DE69304817T2 - Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötstelle - Google Patents

Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötstelle

Info

Publication number
DE69304817T2
DE69304817T2 DE1993604817 DE69304817T DE69304817T2 DE 69304817 T2 DE69304817 T2 DE 69304817T2 DE 1993604817 DE1993604817 DE 1993604817 DE 69304817 T DE69304817 T DE 69304817T DE 69304817 T2 DE69304817 T2 DE 69304817T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solder joint
solder
seam
noise level
destructive testing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1993604817
Other languages
English (en)
Other versions
DE69304817D1 (de
Inventor
Jean-Pierre Breugnot
Catherine Galerne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Group SAS
Original Assignee
Airbus Group SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Group SAS filed Critical Airbus Group SAS
Publication of DE69304817D1 publication Critical patent/DE69304817D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69304817T2 publication Critical patent/DE69304817T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/28Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/725Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables by using magneto-acoustical effects or the Barkhausen effect

Landscapes

  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötstelle.
  • Zur Verbindung zahlreicher Elemente und insbesondere auf vielen Anwendungsgebieten, auf denen Qualität und Zuverlässigkeit der Verbindung mit größtmöglicher Sicherheit gewährleistet werden müssen, wird gewöhnlich die Löttechnik angewendet.
  • Zu den Parametern, die bei der Prüfung der Qualität einer Lötstelle zu berücksichtigen sind, gehören die Parameter des metallurgischen Gefüges der Lötstelle und der gelöteten Werkstoffe, insbesondere das mikrokristalline Gefüge, und die sich auf Geometrie und Abmessungen der Lötnaht beziehenden Parameter.
  • Diese Parameter für Geometrie und Abmessungen müssen vor allem beim Laser- oder Elektronenstrahllöten, durch das eine Lötnaht von sehr geringer Querbreite erzielt werden kann, mit größtmöglicher Genauigkeit beherrscht werden. So drückt sich selbst eine sehr geringe Querverschiebung einer schmalen Lötnaht gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene in einer eindeutig unzureichenden Verbindung der beiden Teile aus, so daß sich eine vorzeitige Bruchgefahr der Verbindung ergibt. Außerdem ist es wünschenswert, durch eine zerstörungsfreie Prüfung nachweisen zu können, daß die Einbrandtiefe der Lötnaht längs der Lötstelle etwa konstant ist.
  • Zur Prüfung von Lötverbindungen wurden bereits verschiedene zerstörungsfreie Prüfverfahren vorgeschlagen.
  • Aus dem amerikanischen Patent US-A-3 341 771 ist bereits ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung der Qualität einer Lötstelle bekannt, das darin besteht, daß die zu prüfenden Werkstoffe, auf deren Oberfläche sich ein magnetischer Informationsträger befindet, magnetisiert werden, dieser magnetische Träger, der ein Magnetogramm, d.h. die Information über den qualitativen Zustand des zu prüfenden Werkstoffs, aufgezeichnet hat, dann entfernt wird, der magnetische Träger in einen Magnetogrammleser gebracht wird, in dem dicht an der Oberfläche des magnetischen Informationsträgers ein Sensor angebracht ist, und diese gegeneinander verschoben werden. Die Information wird erfaßt und anschließend in elektrische Signale umgewandelt, aus denen sich der qualitative Zustand des zu prüfenden Werkstoffs beurteilen läßt.
  • Mit diesem Verfahren und der Vorrichtung zu seiner Anwendung kann nur festgestellt werden, daß der zu prüfende Werkstoff einen Fehler aufweist, ohne daß dessen räumliche Merkmale (Tiefe der Stelle, Gestalt, Ausdehnung, relative Anordnung) ermittelt werden. Außerdem sind die Mittel für die Anwendung dieses zerstörungsfreien Verfahrens besonders umfangreich.
