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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung von Schweißnähten, die Werkstücke verbinden, welche verschiedene Werkstoffe aufweisen.
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Werden Werkstücke, die verschiedene Werkstoffe aufweisen, durch Schweißen miteinander verbunden, entstehen im Bereich der Schweißnaht intermetallische Phasen, die abhängig von ihrer verschiedenen Zusammensetzung aufgrund ihrer Härte und somit Sprödheit zu Rissen in der Verbindung führen können. Es besteht somit ein besonderer Bedarf, die Qualität solcher Schweißnähte sicher feststellen oder bewerten zu können. Verbindungen solcher Werkstücke, die verschiedene Werkstoffe aufweisen, werden auch als Mischverbindungen bezeichnet.
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Aus
DE 10 2008 062 503 A1 ist ein Verfahren zur Bewertung einer Schweißnaht bekannt, bei dem ein Energiestrahl in eine Idealschweißnaht eingebracht wird, wobei ein Kennwert der Reflexion des Energiestrahls gemessen wird, wobei eine Kalibrierungskurve zur Idealschweißnaht erstellt wird, die Kennwerte der Reflexion des Energiestrahls als Funktion der Position des Energiestrahls in Bezug zu einer Fügestelle darstellt, wobei der Energiestrahl in eine Realschweißnaht eingebracht wird, wobei Kennwerte der Reflexion des Energiestrahls gemessen werden, und wobei der ermittelte Kennwert der Reflexion der Realschweißnaht mit der Kalibrierungskurve verglichen wird. Der Energiestrahl wird insbesondere in Form von Ultraschallimpulswellen eingebracht, und das Reflexionsmuster des Energiestrahls wird insbesondere mit einem Bildverarbeitungsverfahren ausgewertet, wobei die Auswertung zur Erstellung der Kalibrierungskurve verwendet wird.
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Aus
WO 03/041902 A1 geht ein Verfahren zur Erfassung einer Fügestelle von Werkstücken hervor, bei welchem mit einem Lichtschnittverfahren mindestens eine Lichtlinie zur Erfassung des dreidimensionalen Verlaufs der Fügestelle und weiter ein Grauwertbild - oder zusätzlich oder alternativ ein Farbbild - der Fügestelle aufgenommen wird, wobei das Grauwertbild und/oder das Farbbild zur Beurteilung der Qualität der Fügestelle ausgewertet wird.
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Diese Verfahren sind aufwendig und kompliziert und eignen sich nur in geringem Umfang zur Prüfung und Bewertung der Schweißnähte von Mischverbindungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung von verschiedene Werkstoffe aufweisende Werkstücke verbindenden Schweißnähten zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Prüfung von verschiedene Werkstoffe aufweisende Werkstücke verbindenden Schweißnähten geschaffen wird, wobei in einer Arbeitsphase des Verfahrens eine Abbildung einer Schweißnaht erzeugt wird, wobei die Abbildung mittels einer parametrierten automatisierten Bildauswertung untersucht wird, wobei ein Untersuchungsergebnis erhalten wird, und wobei die Schweißnaht anhand des Untersuchungsergebnisses bewertet wird. Auf diese Weise kann mit nur geringem Aufwand eine sichere Bewertung der Qualität der geprüften Schweißnaht bei verschweißten Werkstücken unterschiedlicher Werkstoffarten, das heißt Mischverbindungen, durchgeführt werden. Das Verfahren macht sich dabei in vorteilhafter Weise insbesondere zunutze, dass intermetallische Phasen aufgrund ihrer differenten Durchmischung unterschiedliche Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen aufweisen, die in der Abbildung zur Kategorisierung der Phasen verwendet werden können.
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Die Abbildung wird in bevorzugter Ausgestaltung als Farbbild erzeugt. In anderer bevorzugter Ausgestaltung wird die Abbildung als Grauwertbild oder Graustufenbild erzeugt.
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Eine Mischverbindung der hier angesprochenen Art kann beispielsweise als einen ersten Werkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und als einen zweiten Werkstoff Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen. In der Schweißnaht entstehen dann insbesondere intermetallische Phasen mit verschiedenen Anteilen an Aluminium und Kupfer. Es ist auch möglich, dass eine solche Mischverbindung als einen ersten Werkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung und als einen zweiten Werkstoff Eisen oder eine Eisenlegierung, insbesondere Stahl, aufweist. Selbstverständlich sind auch andere Werkstoff-Kombinationen möglich.
