DE2309889A1 - Verfahren zur ermittlung der schweissguete bei punktschweissungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Ermittlung der Schweißgüte bei Punktschweißungen Das Verfahren bezieht sich auf eine Methode zur Überwachung der Güte von Punktschweißverbindungen nach deren Herstellung.
• Die Güte einer Punktschweißverbindung kann nach verschiedenen Gesichtspunkten beurteilt werden. Heute wird ühlicherweise die Güte einer Punktschweißverbindung dadurch ermittelt, daß mit Hilfe eines zerstörenden Verfahrens nach dem so. "Ausknöpfen" eines Schweißpunktes die Größe der Schweißlinse gemessen wird. hieraus wird darauf geschlossen, ob die Schweißverbindung die erwartete Festigkeit besitzt oder nicht. Die Methode, mit Hammer und Meißel zwei miteinander verschweißte Bleche zu trennen, um zu ermitteln, ob es sich bei der Schweißverbindung um eine sog. "Klebeschweißung" handelt oder ob die zu verschweißenden Werkstücke in genügend großem Umfange an der Schweißverbindung beteiligt sind, besitzt eindeutig den Nachteil, daß nach Kenntnis der Schweißgüte die Schweißverbindung selber nicht mehr existiert, da sie zerstörend gelöst wurde.
• Außer diesem zerstörenden Prüfverfahren gibt es eine Reihe anderer Versuche, die mutmaßliche Haltbarkeit eines Schweißpunktes zu bestimmen, wobei - beginnend bei der Konstanthaltung aller Schweißparameter bis zu der nachträglichen Überwachung eines Schweißpunktes mit Hilfe eines Ultraschallverfahrens - eine Reihe von Möglichkeiten erprobt wurde. Die Handhabung der Ultraschallverfahren verursachte gewisse Schwierigkeiten, da bei Verwendung der heute üblichen Schallgeber ein sehr definierter Kontakt zwischen dem Schweißpunkt und dem Schallkopf hergestellt werden muß.
• Hierbei muß eine bestimmte Form des Schweißpunktes stets eingehalten werden, um störenue Signale zu vermeiden.
• Außerdem muß bei allen Ultraschallverfahren eine Plüssig keitskopplung zwischen Schallgeber und Prüfteil hergestellt werden.
• Um die geschilderten Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung ein Wirbelstromverfahren angewendet, bei welchem mit einer Spule, die ein Wechselfeld erzeugt, ir, einer vorbestimmten weise wirbelströme in dem zu prüfenden Schweißpunkt hervorgerufen werden, so daß das Volumen der Schweißlinse die Daten der Spule :in der weise beeinflußt, daß aus dem Spulensignal Rückschlüsse auf die Größe der Schweißlinse gezogen werden können. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß zur Erzeugung von Wirbelströmen eine spezielle Frequenz benützt, welche sowohl auf die Größe des zu untersuchenden Schweißpunktes als auch auf die Dicke der verschweißten Gerenstände, z.U. bleche, Rücksicht nimmt. Die bei dieser als optimal ermittelten Frequenz auftretenden Wirbelströme werden mit einen Selektivverstärker verstärkt und einer sog. gesteuerten Gleichrichtung zugeführt. Mit Hilfe der phasengesteuerten Gleichrichtunz wird erfindungsgemäß jener Vektor des Gesamtsignales herausgegriffen.
• der für die Beurteilung der Schweißlinsengröße in erster Linie kennzeichnend ist.
• Die bisher bekanntgewordenen und ebräuchlichen l!irbelstromverfahren nach dem so. Vergleichsprinzip konnten der gestellten Aufgabe aus verschiedenen Gründen nicht gerecht werden, da ein besonderes Phänomen, welches erst in jüngster Zeit festgestellt wurde, unberücksichtigt blieb: Wird abweichend von den herkömmlichen Vorstellungen der Wirbelstromvergleichsmethode vorgegangen, indem zwei Wechselseannungsvektoren, die aus zwei verschiedenen Spulen herrühren, miteinander nach Betrag und Phasenlage verglichen werden, so einen sich in der Regel für die iieurteilung eines bestirjnten Werkstückes einer bestimmten geometrischen Form nur einige wenige Arbeitsfrequenzen zur optimalen Trennung von Unterschieden dieser beiden betrachteten Teile.
• Untersucht man den Freauenzbereich bei dem erfindungseemäßen Veraleichsverfahren auf etwa vorkommende Frequenzoptima hin so kann festzestellt werden daß bei Werkstücken aus eisen und Eisenverbindungen je nach Werkstückdurchmesser, Werkstückform und Spulendimension mehrere Freauenzoptima auftreten. bei welchen die zu untersuchenden Unterschiede besonders hervortreten. Werden aus der Empfängerspule die Signale, welche bei unterschiedlichen werkstückformen oder werkstückeigenschaften aus dem System entnounen werden. verstärkt und mit Hilfe eines Resonanzverstärkers weiter aufbereitet, so gelangt man schließlich zu einer Wechselspannung welche frei von Oberwellen ist und bezogen auf die Taktphase eine bestimmte charakteristische Phasenlage besitzt die für die zu untersuchenden Unterschiede ennzeichnend ist. Je @röber die Unterschiede der zu untersuchenden Schweißpunkte werden, desto stärker wachst auch die Amplitude des gewonnenen Signales bei gleicher Phasenlage Da bisher nicht zu erkennen war, welches die Ursacne für dieses Phänomen ist. wurden die Frequenzen, bei denen solche Eigenschaftsunterschiede der betrachteten Schweißpunkte oder Werkstücke besonders hervortraten, mantels einer anderen Bezeichnung als "Resonanzfrequenzen" angesprochen.