  • Aus dem amerikanischen Patent US-A-4 303 883 ist ebenfalls ein Gerät zur Erfassung der Lage des Mittelpunkts einer Lötnaht bekannt. Mit dem Gerät wird das Grundmetall mit Hilfe eines Wechselkraftflusses zur Durchdringung der Lötnaht des Grundmetalls magnetisiert und die sich durch die Lötnaht ergebende Ableitung des Magnetflusses mit Hilfe von mindestens einem Detektor erfaßt, der ein Wechselstromsignal abgibt.
  • Die Grundschwingung des verwendeten Magnetisierungssignals wird aus dem Wechselstromsignal eliminiert und die Spannung des erhaltenen Signals mit einer festen Periode, die der Magnetisierungsperiode entspricht, abgetastet, wobei die Lage des Mittelpunkts der Lötnaht aus den Abtastergebnissen bestimmt wird. Dieses Gerät hat einen verhältnismäßig komplexen Aufbau, da mindestens eine Magnetisierungswicklung und mindestens ein Flußdetektorelement erforderlich sind, die zueinander positioniert und in eine Vorrichtung integriert sein müssen, die so aufgebaut ist, daß sie die wirksame Prüfung einer Lötnaht ermöglicht. Zudem ist mit einem Gerät dieser Art keine direkte, einfache Darstellung der Lage der Lötnaht und natürlich auch kein Erhalt einer Information über die Einbrandtiefe der Lötnaht möglich.
  • Außerdem wird im amerikanischen Patent US-A-3 588 683 ein zerstörungsfreies Prüfverfahren einer Lötnaht mit Hilfe einer Sonde beschrieben, die zu einer Ausrüstung gehört, bei der der Barkhausen- Effekt (magnetoelastisches Verfahren) genutzt wird, wobei das Ziel des Verfahrens darin besteht, bestimmte geometrische Parameter und/oder Abmessungen der Lötnaht, wie insbesondere die Lage der Lötnaht gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene oder die Konstanz der Einbrändtiefe der Lötnaht, zu bestimmen.
  • In der letzten Druckschrift wird zur Anwendung des Verfahrens eine spezielle Mehrfachsonde mit einer Vielzahl von Detektoren angewendet, die quer zur Lötnaht angeordnet sind. Eine derartige Sonde muß zwar speziell hergestellt werden, ist aber nicht in der Lage, die zu bestimmenden Parameter mit Genauigkeit anzugeben.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der genannten Verfahren und Vorrichtungen zu beseitigen.
  • Dazu ist das zerstörungsfreie Prüfverfahren der oben genannten Art, bei der der Barkhausen-Effekt genutzt wird, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde mindestens einen Teil der Lötnaht in Querrichtung abtastet, wobei der Abtastweg nacheinander längs eines Grundmetallabschnitts, der ersten thermisch beanspruchten Zone, der Schmelzzone, der zweiten thermisch beanspruchten Zone und eines Grundmetallabschnitts verläuft, dadurch, daß die beiden aufeinanderfolgenden Maximalwerte des Barkhausen- Geräuschpegels, die etwa den beiden thermisch beanspruchten Zonen entsprechen, bestimmt werden, und dadurch, daß der Minimalwert, durch den der Geräuschpegel zwischen diesen beiden Maximalwerten verläuft, bestimmt wird, wobei dieser Minimaiwert etwa der Positionierung der Sonde rechtwinklig zur Mittelachse der Lötnaht entspricht.
  • So kann dank dieser Erfindung eine übliche Sonde mit einem einzigen Detektor verwendet werden, so daß die eingesetzte Vorrichtung sehr einfach und wenig umfangreich ist und genaue visuelle Darstellungen, die später digital verarbeitet werden können, geometrische Parameter und Abmessungen der Lötnaht erhalten werden können. Insbesondere ermöglicht diese die Bestimmung der exakten Lage der Mittelachse der Lötnaht. Mit Hilfe dieser Erfindung kann durch eine einfache Querabtastung beispielsweise mit anschließender Ablesung der Kurve, die den Barkhausen-Geräuschpegel in Abhängigkeit von der Querlage der Sonde veranschaulicht, die Querverschiebung oder der Querversatz der Mittelachse der Lötnaht gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene bestimmt werden.