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In bevorzugter Ausgestaltung wird ein Schliff der Schweißnaht - insbesondere im Querschnitt der Schweißnaht - erzeugt, und die Abbildung der Schweißnaht wird als Schliffbild, das heißt insbesondere als Bild des Schliffs der Schweißnaht, erzeugt. Auf diese Weise kann ein Querschnitt der Schweißnaht beurteilt werden, in dem sich in besonders aussagefähiger Weise die verschiedenen intermetallischen Phasen verschiedener Zusammensetzung darstellen und kategorisieren lassen. Vorzugsweise wird der Schliff der Schweißnaht vor der Aufnahme der Abbildung behandelt, insbesondere mechanisch und/oder chemisch behandelt, vorzugsweise geätzt, insbesondere um die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen der intermetallischen Phasen hervorzuheben oder gegebenenfalls überhaupt erst zu erzeugen.
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Dass die Bildauswertung automatisiert ist, bedeutet insbesondere, dass die Bildauswertung eine maschinelle Bildauswertung, insbesondere eine automatische Bildauswertung, insbesondere eine automatische, maschinelle Bildauswertung ist. Für die Bildauswertung wird bevorzugt ein klassischer Algorithmus oder eine insbesondere auf maschinellem Lernen basierende künstliche Intelligenz, insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk, verwendet, oder die Bildauswertung ist ein klassischer Algorithmus oder eine insbesondere auf maschinellem Lernen basierende künstliche Intelligenz, insbesondere ein künstliches neuronales Netzwerk.
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Die Schweißnaht wird bevorzugt bewertet, in dem anhand des Untersuchungsergebnisses festgestellt wird, ob die Schweißnaht in Ordnung oder nicht in Ordnung ist. Es kann also in bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens eine einfache, binäre Bewertung beziehungsweise Kategorisierung der Schweißnaht erfolgen. Alternativ kann die Schweißnaht in einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens bewertet werden, indem die Schweißnaht anhand des Untersuchungsergebnisses einer Qualitätsstufe einer Mehrzahl von vorbestimmten Qualitätsstufen zugeordnet wird. Auf diese Weise kann eine komplexere Beurteilung der Qualität der Schweißnaht durchgeführt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus der parametrierten automatisierten Bildauswertung wenigstens ein Schweißparameter erhalten wird. Der wenigstens eine Schweißparameter kann vorteilhaft der festgestellten Qualität der Schweißnaht zugeordnet werden, wobei auf diese Weise insbesondere im Laufe einer Beurteilung einer Vielzahl von Schweißnähten solche Schweißparameter identifiziert werden können, mit denen besonders hochwertige Schweißnähte erzeugt werden. Diese Schweißparameter können dann gezielt in der Folge verwendet werden, um Mischverbindungen zu schweißen und so die Qualität der erzielten Verbindungen sukzessive zu steigern und/oder ein bestimmtes Qualitätsniveau zu erhalten.
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Der wenigstens eine Schweißparameter ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Leistung, einer Vorschubgeschwindigkeit, einem Laserstrahldurchmesser, einer Laserstrahlwellenlänge, einer Laserstrahlpulsdauer, einem Laserstrahlpulsabstand, und einer Laserstrahlpolarisation eines zur Erzeugung der Schweißnaht verwendeten Schweißlasers.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die automatisierte Bildauswertung in einer der Arbeitsphase vorgelagerten Lernphase mit folgenden Schritten parametriert wird: Es wird eine Mehrzahl von Muster-Schweißnähten erstellt. Von jeder Muster-Schweißnaht der Mehrzahl von Muster-Schweißnähten wird jeweils eine Abbildung erzeugt. Jede Abbildung der Mehrzahl von Abbildungen wird auf Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen in der jeweiligen Abbildung untersucht. Außerdem wird jede Muster-Schweißnaht der Mehrzahl von Muster-Schweißnähten mittels wenigstens eines Messverfahrens einer Nahtprüfung unterzogen, woraus ein Prüfergebnis erhalten wird. Die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen einer jeden Muster-Schweißnaht werden nun dem jeweils zugehörigen Prüfergebnis - derselben Muster-Schweißnaht - zugeordnet, woraus schließlich die Parametrierung für die automatisierte Bildauswertung erhalten wird. Die automatisierte Bildauswertung wird auf diese Weise vorteilhaft angelernt, insbesondere kann dies im Wege des maschinellen Lernens erfolgen. Auf diese Weise wird außerdem vorteilhaft eine Korrelation der Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen zu dem Prüfergebnis erhalten.