• für die Untersuenuncr von Schweißpunkten bietet sich in erster Linie bei ferritischen Grundwerkstoff eine Aufsatzspule an, die erfindungsgemäß einen Ferrit- oder Eisenkern besitzt, der seinerseits die Erzeugung eines kräftigen Magnetfeldes mit verhältnismäßig geringem Spulenstrom gestattet.
• Die zur erzeugung von Wirbelströmen benutzten Spulen formen können sehr unterschiedlich sein, wobei erfindungsgemäß jenen Spulenformen der Vorzug gegeben wird, die einen intensiven Wirbelstrom im Bereich der Schweißpunkte erzeugen, ohne dabei nennenswerte Wirbelstromverluste in dem den Schweißpunkt umgebenfl den Material hervorzurufen.
• Bei der Verwendung von Betriebsfrequenzen zwischen 500 Hz und 5.000 liz werden erfindungsgemäß Ferritkerne verwendet, bei welchen sich die magnetischen Feldlinien vorwiegend zu der Seite des Schweißpunktes hin schließen, nämlich vom Außenmantel zum Kern hin.
• Ebenso werden erfindungsgemäß auch Ferritstifte verwendet, die, mit einer Wicklung versehen, ein Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche des Schweißpunktes erzeugen und mit einem Metallzylinder versehen sind, der seinerseits den Weg der magnetischen Feldlinien verkürzt und somit auch die Wirkung der dem Schweißpunkt benachbarten Metall- oder Eisenteile vermindert.
• Neben der Verwendung der für bestimmte Schweißpunkte optimal ausgelegten Errezer- und Empfängerspulen wird erfindungsgemäß auch die Höhe der dem SchweißDunkt zugeführten elektromagnetischen Energie begrenzt, um zu vermeiden, daß durch das angelegte magnetische Wechselfeld der zu untersuchende Schweißpunkt im Takt der Betriebsfrequenz in die magnetische Sättigung gebracht wird.
• Ohne die große Zahl der Ausführungsmögli chkeiten nach dem genannten Verfahren zu begrenzen, seien anhand von Beispielen die einzelnen Snulenformen und das Verfahren in Form einiger Prinzipskizzen näher erläutert.
• In Figur 1 wird eine Ausführungsform einer Prüf-oder rießspule dargestellt, welche sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders eignet. In Figur 1 ist mit 1 ein Ferritschalenkern bezeichnet, welcher zwei Wicklungen mit den Bezeichnunzoen 2 und 3 beinhaltet. Der Ferritkern befindet sich in einem Plastikhandtaster 4, welcher zu der Heßseite, also zu der Seite des zu prüfenden Schweißpunktes 5 hin einen bestimmten Abstand besitzt, der in der Regel größer ist als die Tiefe des durch die Schweißelektrode hervorgerufenen Eindruckes in dem zu verschweißenden blech 6, Die durch die Elektrode hervorgerufene Verformunp wird in der Fiaur 1 mit der bezeicnnunq 7 dargestellt.
• Die Verdrahtung zweier gleicher Spulen, wie in Figur 1 dargestellt, wird in der Schaltung in Figur 2 erläutert.
• Dabei sind die Primärseiten der zwei Spulen in Serie geschaltet. Sie werden vom Oszillator 1 gespeist. Die Primärwicklungen besitzen die Bezeichnung 2, wohingegen die Sekundärwicklunen mit der Bezeichnung 3 zum Verstärker 4 führen. Die Sekundärwicklungen sind, wie bei Verrzleichsverfahren üblich, in Gezenreihe veschaltet.
• Aus dem Resonanzverstärker 4 gelangt das von den Empfängerspulen 3 aufgenommene Signal zu einer Dhasengesteuerten Gleichrichtung 5, der ein Referenzsignal aus dem Oszillator über einen Phasenschieber 6 in Form einer Rechteckspannung zugeführt wird. ach der phasengesteuerten Gleichrichtung wird das Signal einem Oszillographen 7, einem Anzeigeinstrument 8 und einem Schwellwertgeber 9 zugeführt. Die Spannung zur Auslenkung des Oszillographenstrahles in der X-Richtun,g wird vom Oszillator 1 geliefert.
• In Figur 3 wird eine andere Ausführungsform einer Meßspule dargestellt, wobei ein Weicheisenkern 1 eine Erregerspule 2 und eine Empfängerspule 3 trägt.
• Der Weicheisenkern ist seinerseits von einem toDflörmigen Abschirmmantel 4 uneben, so daß sich die magnetischen Feldlinien über den Abschirmmantel einerseits und durch das zu untersuchende Werkstück. andererseits schließen können.
• Diese Ausführungsform hat den Vorteil, von benachbarten, den Magnetfluß leitenden Gegenstanden unbeeinflußt zu bleiben. Die Schweißlinse 5 im Werkstück 6 wird bei dieser Ausführung ebenso direkt von den aus dem Kern 1 austretenden Feldlinien 7 durchdrunaen wie dies in Figur 1 der Fall ist.
• Die Spulenkonfiguration, wie sie in Figur 1 dargestellt wird, eignet sich besonders bei der Anwendung von Frequenzen zwischen 500 Hz und 2000 Hz, wohingegen die Spulen gemäß Figur 3 im Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 700 Iiz besser funktionieren. Entscheidend für die Verwendung der in Figur 1 und in Fieur 3 dargestellten Spulen ist die Benutzung eines Selektivverstärkers, wie er in Figur 2 unter der Bezeichnung 4 dargestellt ist.

