DE102021105684A1

DE102021105684A1 - VERFAHREN ZUR VALIDIERUNG DER SCHWEIßLEISTUNG

Info

Publication number: DE102021105684A1
Application number: DE102021105684.5A
Authority: DE
Inventors: Tingting Zhang; Spyros P. Mellas; Kangping Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-10-28
Also published as: CN113551987A; US11559848B2; US20210331265A1

Abstract

Es werden Verfahren zur Validierung der Verbindungsleistung bereitgestellt, bei denen ein Coupon aus einem Rohling hergestellt wird, indem der Rohling so gebogen wird, dass ein Paar von Schenkeln in einem Winkel von im Wesentlichen neunzig Grad zueinander angeordnet ist. Ein weiterer Coupon wird hergestellt, indem eine Öffnung in ein Segment eines anderen Rohlings geformt und das Segment um etwa 90 Grad gebogen wird. Das Segment wird neben einem Ende des zweiten Rohlings angeordnet. Ein Prüfmuster wird hergestellt, indem die Coupons an einer Verbindung zusammengefügt werden, wobei ein Schenkel ungefähr in der Mitte des Schenkels am Segment befestigt wird. Das Testmuster wird einem Krafttest unterzogen, um Daten für die Leistungsvalidierung zu erzeugen.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf die Bewertung von Schweißnähten und im Besonderen auf Verfahren, die Schälprüfungen von Schweißnähten unter Verwendung von Testmustern, das Sammeln von Daten und die Verwendung der Daten zur Validierung der Schweißleistung umfassen.
Schweißen, Hartlöten und Löten sind gängige Verfahren zum Verbinden von Bauteilen und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Es gibt viele Arten von Schweißverfahren, einschließlich Widerstandsschweißen, Laserschweißen, Gas-Metall-Lichtbogenschweißen, Rührreibschweißen und andere. Die Bestimmung oder Abschätzung von Verbindungseigenschaften für Verfahrens- und Produktvalidierungszwecke wurde durch eine Vielzahl von Ansätzen erreicht, einschließlich der Verwendung von Überlappungsschertests, Coach-Peel-Tests, Querzugtests und anderen, um Daten zu generieren und diese Daten in Bewertungen zu verwenden. Im Falle des Coach-Peel-Tests werden Proben vorbereitet, die im Allgemeinen als L-förmige Platten geformt sind. Die Platten werden in einer versetzten Konfiguration miteinander verbunden. Die Proben werden auseinandergezogen und die Leistungsdaten werden aufgezeichnet, um Parameter, wie z. B. die einer Schweißnaht, zu bewerten und zu bestimmen. Der traditionelle Coach-Peel-Test ist für einige Arten von Fügeverfahren nicht optimal, da andere Arten von Belastungsbedingungen die gesammelten Daten verfälschen können. So können z.B. Biege- und/oder Torsionsbelastungen in den Test eingebracht werden, wo nur Schälkräfte auf die Schweißnaht erwünscht sind. Diese Biege- und/oder Torsionsbelastungen, insbesondere bei länglichen Schweißnähten, können zu Versagenszuständen der Prüflinge und zu Daten führen, die die Leistung der Schweißnaht nicht genau wiedergeben. Nicht ausgerichtete Kräfte können zu Spannungs-Dehnungs-Kurven von Prüfmustern führen, die eine unvollkommene Korrelation mit der Verbindungsleistung im tatsächlichen Produkt aufweisen, das später mit dem zu prüfenden Fügeverfahren hergestellt wird.
Dementsprechend ist es wünschenswert, zusätzliche Methoden zur Bewertung und Bestimmung der Eigenschaften von Verbindungen bereitzustellen, die mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Darüber hinaus wären neue Verfahren wünschenswert, die Testdaten erzeugen, die die Betriebslastbedingungen und die Verbindungsleistung genauer widerspiegeln. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund betrachtet werden.
