based on the recognition that it is possible to replace the operating vibration tests on the original components by selecting a sample geometry which is oriented close to the original component in the region of the weld to be tested and then initiates the load in conformity with the operation of the original. This achieves the advantage that one can reliably conclude from simplified sample tests on the performance of the welded joint. This can also draw conclusions about the life of the original component or show ways how it can be improved. In addition, the test method is inexpensive and fast to carry out, since the sample is much easier and faster to produce and, if necessary,. Changeable as a complete original component.

Sinnvoll ist es, bei der Probe die gleichen Schweißverfahren/-parameter und Materialkennwerte sowie geometrischen Kennwerte wie bei der Schweißverbindung am Originalbauteil anzuwenden. Die Probe unterscheidet sich vom Originalbauteil also insbesondere durch eine vereinfachte geometrische Ausgestaltung und ist mit der Querzugsprobe aus dem eingangs zitierten Stand der Technik auch deswegen nicht vergleichbar, weil die dort eingeleiteten Prüfkräfte nicht in ihrer Richtung mit den am Originalbauteil auftretenden Kräften übereinstimmen.It makes sense to use the same welding procedures / parameters and material parameters as well as geometric characteristics as in the welded joint on the original component. The sample differs from the original component thus in particular by a simplified geometric design and is not comparable to the cross pull of the cited prior art because of the fact that the test forces introduced there do not coincide in their direction with the forces occurring on the original component.

Andrerseits besteht ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass man verschiedene Werkstoffe und/oder verschiedene Schweißverfahren unter Betriebsbedingungen untersuchen kann, ohne dies an den Originalbauteilen durchführen zu müssen.On the other hand, another essential advantage of the invention is that it is possible to examine different materials and / or different welding processes under operating conditions without having to carry this out on the original components.

Bei dem anzuschweißenden zweiten Bauteil kann ein Originalbauteil verwendet werden, wenn es eine einfache geometrische Gestalt besitzt oder auch ein aus dem Originalbauteil abgeleitetes Anbauteil, wenn seine geometrische Gestalt und damit seine Herstellung komplex und teuer ist.In the second component to be welded, an original component can be used if it has a simple geometric shape or even an attachment derived from the original component, if its geometric shape and thus its manufacture is complex and expensive.

Soll als Originalbauteil eine Schweißverbindung an einem Hinterachsträger eines Kraftfahrzeuges untersucht werden, so kann die Probe aus einem geraden ersten Bauteil hergestellt werden und muss nicht dem im Bereich der Schweißverbindung gebogenen Abschnitt des Trägers nachgebildet sein. Hieran lässt sich leicht das geometrisch relativ einfache Anbauteil anschweißen, um dann die dynamischen Untersuchungen durchzuführen. Im Beispiel des Hinterachsträgers wird dann nur eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Einspannen der Probe benötigt.If a welded connection to a rear axle carrier of a motor vehicle is to be examined as the original component, the sample can be produced from a straight first component and does not have to be simulated to the section of the carrier bent in the area of the welded connection. This can easily weld the geometrically relatively simple attachment, and then perform the dynamic investigations. In the example of the rear axle only a simple device for clamping the sample is then required.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment in conjunction with the drawings. It shows in a highly schematic representation:

1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines Hinterachsträgers eines Kraftfahrzeuges; 1 a perspective view of a section of a rear axle of a motor vehicle;

2 die aus 1 abgeleitete Probe in perspektivischer Ansicht; 2 from 1 derived sample in perspective view;

3 eine perspektivische Ansicht der Probe aus 2 mit einer geeigneten Einspannvorrichtung. 3 a perspective view of the sample 2 with a suitable clamping device.

In 1 ist nur die rechte Hälfte eines Hinterachsträgers 1 eines Personenkraftfahrzeuges perspektivisch dargestellt. Rechts im Sinne der 1 bedeutet in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges gesehen, an dem der Hinterachsträger 1 montiert ist.In 1 is only the right half of a rear axle carrier 1 a passenger vehicle shown in perspective. Right in the sense of 1 means seen in the direction of travel of the motor vehicle, on which the rear axle 1 is mounted.

Der Hinterachsträger 1 weist als erstes Bauteil je einen rechten und einen linken Längsträger 2 auf, von denen nur der rechte Längsträger 2 gezeigt ist. Verbunden sind die beiden Längsträger 2 über je einen vorderen und einen hinteren Querträger 3 und 4 mittels Schweißverbindung.The rear axle carrier 1 has as a first component depending on a right and a left side member 2 on, of which only the right side member 2 is shown. Connected are the two side members 2 via a front and a rear cross member 3 and 4 by means of welded connection.