Claims (6)

1. PATENTANSPRUCHE

   1 Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Güte von Schweißpunkten auf Blechen mit Ililfe eines Wirbelstronvergleichsgerätes, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Schweißpunktgüte Aufsatzspulen Verwendung finden, die eine Primär-und eine Sekundärseite besitzen, wobei die Primärseite von einem sinusförmigen Wechselstrom mit einer für den anstehenden Untersuchungszweck besonders geeigneten Frequenz durchflossen wird, so daß das von der Primärwicklung ausgehende magnetische Wechsel feld in dem Schweißpunkt Wirbelströme erzeugte die ihrerseits Rückwirkungen auf die Heßspule zeitigen, so daß die Spannung in der Sekundärspule des gesamten Tastergebildet nach Phasenlage und Betrag Werte annimmt, welche nach geeigneter Verstärkune in einem Resonanzverstärker mit nachfolgender gesteuerter Gleichrichtung Anzeigegeräte betätigen, deren Anzeieewerte auf die Güte des Schweißpunktes eindeutig schließen lassen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Güte des Schweißpunktes die Wahl der Arbeitsfreouenz von der Stärke der zu verschweißenden Teile, sowie von der Form und Größe der sich ausbildenden Schweißlinse abhängt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Verstärker ein Resonanzverstärker in Form eines Schwingkreisverstarkes oder eines RC-Selektivverstärkers Verwendung findet.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspr;uche, d a d u r c h @ e k e n n z e i c h n e t . daß sic die Ausführungsform der Meßspulen oder Aufsatztaster an der Form, dem Durchmesser und der Größe der Schweißlinse orientiert, wobei bei der Untersuchunz einer ganz bestinuitten Schweißpunktserie bei einer bestimmten Frequenz eine ganz bestimmte masterform zugeordnet wird, so daß durch die Verknüpfung von optimaler Frequenz und günstigster Tasterform das beste Interpretationsergebnis hinsichtlich der Güte der Schweißpunkte erzielt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

   d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aufsatztaster Ferrit- oder Weicheisenkerne besitzen.

   die ihrerseits in einem ganz bestimmten Abstand zu dem zu untersuchenden Schweißpunkt gehalten werden. so daß die Blechverformung, welche anläßlich des Schweißens mitunter hervorgerufen wird, nur einen unbedeutenden Einfluß auf die Instrumentenanzeige zur Folge hat.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mit Hilfe einer gesteuerten Gleichrichtung unter Verwendung einer ganz bestimmten optimalen Frequenz und unter Verwendung von Tastern, die dem zu untersuchenden Schweißpunkt optimal angepaßt sind und mit Hilfe einer phasengesteuerten Gleichrichtung jener Wechselspannunasvektor zur bevorzugten Anzeige gelangt, der über die Güte des Schweißpunktes den größten Informationsinhalt besitzt, wobei gleichzeitig ein deutlicher Unterschied zu den Phasenlagen jener Vektoren auftritt, welche z.B.

   lediglich die reinen Grundwerkstoffeigenschaften kennzeichnen.