KURZFASSUNG
Eine Reihe von Ausführungsformen umfasst Verfahren zur Validierung der Schweißleistung unter Verwendung eines Schältestansatzes. In einer Reihe von Ausführungsformen wird ein Coupon aus einem Rohling hergestellt, indem der Rohling so gebogen wird, dass ein Paar von Schenkeln im Wesentlichen in einem Winkel von neunzig Grad zueinander angeordnet ist. Ein weiterer Coupon wird hergestellt, indem eine Öffnung in ein Segment eines anderen Rohlings geformt und das Segment um etwa 90 Grad gebogen wird. Das Segment wird neben einem Ende des zweiten Rohlings angeordnet. Ein Prüfmuster wird hergestellt, indem die Coupons an einer Verbindung zusammengefügt werden, wobei ein Schenkel des einen Coupons ungefähr in der Mitte des Schenkels am Segment des anderen Coupons befestigt wird. Das Testmuster wird einem Krafttest unterzogen, um Daten für die mathematische Modellierung zu erzeugen, die bei der Leistungsvalidierung verwendet wird.
In weiteren Ausführungsformen umfasst das Ausbilden der Öffnung das Entfernen einer Ecke am Ende des zweiten Zuschnitts, so dass das Segment eine Lasche auf dem zweiten Coupon umfasst, und das Ausbilden eines Radius angrenzend an das Segment.
In weiteren Ausführungsformen ist der Radius so ausgebildet, dass er größer als zehn Millimeter ist.
In weiteren Ausführungsformen umfasst das Formen der Öffnung das Formen eines Schlitzes im Segment.
In weiteren Ausführungsformen werden Kraft und Auslenkung aufgezeichnet und der Prüfling anhand der aufgezeichneten Kraft und des Weges charakterisiert.
In weiteren Ausführungsformen wird die Verbindung als Schweißraupe entlang einer Kante des Segments gebildet.
In weiteren Ausführungsformen ist das Segment etwa halb so breit wie der Schenkel.
In weiteren Ausführungsformen werden die Coupons durch eine Prüfmaschine auseinandergezogen, bis eine Trennung der Coupons erfolgt.
In weiteren Ausführungsformen wird die Trennung als ein Schweißfehler, ein Fehler im Grundmaterial des Coupons oder ein Fehler in der Wärmeeinflusszone gekennzeichnet. Wenn ein Fehler im Grundmaterial des Coupons auftritt, wird die Geometrie der Coupons so angepasst, dass die Position des Fehlers im Grundmaterial des Coupons auf die Mittellinie der Coupons ausgerichtet wird.
In weiteren Ausführungsformen werden Kraft und Auslenkung aufgezeichnet und die Verbindung anhand der Kraft und Auslenkung modelliert.
In einer Reihe anderer Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Überprüfung der Verbindungsleistung die Herstellung eines Coupons durch Biegen eines Rohlings, so dass ein Paar von Schenkeln in einem Winkel von im Wesentlichen neunzig Grad zueinander angeordnet ist. Ein weiterer Coupon wird aus einem Rohling hergestellt, indem ein Teil eines Segments aus dem Rohling entfernt wird. Das Segment ist neben einem Ende des jeweiligen Rohlings angeordnet und wird um etwa neunzig Grad gebogen. Ein Prüfmuster wird gebildet, indem die Coupons an einer Verbindung zusammengefügt werden, die eine Schweißnaht umfasst, die sich ungefähr in der Mitte eines der Schenkel befindet, wobei der Schenkel durch die Schweißnaht an dem Segment befestigt ist. Das Prüfmuster wird einer Kraftprüfung unterzogen. Die Prüfdaten des Krafttests werden aufgezeichnet und die Schweißnaht wird anhand der Prüfdaten bewertet.
In weiteren Ausführungsformen beinhaltet das Ausbilden der Öffnung das Entfernen einer Ecke am Ende des zweiten Zuschnitts, so dass das Segment eine Lasche auf dem jeweiligen Coupon verkörpert, wobei ein Radius ausgebildet ist, der sich von der Lasche aus erstreckt.
In weiteren Ausführungsformen beinhaltet das Formen der Öffnung das Formen eines geschlossenen Schlitzes im Segment.
In weiteren Ausführungsformen werden Kraft und Auslenkung aufgezeichnet und die Schweißnaht anhand der Kraft und der Auslenkung charakterisiert.
In weiteren Ausführungsformen wird die Schweißnaht als länglicher Wulst entlang einer Kante des Segments gebildet.
In weiteren Ausführungsformen erstreckt sich das Segment bis zu einem Punkt, der sich ungefähr auf der Hälfte der Breite des Schenkels befindet.