  • Natürlich ist es möglich, die Querabtastung an verschiedenen Stellen längs der Lötnaht mehrmals zu wiederholen, um die richtige Ausrichtung der Mittelachse der Lötnaht gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene längs der Lötstelle zu prüfen.
  • Nach einem anderen Aspekt der Erfindung besteht das Verfahren darin, daß mindestens eine Längsabtastung der Lötnaht parallel zu deren Mittelachse durchgeführt wird.
  • Um zu prüfen, ob die Einbrandtiefe der Lötnaht längs der Lötstelle konstant ist, kann die Längsabtastung etwa rechtwinklig zur theoretischen Lötverbindungsebene erfolgen und aus der Analyse der Änderungen des Barkhausen-Geräuschs eine Änderung der Einbrandtiefe der Lötnaht abgeleitet werden, wobei sich der Wert des Barkhausen-Geräuschpegels etwa in Abhängigkeit von der Änderung der Einbrandtiefe ändert.
  • Dadurch kann mit der Erfindung sehr schnell eine Änderung der Einbrandtiefe der Lötnaht durch einfaches Ablesen der Kurve sichtbar gemacht werden, die den Barkhausen-Geräuschpegel in Abhängigkeit vom Querweg der Detektorsonde veranschaulicht, wobei eine allmähliche Verringerung der Einbrandtiefe zum Beispiel durch eine Neigung der Geraden für den Mittelwert des aufgezeichneten Barkhausen-Geräuschs veranschaulicht wird.
  • Nach einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nacheinander eine Reihe von Längsabtastungen von parallel zur theoretischen Lötverbindungsebene verlaufenden Linien durchgeführt, der Mittelwert des Barkhausen-Geräuschpegels, der bei jeder Abtastung aufgezeichnet wurde, berechnet und die beiden Maximalwerte dieser Mittel und der Minimalwert des Mittels, der einer Abtastlinie zwischen den beiden Linien für die beiden Maximalwerte entspricht, wobei die dem Minimalwert zugeordnete Linie etwa der Mittelachse der Lötnaht entspricht, bestimmt.
  • Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren werden ähnliche Elemente mit identischen Bezugsnummern bezeichnet.
  • Figur 1 veranschaulicht schematisch im Querschnitt die Verbindung von zwei Teilen durch eine Lötnaht, die korrekt gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene angebracht ist.
  • Figur 2 ist eine Ansicht ähnlich Figur 1, die einen Querversatz der Lötnaht gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene veranschaulicht.
  • Figur 3 veranschaulicht schematisch eine Anlage zur Anwendung des erfindungsgemäßen zerstörungsfreien Prüfverfahrens.
  • Figur 4 ist eine Grafik, deren Kurve dem Barkhausen-Geräuschpegel in Abhängigkeit vom Abtastweg des Dektetors bei einer Querabtastung einer korrekt ausgerichteten Lötnaht entspricht.
  • Figur 5 ist eine Grafik, deren Kurve den Wert des Barkhausen-Geräuschs in Abhängigkeit von der Längsabtastung einer Lötnaht darstellt, deren Einbrandtiefe etwa konstant ist.
  • Figur 6 ist eine Grafik, deren drei Kurven die Ergebnisse von drei aufeinanderfolgenden Querabtastungen der Lötnaht darstellen, die zuvor zur Aufstellung der Kurve von Figur 5 in Längsrichtung abgetastet wurde, und die die Querverschiebung der Lötnaht gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene veranschaulichen.
  • Die Figuren 7 und 8 sind Kurven, die die Änderung des Barkhausen- Geräuschpegels bei der Prüfung einer Lötnaht durch Längsabtastung veranschaulichen, deren Einbrandtiefe nicht konstant ist.
  • Die Figuren 9A bis 9J zeigen die Aufzeichnungskurven des Barkhausen-Geräuschpegels bei aufeinanderfolgenden Längsabtastungen einer Verbindung nach parallelen Linien mit gleichem Abstand gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene.
  • Das Barkhausen-Verfahren oder magnetoelastische Verfahren beruht auf einem 1919 von Professor Barkhausen entdeckten Phänomen.