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Für die Untersuchung auf Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen beziehungsweise die Feststellung verschiedener Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen wird vorzugsweise innerhalb der Abbildung wenigstens ein Referenzwert, insbesondere ein Referenz-Helligkeitswert, ein Referenz-Grauwert, und/oder eine Referenz-Farbe, ermittelt. Dabei können auch die in einem farblosen Graustufenbild enthaltenen Grauwerte oder die Grauwerte eines ansonsten farbigen Bildes ermittelt werden. Die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen werden insbesondere mit Bezug auf den wenigstens einen Referenzwert ermittelt. Auf diese Weise werden Unterschiede in den Abbildungseinstellungen für die Aufnahme der Abbildung, insbesondere in Beleuchtungsbedingungen, und/oder Unterschiede in einer Präparation des Schliffs kompensiert. Bevorzugt wird als ein erster Referenzwert ein Wert im Bereich eines ersten Werkstoffs außerhalb der Schweißnaht, das heißt einem Bereich, wo keine Durchmischung mit einem zweiten Werkstoff stattgefunden hat, verwendet, wobei als ein zweiter Referenzwert ein Wert im Bereich des zweiten Werkstoffs außerhalb der Schweißnaht verwendet wird. Beispielsweise wird im Fall einer Aluminium-Kupfer-Mischverbindung der erste Referenzwert in einem Bereich der Abbildung ermittelt, in dem nur Aluminium abgebildet ist, wobei der zweite Referenzwert in einem Bereich der Abbildung ermittelt wird, indem nur Kupfer abgebildet ist. Insbesondere werden die Referenzwerte in Bereichen ermittelt, in denen die jeweiligen Werkstoffe nicht aufgeschmolzen wurden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nahtprüfung durchgeführt wird, indem wenigstens eine chemische und/oder physikalische und/oder mechanische Eigenschaft gemessen wird, wobei das Prüfergebnis anhand der wenigstens einen gemessenen chemischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaft erhalten wird. Das Prüfergebnis ist somit repräsentativ für die wenigstens eine chemische und/oder physikalische und/oder mechanische Eigenschaft, sodass diese über die Zuordnung des Prüfergebnisses zu den Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen wiederum den Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen zugeordnet wird. Die wenigstens eine chemische Eigenschaft ist dabei insbesondere eine chemische Zusammensetzung einer intermetallischen Phase, insbesondere ist die chemische Zusammensetzung gekennzeichnet durch die Massenanteile der beteiligten chemischen Elemente, insbesondere Metalle. Auf diese Weise ist es möglich, die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen den jeweiligen Zusammensetzungen der intermetallischen Phasen und damit den intermetallischen Phasen selbst zuzuordnen. Die wenigstens eine physikalische Eigenschaft betrifft vorzugsweise eine elektrische Eigenschaft, insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit oder einen elektrischen Widerstand. Die wenigstens eine mechanische Eigenschaft betrifft vorzugsweise eine mechanische Stabilität, insbesondere Härte oder Sprödheit, der Schweißnaht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Nahtprüfungen lokal jeweils in einer Mehrzahl von Nahtbereichen der geprüften Muster-Schweißnaht durchgeführt wird, wobei für jeden Nahtbereich jeweils ein Prüfergebnis erhalten wird, und wobei die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen der geprüften Muster-Schweißnaht den Nahtbereichen derselben Muster-Schweißnaht und den jeweils zugehörigen Prüfergebnissen zugeordnet werden. Somit kann vorteilhaft eine komplexe Struktur der Schweißnaht erfasst werden, bei welcher in den verschiedenen Nahtbereichen verschiedene intermetallische Phasen mit verschiedenen Zusammensetzungen und verschiedenen chemischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften vorliegen. Somit können die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen nunmehr durch Zuordnung zu dem jeweils zugehörigen Prüfergebnis in dem jeweiligen Nahtbereich der jeweiligen chemischen Zusammensetzung und/oder mindestens einer jeweiligen mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaft in dem entsprechenden Nahtbereich zugeordnet