In weiteren Ausführungsformen werden die Coupons durch eine Prüfmaschine auseinandergezogen, bis eine Trennung der Coupons erfolgt.
In weiteren Ausführungsformen ist die Trennung als ein Schweißfehler, ein Couponfehler oder ein Fehler in der Wärmeeinflusszone gekennzeichnet.
In weiteren Ausführungsformen werden Kraft und Auslenkung aufgezeichnet und das Gelenk anhand der Kraft und Auslenkung modelliert.
In einer Reihe von zusätzlichen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Validierung der Verbindungsleistung die Bestimmung der Materialzusammensetzung und der Schweißparameter für ein Produkt. Unter Verwendung der Materialzusammensetzung wird ein Paar von Proben hergestellt. Ein Coupon wird hergestellt, indem ein Rohling so gebogen wird, dass ein Paar von Schenkeln im Wesentlichen in einem Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet ist. Ein weiterer Coupon wird durch Entfernen eines Teils eines Segments an einem Ende eines anderen Rohlings und Biegen des Segments um etwa neunzig Grad hergestellt. Ein Prüfmuster wird gebildet, indem die Coupons an einer Schweißnaht zusammengefügt werden, die sich ungefähr in der Mitte des Schenkels befindet, um das Segment durch die Schweißung am Schenkel zu befestigen. Die Schweißnaht wird unter Verwendung der Schweißparameter gebildet. An dem Prüfmuster wird ein Krafttest durchgeführt, Kraft und Auslenkung des Prüfmusters werden aufgezeichnet, und die Verbindung wird anhand der aufgezeichneten Kraft und Auslenkung modelliert.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfkörpers mit unterschiedlicher Breite, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines geschlitzten Prüflings, gemäß verschiedener Ausführungsformen;
3 ist eine Seitenansicht des Prüfmusters aus 1, die die Ausrichtung der Coupons gemäß verschiedener Ausführungsformen zeigt;
4 ist eine alternative Seitenansicht des Testmusters aus 1, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5 ist eine Endansicht des Prüflings aus 1, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 ist eine Ansicht eines im Verfahren befindlichen Coupons zur Verwendung in der Testprobe von 1, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen;
7 ist eine schematische Darstellung eines Testsystems für die Testmuster aus 1 und 2, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Validierung der Verbindungsleistung in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Anwendung und Verwendungen nicht einschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, an eine ausdrückliche oder stillschweigende Theorie gebunden zu sein, die in dem vorhergehenden technischen Gebiet, Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt ist.
In einer Reihe von Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Validierung der Verbindungsleistung die Herstellung eines Coupons durch Biegen eines rechteckigen Rohlings, so dass ein Paar von Schenkeln im Wesentlichen neunzig Grad relativ zueinander angeordnet ist. Ein zusätzlicher Coupon wird hergestellt, indem ein Teil eines Segments in der Nähe eines Endes eines Rohlings entfernt oder weggelassen wird, so dass eine Öffnung in dem Segment verbleibt, und das Segment um etwa neunzig Grad gebogen wird. Die Öffnung kann in verschiedenen Ausführungsformen als eine gelöschte Ecke des Rohlings, die eine Lasche als Segment hinterlässt, als Schlitz im Segment oder auf andere Weise gebildet werden. Ein Prüfmuster wird hergestellt, indem die Coupons miteinander verbunden werden, wobei ein Schenkel des einen Coupons ungefähr in der Mitte mit dem Segment des anderen Coupons verbunden wird, z. B. durch Schweißen. Das Prüfmuster wird einem Zugkrafttest unterzogen und die Ergebnisse werden aufgezeichnet. Die sich daraus ergebenden Daten können zur Abstimmung der Schweißnaht und/oder zur Feststellung, ob Änderungen an den Parametern des Fügeprozesses wünschenswert sind, ausgewertet werden. Zum Beispiel können Variationen des Einbrandverhaltens der Schweißnaht untersucht werden. Wenn die Fügeprozessparameter innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegen, werden die erzeugten Testdaten gesammelt und zur Modellierung der Leistung eines Produkts verwendet, das mit dem Fügeprozess hergestellt werden soll. Während die hier beschriebenen Ausführungsformen für bestimmte Schweißanwendungen gelten können, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte Art von Fügeverfahren beschränkt, sondern ist allgemein anwendbar, wenn die Bewertung von länglichen Verbindungen mit Hilfe von Schälprüfungen erwünscht ist.