  • Magnetoelastische Werkstoffe bestehen aus kleinen magnetischen Zonen, die winzigen Magneten ähneln und als Domänen bezeichnet werden. Jede Domäne wird nach einer bestimmten natürlichen kristallographischen Magnetisierungsrichtung magnetisiert. Die Domänen sind voneinander durch Grenzen, die als Domänenwände oder Bloch-Wände bezeichnet werden, getrennt. Die angelegten Magnetfelder bewirken eine Hin- und Herverschiebung der Domänenwände. Zur Verschiebung einer Wand müssen die Abmessungen der Domäne auf der einen Seite der Wand größer werden, während sie auf der anderen Seite kleiner werden müssen. Daraus ergibt sich eine globale Änderung der Magnetisierung im betrachteten Prüfkörper. Wenn bei der Verschiebung der Domänenwände eine Induktionsspule in die Nähe des Prüfkörpers gebracht wird, erzeugt die sich ergebende Änderung der Magnetisierung in der Spule einen elektrischen Impuls.
  • Professor Barkhausen hat nachgewiesen, daß die Magnetisierungsdomäne, die durch eine Hysteresekurve gekennzeichnet wird, nicht kontinuierlich ist, sondern in Form einer Folge kurzer plötzlicher Impulse auftritt, die durch die Bewegung der Domänenwände infolge eines angelegten Magnetfeldes verursacht werden. Wenn die durch alle Bewegungen der Domänen erzeugten elektrischen Impulse addiert werden, entsteht ein "geräuschartiges" Signal, das als "Barkhausen-Geräusch" bezeichnet wird. Das Barkhausen-Geräusch hat ein Leistungsspektrum, das sich in den meisten Werkstoffen von der Magnetisierungsfrequenz bis 250 kHz erstreckt. Es wird exponentiell in Abhängigkeit von der Entfernung gedämpft, in der es in den Werkstoff eindringen muß. Diese Dämpfung entspricht der Meßtiefe.
  • Die Hauptfaktoren, durch die diese Tiefe bestimmt wird, sind der Frequenzbereich des Signals des analysierten Geräuschs, die Leitfähigkeit und die Permeabilität des untersuchten Werkstoffs. Praktisch liegt die Tiefe zwischen 0,01 und 2 mm.
  • Die Stärke des Barkhausen-Geräuschs wird durch zwei wesentliche Merkmale der Werkstoffe beeinflußt:
  • - das erste sind Vorhandensein und Verteilung elastischer Beanspruchungen, durch die beeinflußt wird, wie die Domänen ihre Magnetisierungsrichtung auswählen, und wie sie damit gekoppelt werden. Aus der magnetoelastischen Wechselwirkung in Werkstoffen mit einer positiven magnetischen Anisotropie (Eisen, die meisten Stähle, Kobalt) ergibt sich, daß die Stärke des Barkhausen-Geräuschs durch Druckbeanspruchungen verringert wird, während sie durch Spannungen erhöht wird;
  • - das zweite wesentliche Merkmal ist das mikrokristalline metallurgische Gefüge des Werkstoffs. Dieses Phänomen kann mit Hilfe der Härten beschrieben werden. Der Geräuschpegel nimmt in Mikrogefügen mit zunehmenden Härten ab, während er im entgegengesetzten Fall zunimmt. Der Barkhausen-Effekt ist also zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen geeignet. Die gegenwärtig bekannten Hauptanwendungsgebiete sind die Untersuchung von Oberflächenfehlern, der Nachweis von Brandflecken beim Schleifen, von entfestigten Stellen, Randeffekten bei der Wärmebehandlung, entkohlten Zonen, Korngrößenbestimmung, Faserverlauf sowie die Messung des Kohlenstoffgehalts.
  • Eine Möglichkeit, sich eingehender mit der Theorie des Barkhausen- Effekts und seinen bekannten Anwendungen für zerstörungsfreie Prüfungen vertraut zu machen, bietet zum Beispiel die Veröffentlichung NTIAC-79-2 (MATZKANIN, BEISSNER, TELLER) des Southwest Research Institute, San Antonio, Texas von Oktober 1979.