werden. Die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen sind dabei den verschiedenen intermetallischen Phasen mit den verschiedenen Zusammensetzungen und damit auch verschiedenen mechanischen Eigenschaften zugeordnet, sodass nun nach Zuordnung der Prüfergebnisse zu den Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen wiederum eine Zuordnung der Prüfergebnisse zu den verschiedenen intermetallischen Phasen in den verschiedenen Nahtbereichen vorliegt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Messverfahren angewendet wird, wobei aus jedem angewendeten Messverfahren ein Einzelergebnis erhalten wird. Die Einzelergebnisse der angewendeten Messverfahren werden miteinander korreliert, woraus das Prüfergebnis erhalten wird. Dies erlaubt komplexe und umfassende Aussagen über die Schweißnaht, insbesondere über die verschiedenen Nahtbereiche. Insbesondere wird bevorzugt mit wenigstens einem ersten Messverfahren eine chemische Zusammensetzung in einem Nahtbereich als ein erstes Einzelergebnis erhalten, wobei für denselben Nahtbereich mit wenigstens einem zweiten Messverfahren wenigstens eine physikalische und/oder mechanische Eigenschaft erhalten wird. Auf diese Weise kann dann für den Nahtbereich die chemische Zusammensetzung der wenigstens einer physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaft zugeordnet werden. Dabei ist die chemische Zusammensetzung insbesondere repräsentativ für eine bestimmte intermetallische Phase, sodass letztlich die wenigstens eine physikalische und/oder mechanische Eigenschaft der jeweiligen intermetallischen Phasen zugeordnet wird. Im Rahmen des Verfahrens kann dann insgesamt einer bestimmten Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufung eine bestimmte intermetallische Phase und damit zugleich eine bestimmte physikalische und/oder mechanische Eigenschaft zugeordnet werden.
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Um das Prüfergebnis zu erhalten, wird bevorzugt die wenigstens eine physikalische und/oder mechanische Eigenschaft bewertet oder kategorisiert, insbesondere als kritisch oder unkritisch eingestuft. Durch die Zuordnung zu einer bestimmten chemischen Zusammensetzung, insbesondere einer bestimmten intermetallischen Phase, kann dann im Ergebnis eine Aussage darüber erhalten werden, welche intermetallischen Phasen mit bestimmten chemischen Zusammensetzungen als kritisch oder unkritisch - insbesondere mit Blick auf die mechanische Festigkeit der Schweißnaht - eingestuft werden können. Dies ermöglicht es letztlich, im Rahmen des Verfahrens für eine bestimmte, in der Abbildung aufgefundene Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufung als Prüfergebnis einen binären Wert, ausgewählt aus „kritisch“ und „unkritisch“, zurückzugeben. Auf diese Weise können einzelne Nahtbereiche innerhalb der Schweißnaht als kritisch oder unkritisch kategorisiert werden. Damit kann dann schließlich die Schweißnaht insgesamt, insbesondere durch Betrachtung aller Nahtbereiche, bewertet, insbesondere einer Qualitätsstufe zugeordnet oder als in Ordnung oder nicht in Ordnung kategorisiert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Messverfahren ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem EDX-Analyseverfahren (Energiedispersive Röntgenspektroskopie), einem XRD-Analyseverfahren (Röntgendiffraktometrie), einem EBSD-Analyseverfahren (Elektronenrückstreubeugung), einem Härtemessverfahren, insbesondere einem Härtemapping, einem elektrischen Widerstandsmessverfahren zur Messung des elektrischen Widerstands, und einem Festigkeitsmessverfahren. Mithilfe dieser Verfahren können einerseits Informationen über die chemische Zusammensetzung und andererseits Informationen über physikalische und/oder mechanische Eigenschaften der Schweißnaht erhalten werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Muster-Schweißnähte Einheitsproben von verschiedenen Werkstoffkombinationen hergestellt werden. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die automatisierte Bildauswertung mittels verschiedener Werkstoffkombinationen zu parametrieren und dadurch für einen breiten Anwendungsbereich leistungsfähig aufzustellen.