Längs- und Querträger 2 und 3, 4 sind aus Stahlrohren hergestellt und zumindest teilweise zwei- und dreidimensional gebogen. Hierzu wird in der Regel das Innenhochdruckverfahren eingesetzt. Longitudinal and cross member 2 and 3 . 4 are made of steel tubes and bent at least partially two- and three-dimensional. For this purpose, the hydroforming method is usually used.

An den jeweiligen Endpunkten der Längsträger 2 sind Lager 5 und 6 vorgesehen, über die der Hinterachsträger 1 mit der Karosserieverbunden ist.At the respective end points of the side members 2 are bearings 5 and 6 provided by the rear axle carrier 1 is connected to the bodywork.

An dem Längsträger 2 sind als zweites Bauteil zwei Anschlussflanschpaare 7 und 8 angeschweißt, die zur Aufnahme von Einzellenkern dienen.On the side member 2 are the second component two pairs of connecting flanges 7 and 8th welded, which serve to accommodate Einzellenkern.

Soll nun beispielsweise die Schweißverbindung des Anschlussflanschpaares 7 auf ihre dynamische Festigkeit geprüft werden, so wird gemäß der Erfindung eine Probe 9 gemäß 2 hergestellt.Now, for example, the welded joint of the pair of connecting flanges 7 are tested for their dynamic strength, so according to the invention, a sample 9 according to 2 produced.

Die Probe nach 2 besteht aus einen geraden Rohr 10 gleichen Durchmessers und gleicher Wandstärke sowie gleichen Materials wie der Längsträger 2. Das Rohr 10 weist die beiden Rohrenden 10.1 und 10.2 auf, über die die Probe 9 in einer Prüfvorrichtung eingespannt wird.The sample after 2 consists of a straight pipe 10 same diameter and wall thickness and same material as the side member 2 , The pipe 10 points the two pipe ends 10.1 and 10.2 on, over which the sample 9 is clamped in a tester.

An diesem relativ kurzen Rohr 10 wird das Anschlussflanschpaar 7 mittels einer Schweißnaht 11 und dem gleichen Schweißverfahren, den gleichen Schweißparametern und auch der gleichen Schweißnahtlänge und -lage wie beim originalen Hinterachsträger 1 angeschweißt.At this relatively short tube 10 becomes the connecting flange pair 7 by means of a weld 11 and the same welding procedure, the same welding parameters and also the same weld length and position as the original rear axle carrier 1 welded.

Anstelle des Anschlussflanschpaares 7 können auch vereinfachte Anschlussteile verwendet werden. Hierbei ist selbstverständlich ebenfalls erforderlich, dass die Schweißnaht 11 mit der am Hinterachsträger 1 verwendeten übereinstimmt, auch in ihrer Länge und Lage auf dem Umfang des Rohres 10.Instead of the pair of connecting flanges 7 Simplified connectors can also be used. Of course, it is also necessary that the weld 11 with the at the rear axle 1 used, also in their length and location on the circumference of the tube 10 ,

3 zeigt eine Prüfeinrichtung 12, in der die Probe 9 eingespannt ist. 3 shows a testing device 12 in which the sample 9 is clamped.

Die Prüfeinrichtung 12 besteht aus einer Montageplatte 13 und zwei darauf einstellbar montierten Klemmeinrichtungen 14 und 15.The testing device 12 consists of a mounting plate 13 and two clamps mounted adjustably thereon 14 and 15 ,