In 1 ist ein Prüfmuster 20 dargestellt, das für eine mittig ausgerichtete Belastung vorbereitet ist. Das Prüfmuster 20 besteht im Allgemeinen aus einem Paar vorbereiteter Proben 22, 24, die an einer Verbindung 25 befestigt sind, die in dieser Ausführungsform eine Schweißraupe 26 enthält. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Schweißraupe durch Metall-Schutzgasschweißen hergestellt. In anderen Ausführungsformen kann die Verbindung 25 durch eine andere Art von Schweißverfahren, Hartlöten, Löten, eine andere Form des Klebens oder ein anderes Fügeverfahren hergestellt werden. Die Verbindung 25 umfasst die Schweißraupe 26, wobei die Schweißnaht linienförmig ist und nicht eine diskrete Schweißnaht, wie z. B. ein einzelner runder Punkt, der z. B. durch eine Widerstandspunktschweißung oder eine Heftgasschweißung erzeugt würde. Das vorbereitete Prüfmuster 20 ist vorteilhaft für die Prüfung der Eigenschaften der Verbindung 25, z. B. bei einem Coach-Peel-Test. Bei einem solchen Test werden die Coupons 22, 24 so auseinandergezogen, dass die Last schrittweise entlang der Schweißraupe 26, beginnend an einem ihrer Enden, aufgebracht wird, anstatt die gesamte Schweißraupe 26 gleichzeitig zu belasten. Dadurch wird die Schweißraupe 26 schrittweise entlang ihrer Länge 28 getrennt („aufgerissen“). Die Länge 28 ist so gewählt, dass ein Schälverhalten der Schweißraupe 26 während eines Coach-Peel-Tests erzeugt wird, und ist im Allgemeinen eher länglich als rund. Die Prüfstücke 22, 24 werden aus einem Material, wie z. B. Metall, hergestellt, das die Zusammensetzung und Dicke des Materials aufweist, das in einem hergestellten Produkt (nicht dargestellt) verwendet wird, das letztendlich mit dem zu prüfenden Schweißverfahren hergestellt wird. Die Prüfstücke 22, 24 werden mit denselben Schweißprozessparametern verbunden, die auch bei der Herstellung des Produkts verwendet werden sollen. Dementsprechend repräsentiert das Prüfmuster 20 die Schweißnähte, die zur Befestigung der Komponenten des hergestellten Produkts verwendet werden.
Der Prüfling 20 hat eine mittig ausgerichtete Belastung, d.h. die Schweißraupe 26 ist im Wesentlichen mittig zur Breite 30 des Coupons 22 und insbesondere seines Schenkels 23 angeordnet. Die Zentrierung der Schweißraupe 26 minimiert Torsionsbelastungen und führt zu relativ reinen Wagenschalentestergebnissen. Darüber hinaus werden Ablösungen während der Prüfung in der Schweißraupe 26 und/oder in einer Wärmeeinflusszone 32 gefördert, in der sich das Versagen allmählich entlang der Schweißraupenlänge 28 ausbreitet. Die Förderung dieser Trennungen gegenüber anderen Trennungen, wie z. B. Risse des Grund-/Elternmaterials der Coupons 22, 24 weg von der wärmebeeinflussten Zone, die durch Torsionsbelastungen verursacht werden, führt zu reineren Schälresultaten. Die Wärmeeinflusszone 32 ist der Bereich der Coupons 22, 24 um die Schweißraupe 26, der einen nicht aufgeschmolzenen Bereich des Grundcouponmaterials umfasst, der durch die hohen Temperaturen des Schweißprozesses eine Veränderung der Materialeigenschaften erfahren hat. Durch das Erzwingen von Ablösungen in diesen Bereichen können genaue Informationen über die Festigkeit der Schweißraupe 26 gewonnen werden. Bei bestimmten Materialkombinationen kann es zu einem Riss im Grundwerkstoff kommen, jedoch minimiert die aktuelle Ausführungsform Torsions- oder Biegebelastungen, da die Mittellinien der Coupons 22, 24 und der Schweißraupe 26 aufeinander ausgerichtet sind. Die erfassten Daten spiegeln optimierte Schälbedingungen wider. Wenn Grundmaterialfehler auftreten, kann die Geometrie der Coupons 22, 24 so angepasst werden, dass der Ort des Grundmaterialfehlers auf die Mittellinie der Coupons ausgerichtet wird. Dies kann geschehen, um den Einfluss von Nicht-Schällasten auf die Daten weiter zu reduzieren.