  • Überraschenderweise beschränken sich die Anwendungen des Barkhausen-Effekts bei den zerstörungsfreien Prüfverfahren von Lötstellen bislang auf die Bestimmung des Werts der Restspannungen oder von kristallographischen Gefügeveränderungen in Lötstellen.
  • Dazu kann zum Beispiel auf das Dokument "Magnetoelastic Barkhausen Noise Method for Testing of Residual Stresses" von Tiitto, American Stress Technologies, Inc. verwiesen werden.
  • Die Erfindung ermöglicht die ursprüngliche Anwendung des magnetoelastischen Verfahrens zur Bestimmung von Geometrie und Abmessungen der Lötstellen.
  • In den Figuren 1 und 2 wurde die Verbindung von zwei etwa koplanaren Platten 10 und 12 veranschaulicht, die in Querrichtung über zwei einander gegenüberliegende ebene Längsseiten, die eine theoretische Lötverbindungsebene PJT beschreiben, aufeinanderliegen (siehe Figur 2).
  • Nach einer bekannten Technik wird die Verbindung durch Laserstrahl löten hergestellt.
  • Wenn der Lötvorgang, wie in Figur 1 dargestellt, korrekt ausgeführt wird, ergibt sich eine Lötnaht 14, deren Mittelachse AM mit der theoretischen Verbindungsebene PJT zusammenfällt und deren Einbrandtiefe p, die der Tiefe entspricht, die zum Erhalt einer einwandfreien Verbindung der beiden Platten 10 und 12 erwünscht ist, auf der gesamten Länge der Lötstelle konstant sein muß.
  • Im Beispiäl von Figur 2 wurde die Lötstelle 14 nicht korrekt ausgeführt, und zwischen der Mittelachse AM und der theoretischen Verbindungsebene PJT besteht eine Querverschiebung oder ein Querversatz d. So führt zum Beispiel ein Querversatz von 0,3 mm zu einem am Ansatz beginnenden Verbindungsfehler von etwa 50 % der Lötdicke, so daß die Gefahr eines vorzeitigen Bruchs der Verbindung groß ist.
  • Es ist also besonders wichtig, daß die richtige Lage der Lötnaht 14 gegenüber der theoretischen Lötverbindung PJT vor allem bei den sehr feinen Laserstrahllötstellen, bei denen die Breite der Lötnaht an der Oberfläche zum Beispiel 1 mm beträgt, geprüft werden kann.
  • Das Schema von Figur 3 zeigt eine Sonde oder Detektor 18, die mit einer magnetoelastischen Vorrichtung 20 verbunden ist, die Signale abgtbt, die für das Barkhausen-Geräusch repräsentativ sind, und die in Teil 22 einer elektronischen Analyse- und Verarbeitungseinheit 24 verarbeitet werden, welche zum Beispiel über einen Computer 26 auch einen Modul 28 zur Steuerung der triaxialen orthogonalen Bewegungen der Sonde 18 und/oder der Bewegung des Werkstücks steuert, an dem sich die zu prüfende Lötnaht 14 befindet.
  • Die Vorrichtung 20 ist zum Beispiel ein Gerät "Rollscan 200-1-H", das mit einer Sonde "S1-163" verbunden ist, die von der Firma American Stress Technologies, Inc. vertrieben wird.
  • Im Beispiel von Figur 3 ist das zu prüfende Werkstück zylindrisch und kann um seine Achse um einen Winkel α in Drehung versetzt werden.
  • An der Kurve von Figur 4 ist zu sehen, daß sich der Barkhausen-Geräuschpegel B bei der Querabtastung T einer Lötnaht von einem unteren Wert für das Grundmetall MB rasch auf ein erstes Maximum Maxl erhöht, das einer ersten, thermisch durch die Lötstelle ZAT1 beanspruchten Zone entspricht, dann schnell bis zu einem Minimum Min abnimmt, das der Mittelachse der Schmelzzone ZF der Lötnaht entspricht, dann erneut auf ein zweites Maximum Max2 ansteigt, das der zweiten thermisch beanspruchten Zone ZAT2 entspricht, und schließlich erneut auf den unteren Wert für den Grundwerkstoff MB abfällt.