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als Muster-Schweißnähte Einheitsproben von verschiedenen intermetallischen Phasen hergestellt werden. In diesem Fall weisen die Muster-Schweißnähte vorteilhaft jeweils nur eine intermetallische Phase oder zumindest nur eine sehr geringe Streuung an intermetallischen Phasen auf, sodass die Muster-Schweißnähte besonders präzise und exakt kategorisiert werden können. Dies erlaubt es, das Verfahren mit besonders hoher Genauigkeit zu parametrieren.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abbildungen der Muster-Schweißnähte mit verschiedenen vorbestimmten Abbildungseinstellungen, insbesondere Beleuchtungen, aufgenommen werden. Vorteilhaft ist es auf diese Weise möglich, das Verfahren robust gegenüber variierenden Abbildungseinstellungen, insbesondere Beleuchtungseigenschaften auszugestalten. Das Verfahren kann dann über einen besonders breiten Anwendungsbereich stabil und zuverlässig angewendet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Abbildungen der Muster-Schweißnähte jeweils eine Objektsegmentierung durchgeführt wird, bei der Intensitätswerte der jeweiligen Abbildung für einzelne Nahtbereiche wenigstens einem Nahtbereich-Parameter zugeordnet werden. Der wenigstens eine Nahtbereich-Parameter ist bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Größe des Nahtbereichs, einer Ausprägung des Nahtbereichs, einer Geometrie des Nahtbereichs, insbesondere einer geometrischen Form des Nahtbereichs, einer Position des Nahtbereichs innerhalb der Muster-Schweißnaht, und einer Eigenschaft des Nahtbereichs als Riss oder Pore, das heißt insbesondere einer Kategorisierung, ob es sich bei dem betrachteten Nahtbereich um einen Rissbereich oder um einen Porenbereich handelt, das heißt insbesondere, ob der betrachtete Nahtbereich einem Riss oder einer Pore in der Schweißnaht zugeordnet ist. Auf diese Weise kann eine besonders umfangreiche und komplexe Bewertung der Schweißnaht mithilfe des Verfahrens durchgeführt werden.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren ermöglicht vorteilhaft insbesondere eine Reduzierung des Präparationsaufwands und/oder Auswerteaufwands in Zusammenhang mit der Bewertung der Schweißnaht. Daraus ergibt sich insbesondere eine Kostensenkung in Zusammenhang mit der Prüfung der Schweißnaht. Es ist vorteilhaft möglich, eine große Anzahl von Schweißproben innerhalb kurzer Zeit auszuwerten. Vorteilhaft können ein oder mehrere Standards festgelegt werden. Die Prozessentwicklung ist vorteilhaft vereinfacht. Die Anzahl und Verlässlichkeit von Qualitätsanalysen kann gesteigert werden. Das Verfahren erlaubt eine Unterstützung für die Entwicklung neuer Schweißprozesse. Das Verfahren ist vorteilhaft auf alle thermischen Fügeverfahren sowie Materialpaarungen von Mischverbindungen anwendbar. Weiterhin erlaubt das Verfahren vorteilhaft eine Vertiefung des Prozessverständnisses des Fügeprozesses.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Prüfung von Schweißnähten.
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Im Rahmen des Verfahrens werden Schweißnähte geprüft, die Werkstücke verbinden, welche verschiedene Werkstoffe aufweisen, insbesondere sogenannte Mischverbindungen.
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In einer einer Arbeitsphase A vorgelagerten Lernphase L wird eine später in der Arbeitsphase A verwendete automatisierte Bildauswertung parametriert. Dabei wird in einem ersten Schritt S1 eine Mehrzahl von Muster-Schweißnähten erstellt. In einem zweiten Schritt S2 wird von jeder Muster-Schweißnaht der Mehrzahl von Muster-Schweißnähten jeweils eine Abbildung erzeugt. In einem dritten Schritt S3 wird jede Abbildung der Mehrzahl von Abbildungen auf Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen in der Abbildung untersucht. In einem vierten Schritt S4 wird jede Muster-Schweißnaht der Mehrzahl von Muster-Schweißnähten mittels wenigstens eines Messverfahrens einer Nahtprüfung unterzogen, woraus ein Prüfergebnis erhalten wird. In einem fünften Schritt S5 werden die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen einer jeden Muster-Schweißnaht dem jeweils zugehörigen Prüfergebnis zugeordnet, woraus die Parametrierung für die automatisierte Bildauswertung erhalten wird.