In der Ausführungsform von 1 hat der Coupon 22 ein Paar von Schenkeln, einschließlich eines Längsschenkels 21 und eines Seitenschenkels 23, die senkrecht sind, was bedeutet, dass sie in einem Winkel von neunzig Grad oder annähernd neunzig Grad zueinander angeordnet sind. Der Coupon 24 hat ein Segment 34 an oder neben seinem Ende 36 in Form einer Lasche mit einer Breite 38, die etwa die Hälfte der Breite 30 des Schenkels 23 des Coupons 22 beträgt. Bei dieser Konfiguration wird der Coupon 24 durch Entfernen (oder Weglassen) einer Ecke des Coupons 22 am Ende 36 hergestellt, wobei eine Öffnung 39 verbleibt, in der sich die Ecke sonst befinden würde. Andere Ausführungsformen können ein ähnliches, mittig ausgerichtetes Belastungsergebnis erzeugen. Die Ausführungsform von 2 enthält beispielsweise ein Prüfmuster 40, das aus Coupons 42, 44 besteht, die durch eine Verbindung 62 in Form einer Schweißraupe 64 miteinander verbunden sind. Der Coupon 42 ähnelt im Wesentlichen dem Coupon 22 aus 1 und umfasst ein Paar von Schenkeln 41, 43, die in einem Winkel von 90 Grad zueinander angeordnet sind, oder ungefähr in diesem Winkel. Der Coupon 44 umfasst ein Segment 46 in Form eines Schenkels, der in einem Winkel von neunzig Grad oder ungefähr in einem Winkel von neunzig Grad relativ zu einem Segment 48 des Coupons 44 gebogen ist. Das Segment 48 umfasst einen weiteren Schenkel des Coupons 44. Der Coupon 44 hat im Allgemeinen eine ähnliche Form wie der Coupon 42, enthält jedoch eine Öffnung 50 in Form eines Schlitzes, der im Segment 46 ausgebildet ist. Die Öffnung 50 ist in dem Segment 46 angeordnet, das dem Ende 52 des Coupons 44 benachbart ist. In anderen Ausführungsformen kann die Öffnung 50 als Schlitz ausgeführt sein, der sich durch das Ende 52 erstreckt, anstatt eine geschlossene Konfiguration zu haben. Der geschlitzte Coupon 44 kann vorteilhaft sein, wenn dünne oder leichte Materialien für den Coupon 44 verwendet werden, um Torsionsbelastungen, Verdrehungen und/oder Reißen zu vermeiden. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Öffnung 50 eine Länge 54 und eine Breite 56, die in dieser Ausführungsform Größen von fünfundzwanzig Millimetern bzw. sechs Millimetern haben. Eine Kante 58 der Öffnung 50 befindet sich mittig entlang der Breite 60 des Segments 46. Dadurch liegt die Kante in der Mitte der Breite des Schenkels 43. Die Verbindung 62 wird an der Kante 58 gebildet, z. B. durch Erzeugen einer Schweißraupe 64 entlang der Kante 58. Die Schweißraupe 64 kann sich über die gesamte Länge 54 der Öffnung 50 erstrecken oder kürzer als die Länge 54 sein.