Über die Klemmeinrichtungen 14 und 15 werden die beiden freien Enden 10.1 und 10.2 der Probe 9 so eingespannt, dass an dem Anbauteil 7 eine dynamische Prüfkraft P in der gleichen Richtung wie beim im Fahrzeug eingebauten Hinterachsträger 1 angreifen kann. Im vorliegenden Beispiel greift die dynamische Belastung senkrecht zur Längsachse des Längsträgers 2 an, so dass die Probe 9 in den Klemmeinrichtungen 14 und 15 so auszurichten ist, dass auch hier die dynamische Prüfkraft senkrecht zur Längsachse des Rohres 10 angreift.About the clamping devices 14 and 15 be the two free ends 10.1 and 10.2 the sample 9 clamped so that on the attachment 7 a dynamic test force P in the same direction as in the vehicle mounted rear axle 1 can attack. In the present example, the dynamic load engages perpendicular to the longitudinal axis of the longitudinal member 2 so that the sample 9 in the clamping devices 14 and 15 be aligned so that here too the dynamic test force perpendicular to the longitudinal axis of the tube 10 attacks.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, aus Proben, abgeleitet von Originalbauteilen, die gleichen Aussagen bezüglich der Wertigkeit der Schweißverbindungen abzuleiten wie aus aufwändigen Betriebsschwingungsversuche an Originalbauteilen. Hierbei ist es dann ein Leichtes, die Schweißparameter und/oder die Materialkennwerte und/oder die Bauteilabmessungen zu verändern, um ein für sein jeweiliges Einsatzgebiet optimales, geschweißtes Originalbauteil zu erhalten.With this arrangement, it is possible to derive the same statements regarding the valence of the welded joints from samples derived from original components as from complex operating vibration tests on original components. In this case, it is easy to change the welding parameters and / or the material parameters and / or the component dimensions in order to obtain an original, welded component which is optimal for its respective field of application.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Wellinger, Eichhorn, Gimmel „Schweißen”, Alfred Körner Verlag Stuttgart, 1964, Seite 220, Abschnitt 7.315 [0002] Wellinger, Eichhorn, Gimmel "Welding", Alfred Körner Verlag Stuttgart, 1964, page 220, section 7.315 [0002]

Claims (6)

Verfahren zum dynamischen Prüfen einer Schweißverbindung, über die an einem zumindest zweidimensional verformten erstes Bauteil ein zweites Bauteil angeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probe hergestellt wird, indem ein Abbild des ersten Bauteils im Bereich der Schweißverbindung als eindimensionales Probenbauteil hergestellt wird, an dem ein dem zweiten Bauteil entsprechendes Anbauteil mit dem gleichen Schweißverfahren und der gleichen Schweißnahtkennwerten wie beim Originalbauteil angeschweißt wird, dass die Probe an den freien Enden des ersten Probenbauteils eingespannt wird und eine dynamische Prüfkraft in gleicher Richtung wie im Betrieb des Originalbauteils an dem Anbauteil aufgebracht wird.Method for dynamically testing a welded connection, by means of which a second component is welded to an at least two-dimensionally deformed first component, characterized in that a sample is produced by producing an image of the first component in the region of the welded connection as a one-dimensional sample component, on which a the second component corresponding attachment is welded with the same welding method and the same weld characteristics as the original component that the sample is clamped at the free ends of the first sample component and a dynamic test force is applied in the same direction as in the operation of the original component to the attachment. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe gleicher Schweiß- und Materialkennwerte wie beim Originalbauteil als Referenzprobe verwendet und zumindest eine weitere, geometrisch gleich wie die Referenzprobe, aber mit unterschiedlichen Schweiß- und/oder Materialkennwerten hergestellte Probe dynamisch geprüft und hinsichtlich des dynamischen Verhaltens mit der Referenzprobe verglichen wird.Method according to claim 1, characterized in that the specimen of the same welding and material parameters used and how the original component as a reference sample at least one further, geometric tested the same as the reference sample, but sample prepared with different welding and / or material parameters dynamically and with regard to the dynamic Behavior is compared with the reference sample. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Probenbauteil in seinen Materialeigenschaften und in seinen geometrischen Abmessungen dem Originalbauteil affin nachgebildet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the first sample component is reproduced affine in its material properties and in its geometric dimensions of the original component. Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Bauteil ein dem Originalbauteil entsprechendes Anbauteil verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a component corresponding to the original component is used as the second component. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Originalbauteil ein Achsträger eines Kraftfahrzeugs und als erstes Probenbauteil ein gerades, den Achsträger im gebogenen Bereich an der Schweißverbindung abbildendes Längsrohr vorgesehen wird, an dem das zweite Bauteil angeschweißt wird, und die dynamische Prüfkraft an dem zweiten Bauteil eingeleitet wird.Method according to claim 4, characterized in that an axle carrier of a motor vehicle and as the first sample component a straight, the axle carrier in the bent region on the welded connection imaging longitudinal tube is provided as the original component, to which the second component is welded, and the dynamic test force on the second Component is initiated. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsrohr an seinen beiden Enden eingespannt wird.Method according to claim 5, characterized in that the longitudinal tube is clamped at its two ends.
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