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In der Arbeitsphase A wird sodann in einem sechsten Schritt S6 eine Abbildung einer Schweißnaht erzeugt. In einem siebten Schritt S7 wird die Abbildung mittels der parametrierten automatisierten Bildauswertung untersucht, wobei ein Untersuchungsergebnis erhalten wird. In einem achten Schritt S8 wird schließlich die Schweißnaht anhand des Untersuchungsergebnisses bewertet. Auf diese Weise kann mit nur geringem Aufwand eine sichere Bewertung der Qualität der geprüften Schweißnaht bei verschweißten Werkstücken unterschiedlicher Werkstoffarten, das heißt Mischverbindungen, durchgeführt werden.
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Aus der parametrierten automatisierten Bildauswertung wird bevorzugt wenigstens ein Schweißparameter erhalten. Der wenigstens eine Schweißparameter ist vorzugweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Leistung, einer Vorschubgeschwindigkeit, einem Laserstrahldurchmesser, einer Laserstrahlwellenlänge, einer Laserstrahlpulsdauer, einem Laserstrahlpulsabstand, und einer Laserstrahlpolarisation eines zur Erzeugung der Schweißnaht verwendeten Schweißlasers.
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Die Nahtprüfung in dem vierten Schritt S4 wird bevorzugt durchgeführt, indem wenigstens eine chemische und/oder physikalische und/oder mechanische Eigenschaft gemessen wird. Das Prüfergebnis wird anhand der wenigstens einen gemessenen chemischen und/oder physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaft erhalten.
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Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von Nahtprüfungen in dem vierten Schritt S4 lokal jeweils in einer Mehrzahl von Nahtbereichen der geprüften Muster-Schweißnaht durchgeführt, wobei für jeden Nahtbereich jeweils ein Prüfergebnis erhalten wird, und wobei in dem fünften Schritt S5 die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen der geprüften Muster-Schweißnaht den Nahtbereichen derselben Muster-Schweißnaht und den jeweils zugehörigen Prüfergebnissen zugeordnet werden.
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Vorzugsweise wird in dem vierten Schritt S4 eine Mehrzahl von Messverfahren angewendet, wobei aus jedem angewendeten Messverfahren ein Einzelergebnis erhalten wird, wobei die Einzelergebnisse der angewendeten Messverfahren miteinander korreliert werden, woraus das Prüfergebnis erhalten wird.
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Das wenigstens eine Messverfahren ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus: Einem EDX-Analyseverfahren, einem XRD-Analyseverfahren, einem EBSD-Analyseverfahren, einem Härtemessverfahren, einem elektrischen Widerstandsmessverfahren, und einem Festigkeitsmessverfahren.
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Vorzugsweise werden in dem ersten Schritt S1 als Muster-Schweißnähte Einheitsproben von verschiedenen Werkstoffkombinationen hergestellt. Alternativ oder zusätzlich werden in dem ersten Schritt S1 als Muster-Schweißnähte verschiedene intermetallische Phasen hergestellt.
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Vorzugsweise werden in dem zweiten Schritt S2 die Abbildungen der Muster-Schweißnähte mit verschiedenen vorbestimmten Abbildungseinstellungen, insbesondere Beleuchtungen, aufgenommen.
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Bevorzugt wird in den Abbildungen der Muster-Schweißnähte jeweils eine Objektsegmentierung durchgeführt, bei der Intensitätswerte der jeweiligen Abbildung für einzelne Nahtbereiche wenigstens einem Nahtbereich-Parameter zugeordnet werden, wobei der wenigstens eine Nahtbereich-Parameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus: Einer Größe des Nahtbereichs, einer Geometrie des Nahtbereichs, einer Position des Nahtbereichs in der Muster-Schweißnaht, und einer Eigenschaft des Nahtbereichs als Riss oder Pore.