Wie in den 3, 4 und 5 gezeigt, ist das Prüfmuster 20 so konfiguriert, dass der Schenkel 23 des Coupons 22 gegen das laschenförmige Segment 34 des Coupons 24 angeordnet ist. Die Schweißraupe 26 wird an einer Kante 68 des Segments 34 gebildet, die durch das Entfernen oder Weglassen von Material zur Bildung der Öffnung 39 entsteht. Die Kante 68 ist in einem Abstand 70 angeordnet, der die Hälfte der Breite 30 des Schenkels 23 beträgt. In dieser Ausführungsform beträgt die Breite 30 fünfzig Millimeter und der Abstand 70 fünfundzwanzig Millimeter. Die Coupons 22, 24 sind mit glatten Radien 72, 74 von jeweils sechs Millimetern gebogen. Der Schenkel 23 und das Segment 34 haben eine Höhe 76 von einundvierzig Millimetern ab dem Ende der Radien 72, 74. Der Coupon 22 lässt sich ausgehend von einem rechteckigen Rohling leicht formen. 6 zeigt den Coupon 24 als Rohteil vor dem Biegen. Die Öffnung 39 wird in der Nähe des Endes 36 geformt, wobei das Segment 34 als Lasche verbleibt, die sich vom Rest des Coupons 24 aus erstreckt. Im Bereich des Segments 34 ist ein vorteilhaft großer Radius 78 ausgebildet, der in der vorliegenden Ausführungsform dreizehn Millimeter beträgt. Ein sonst enger Radius kann zu Spannungserhöhungen oder Spannungskonzentrationen führen, die durch den Radius 78 vermieden werden.
Ein Prüfsystem 80 zur Auswertung der Prüflinge 20, 40 ist in 7 dargestellt. Das Prüfsystem 80 umfasst eine Prüfmaschine 82, die so konfiguriert ist, dass sie eine Zuglast auf das Prüfmuster 20 in dieser Abbildung ausübt. Ein Paar von Klemmen 84 greift an den Coupons 22, 24 an gegenüberliegenden Enden des Prüfmusters 20 an. Mindestens ein Aktuator 86, wie z. B. ein Linearmotor oder Zylinder, ist vorgesehen, um eine Kraft zum Trennen der Coupons 22, 24 aufzubringen. Die Prüfmaschine 82 enthält einen Controller 88 zur Steuerung ihres Betriebs und kann einen Prozessor 87 enthalten. Das Steuergerät 88 kann eine beliebige Anzahl von elektronischen Steuermodulen umfassen, die verschiedene Eingaben empfangen, die analysiert werden, so dass das Steuergerät 88 die Prüfmaschine 82 betreiben kann.
Die Testmaschine 82 enthält auch einen Sensorsatz 90, um Daten über den Betrieb der Testmaschine 82 und über durchgeführte Tests zu sammeln. Der Sensorsatz 90 kann zum Beispiel einen Kraftsensor und einen Abstandssensor enthalten. Im Allgemeinen ist der Controller 88 so konfiguriert, dass er Eingaben vom Sensorsatz 90 empfängt und Ausgaben, z. B. in Form von Kraft- und Wegkurven, liefert. Beispielsweise können Spannungs-Dehnungs-Kurven, die das Verhältnis zwischen Spannung und Dehnung zeigen, vom Controller 88 erzeugt werden, indem schrittweise eine Zuglast auf ein Prüfmuster 20 aufgebracht und die Verformung gemessen wird. Die Spannung und Dehnung werden dann aus der Last und den Verformungsdaten, die vom Sensorsatz 90 geliefert werden, bestimmt. Der Prüfling 20 ist so konfiguriert, dass er sich rein schälend ohne Biegung oder Torsion trennt, um reine Dehnungsdaten und präzise Spannungs-Dehnungs-Kurven zu erzeugen.
Ein Verfahren 100 zur Validierung der Schweißleistung unter Verwendung von Daten, die bei der Prüfung der Prüfmuster 20, 40 in der Prüfmaschine 82 erzeugt wurden, ist in 8 dargestellt. Bestimmte Schritte des Verfahrens 100 können hierin offengelegte Methoden oder Algorithmen enthalten, die direkt in Hardware, in einem vom Prozessor 87 ausgeführten Softwaremodul oder in einer Kombination aus beidem verkörpert sein können. Ein Softwaremodul kann sich in jeder Form von Speichermedium befinden, die in der Technik bekannt ist. Das Speichermedium (nicht dargestellt) kann mit dem Prozessor 87 gekoppelt sein, so dass der Prozessor 87 Informationen von dem Speichermedium liest und auf dieses schreibt. Alternativ kann das Speichermedium auch in den Prozessor 87 integriert sein.