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Bei der Verschweißung einer Mischverbindung kommt es insbesondere im Bereich einer Anbindeebene, in der die beiden verschiedenen Werkstoffe aneinandergrenzen, zur Ausbildung verschiedener Bereiche der Schweißnaht, was insbesondere aus den verschiedenen Schmelzpunkten der verwendeten Werkstoffe resultiert. Wird beispielsweise eine Kupferlage auf eine Aluminiumlage gelegt und mittels eines Laserstrahls verschweißt, ergeben sich im Querschnitt der Verschweißung verschiedene geometrische Ausprägungen der aufgeschmolzenen Bereiche in den verschiedenen Werkstoffen, da die Werkstoffe abhängig von einer bestimmten Eindringtiefe des Laserstrahls lokal auf verschiedene Temperaturen erhitzt werden, woraus ein örtliches Temperaturprofil resultiert, wobei sich die Schmelzpunkte von Kupfer einerseits und Aluminium andererseits stark unterscheiden. Daher unterscheiden sich insbesondere auch die Ausdehnungen der aufgeschmolzenen Bereiche in den verschiedenen Werkstofflagen. So kann es insbesondere sein, dass im Schliffbild der Eindruck zweier separater Schweißnähte einerseits in der Kupferlage und andererseits in der Aluminiumlage entsteht, die in einem bestimmten Bereich ineinander übergehen oder miteinander überlappen.
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Vorzugsweise wird in der Anbindeebene mittels Kantenfilterung eine Kante des unteren aufgeschmolzenen Bereichs der unteren Werkstofflage bestimmt. Sodann wird bestimmt, über welchen Teil des aufgeschmolzenen Bereichs sich die Kante erstreckt. Wird dabei festgestellt, dass die Kante über einen Bruchteil der Breite des aufgeschmolzenen Bereichs erkennbar ist, der größer ist als ein erster vorbestimmter Grenzwert, kann daraus geschlossen werden, dass die aufgeschmolzenen Bereiche in den verschiedenen Werkstoffen nicht hinreichend miteinander verbunden sind, sodass keine oder eine nicht ausreichend feste Verbindung der Werkstoffe miteinander erfolgt ist. Die Schweißnaht ist dann insbesondere als nicht in Ordnung zu kategorisieren. Ist die Kante dagegen höchstens über einen kleinen Bereich der Breite des unteren aufgeschmolzenen Bereichs erkennbar, wobei der entsprechende Bruchteil insbesondere kleiner als ein zweiter vorbestimmter Grenzwert ist, kann daraus wiederum geschlossen werden, dass die beiden aufgeschmolzenen Bereiche hinreichend ineinander übergehen, sodass die Werkstoffe stabil miteinander verschweißt sind. Die Schweißnaht ist dann insbesondere als in Ordnung zu kategorisieren.
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Alternativ oder zusätzlich werden bevorzugt kritische intermetallische Phasen identifiziert, und ein Abstand der identifizierten kritischen intermetallischen Phasen zur Anbindeebene - senkrecht zur Anbindeebene gemessen - wird bestimmt. Auch aus diesem Wert können Angaben zur Stabilität der Verschweißung erhalten werden.
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Für die Untersuchung auf Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen beziehungsweise die Feststellung verschiedener Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen wird vorzugsweise in dem dritten Schritt S3 und/oder in dem siebten Schritt S7 innerhalb der jeweiligen Abbildung wenigstens ein Referenzwert ermittelt. Die Helligkeits-, Grauwert- und/oder Farbabstufungen werden insbesondere mit Bezug auf den Referenzwert ermittelt. Auf diese Weise werden Unterschiede in den Abbildungseinstellungen für die Aufnahme der Abbildung, insbesondere in Beleuchtungsbedingungen, und/oder Unterschiede in einer Präparation des Schliffs kompensiert. Bevorzugt wird als ein erster Referenzwert ein Wert im Bereich eines ersten Werkstoffs außerhalb der Schweißnaht, das heißt einem Bereich, wo keine Durchmischung mit einem zweiten Werkstoff stattgefunden hat, verwendet, wobei als ein zweiter Referenzwert ein Wert im Bereich des zweiten Werkstoffs außerhalb der Schweißnaht verwendet wird. Beispielsweise wird im Fall einer Aluminium-Kupfer-Mischverbindung der erste Referenzwert in einem Bereich der Abbildung ermittelt, in dem nur Aluminium abgebildet ist, wobei der zweite Referenzwert in einem Bereich der Abbildung ermittelt wird, indem nur Kupfer abgebildet ist. Insbesondere werden die Referenzwerte in Bereichen ermittelt, in denen die jeweiligen Werkstoffe nicht aufgeschmolzen wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008062503 A1 [0003]
- WO 03/041902 A1 [0004]