Der Verfahrens 100 beginnt 102, z. B. wenn ein in der Entwicklung befindliches Produkt Verbindungen verwendet, für die eine Modellierung mit Dateneingaben zur Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit möglich ist. Zum Beispiel können bei der Entwicklung eines Fahrzeugs Karosserie- und andere Strukturkomponenten durch Schweißen verbunden werden. Es kann wünschenswert sein, eine computergestützte Modellierung des in der Entwicklung befindlichen Fahrzeugs durchzuführen, z. B. um Crash-Ereignisse zu simulieren, um die Reaktion des Fahrzeugs zu modellieren. Die Materialzusammensetzung der Komponenten des Fahrzeugs und die Verfahrensparameter zum Fügen der Komponenten werden bestimmt 104. Beispielsweise können Materialien und Dicken der Karosseriebleche bestimmt werden, und es können Schweißparameter für das Fügen der Karosseriebleche festgelegt werden.
Die Coupons 22, 24 werden 106 hergestellt. Das Coupon 22 wird z. B. hergestellt, indem ein rechteckiger Rohling aus dem gleichen Material wie eines der zu verbindenden Karosserieteile angefertigt wird. Der rechteckige Zuschnitt wird gebogen, um die Schenkel 21, 23 des Coupons 22 so zu formen, dass sie senkrecht zueinander in einem Winkel von 90 Grad angeordnet sind. Der Radius 72 wird zwischen den Schenkeln 21, 23 gebildet. Der Coupon 24 wird hergestellt, z. B. durch Formen eines rechteckigen Rohlings, der ähnlich groß ist wie der für den Coupon 22 geformte. Der Rohling besteht aus dem Material und hat eine Dicke, die mit der des anderen zu verbindenden Karosserieteils übereinstimmt. Die Öffnung 39 wird z. B. durch Entfernen von Material aus dem Rohling geformt, und das so entstandene laschenförmige Segment 34 wird senkrecht in einem Winkel von neunzig Grad zum Rest des Coupons 24 gebogen. Die Längen der Längsschenkel der Coupons 22, 24 werden so gewählt, dass sie den Greifanforderungen der Prüfmaschine 82 entsprechen.
Im weiteren Verlauf des Verfahrens 100 werden die Coupons 22, 24 miteinander verbunden, z. B. durch die Schweißraupe 26, um 108 das Prüfmuster 20 zu bilden. Die Verbindung 25 wird mit den Schweißprozessparametern gebildet, die für das Fügen der Komponenten des Endprodukts entwickelt wurden, das durch das Prüfmuster 20 simuliert wird. Es können z. B. die Schweißprozessparameter verwendet werden, die zum Fügen der Karosserieteile verwendet werden. Der Prüfling 20 wird in die Prüfmaschine 82 eingelegt und es wird ein Test 110 durchgeführt, bei dem die Coupons 22, 24 auseinandergezogen werden, was eine Trennung beinhalten kann. Daten, einschließlich Kraft und Weg, werden erfasst, z. B. durch Eingabe des Sensorsatzes 90, und Ausgaben, wie z. B. Spannungs-Dehnungs-Kurven, werden von der Steuerung 88 erzeugt und als Testergebnisse 112 aufgezeichnet. Die Testergebnisse können ausgewertet werden 114, z. B. für die Schweißnahtqualität und zur Bewertung und Optimierung des Schweißnahtdesigns. Bei bestimmten Materialkombinationen kann ein Grundwerkstoffriss auftreten. Die Auswertung 114 kann die Charakterisierung der Trennung als einen Schweißfehler, einen Grundwerkstofffehler und einen Fehler in der Wärmeeinflusszone beinhalten. Wenn Grundmaterialversagen auftritt, kann die Geometrie der Coupons 22, 24 so angepasst werden, dass der Ort des Grundmaterialversagens auf die Mittellinie der Coupons ausgerichtet wird, um die Beeinflussung der Daten durch Nicht-Schällasten weiter zu reduzieren. Beispielsweise würde die Beschnittkante, die die Öffnung 39 des Coupons 24 bildet, in der Ansicht von 1. relativ zum Coupon 22 nach rechts verschoben, wenn der Coupon 24 aus einem dünneren Material als der Coupon 22 gebildet wird und Risse auf der (in der Ansicht) linken Seite der Schweißraupe 26 im Segment 34 auftreten.
Das Verfahren 100 wird fortgesetzt und es kann eine Bestimmung 116 durchgeführt werden, ob eine Änderung der Schweißparameter 118 gewünscht ist. Beispielsweise kann die Schweißnaht abgestimmt werden, indem die Schweißnahtdurchdringung variiert und die Ergebnisse ausgewertet werden. Wenn eine Modifikation der Schweißnaht nicht erforderlich ist, fährt das Verfahren 100 mit der Verwendung 120 der Testergebnisse fort, z. B. zur Modellierung der Schweißnahtleistung in dem mit der Schweißnaht hergestellten Produkt. Zum Beispiel kann kommerziell erhältliche Software zur Simulation von Fahrzeug-Crashs die Testergebnisse verwenden, um zu bestimmen, wie geschweißte Komponenten auf einwirkende Lasten reagieren. Mit der Verwendung 120 der Testergebnisse endet das Verfahren 100 122.
Durch die vorstehenden Ausführungen werden Verfahren zum Testen von Verbindungen bereitgestellt, z. B. zur Bewertung von Schweißnähten für die Optimierung der Schweißkonstruktion und zur Erzeugung von Daten für die Produktvalidierung, z. B. durch Computersimulation. Vorteilhafterweise ergeben sich genaue Spannungs-Dehnungs-Kurven, was das Vertrauen in Modelle verbessert, die zur Simulation der Leistung eines Produkts verwendet werden, das unter Verwendung der getesteten Coupon-Materialien und Schweißnahtparameter gebaut werden soll. In der Fahrzeugentwicklung können die Modellierungsergebnisse beispielsweise die Notwendigkeit reduzieren, Fahrzeuge physikalisch zu testen.
Obwohl in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt wurde, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es eine große Anzahl von Variationen gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise zu begrenzen. Vielmehr soll die vorstehende detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen geben. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen und den gesetzlichen Äquivalenten davon dargelegt, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Verbindungsleistungsvalidierung, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen eines ersten Coupons aus einem ersten Rohling, einschließlich des Biegens des ersten Rohlings, so dass er einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, der im Wesentlichen in einem Winkel von neunzig Grad relativ zum ersten Schenkel angeordnet ist; Herstellen eines zweiten Coupons aus einem zweiten Rohling, einschließlich des Ausbildens einer Öffnung in einem Segment des zweiten Rohlings, wobei das Segment angrenzend an ein Ende des zweiten Rohlings angeordnet ist, und des Biegens des Segments um etwa neunzig Grad; Herstellen eines Testmusters, welches das Zusammenfügen des ersten Coupons und des zweiten Coupons an einer Verbindungsstelle umfasst, wobei der erste Schenkel ungefähr in der Mitte des ersten Schenkels an dem Segment befestigt ist; und den Prüfling einer Kraftprüfung zu unterziehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der Öffnung das Entfernen einer Ecke am Ende des zweiten Rohling umfasst, so dass das Segment eine Lasche auf dem zweiten Coupon umfasst, und das Ausbilden eines Radius angrenzend an das Segment.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Radius so geformt wird, dass er eine Größe von mehr als zehn Millimetern hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden der Öffnung das Ausbilden eines Schlitzes in dem Segment umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: Aufzeichnung von Kraft und Auslenkung; und die Charakterisierung des Prüflings anhand der aufgezeichneten Kraft und der Auslenkung.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Ausbilden der Verbindung als Schweißraupe entlang einer Kante des Segments.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Schenkel eine erste Breite hat und das Segment eine zweite Breite hat, die etwa die Hälfte der ersten Breite beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Coupons mit einer Prüfmaschine auseinandergezogen werden, bis eine Trennung der Coupons erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend: Charakterisierung der Trennung als eines von Schweißversagen, Versagen des Grundmaterials des Coupons und Versagen der Wärmeeinflusszone; und Anpassen der Geometrie der Coupons, wenn die Fehler im Grundmaterial der Coupons auftreten, um eine Stelle des Versagens im Grundmaterial der Coupons auf eine Mittellinie der Coupons auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 8, umfassend: Aufzeichnung von Kraft und Auslenkung; und Modellierung der Verbindung anhand der Kraft und der Auslenkung.