  • Wenn die Lötverbindung einwandfrei ausgeführt wurde, stimmt das Minimum mit der Lage der theoretischen Lötverbindungsebene PJT überein.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 ein erstes Beispiel zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • Die Kurven der Figuren 5 und 6 beziehen sich auf einen Versuch an einem kreisrunden Prüfling mit einer Dicke von 1,7 mm aus EZ2 NKD 18, an dem durch Elektronenstrahllöten eine Lötnaht mit einer annähernd konstanten Einbrandtiefe, die jedoch quer um 0,5 mm gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene verschoben ist, angebracht wurde.
  • Die Kurve von Figur 5 zeigt, daß der Mittelwert Bm des Barkhausen- Geräuschs B über die gesamte Längsabtastung L von Naht 14 des Prüflings etwa konstant ist, wobei der Prüfling über einen Winkelbereich von 360º um seine Achse in Drehung versetzt wurde.
  • Die gestrichelten Linien P1, P2 und P3 veranschaulichen die drei Längspositionen, an denen drei Querabtastungen der Lötnaht durchgeführt wurden, deren Ergebnisse in Figur 6 in Form von drei Aufzeichnungskurven des Barkhausen-Geräuschs C1, C2, C3 veranschaulicht sind.
  • In Figur 6 wurde auch die Lage der theoretischen Lötverbindungsebene PJT gegenüber der Querabtastung T der Lötnaht dargestellt.
  • Wie festzustellen ist, ist die für die drei Stellen P1, P2 und P3 gemessene Lage des Minimums Min, das etwa der Mittelachse der Lötnaht entspricht, um einen Querabstand gegenüber der Ebene PJT verschoben.
  • Die Anwendung des Barkhausen-Verfahrens für das erfindungsgemäße zerstörungsfreie Prüfverfahren gibt so die Möglichkeit, die Verschiebung durch einfache Aufzeichnung einer Kurve, die den Barkhausen-Geräuschpegel in Abhängigkeit vom Abtastweg veranschaulicht oder darstellt, auf sehr einfache Weise sichtbar zu machen und zu messen. Im veranschaulichten Beispiel beträgt die Verschiebung - bei einer tatsächlichen Verschiebung von 0,5 mm - 0,4 mm.
  • Zur direkten Berechnung des Wertes der Verschiebung ist es natürlich möglich, eine automatische digitale Analyse und Verarbeitung des Barkhausen-Geräuschs vorzusehen.
  • Jetzt wird unter Bezugnahme auf die Figuren 7 und 8 ein Beispiel für die Prüfung der Konstanz der Einbrandtiefe der Lötnaht beschrieben.
  • Dazu wurde ein Versuch an einem zylindrischen Prüfling von 2 mm Dicke aus EZ2 NKD 18 durchgeführt, der unter 1720 mPa behandelt wurde und an dem ohne Verbindungsebene durch Laserstrahliöten mit einer angezeigten Stärke von 47 mA mit einem CO&sub2;-Laser von 2 kW und einer Brennweite von 127 mm eine Schmelzlinie angebracht wurde.
  • Infolge eines unvorhergesehenen Laserdefekts, der in einer Linsenverformung durch falsche Kühlung bestand, hat die Einbrandtiefe der Lötnaht über die gesamte Länge der Naht abgenommen Wie an der Oberfläche zu sehen ist, ist die Breite der Naht jedoch konstant, obwohl eine allmähliche Abnahme der Schmelzzone und der thermisch beanspruchten Zone zu verzeichnen ist.
  • Figur 7 veranschaulicht den Wert des Barkhausen-Geräuschs, das bei einer Längsabtastung längs der Schmelzlinie etwa 1,5 mm von der Mitte der geschmolzenen Zone entfernt aufgezeichnet wurde. Es ist eine allmähliche Änderung des mittleren Barkhausen-Geräuschpegels längs der Schmelzlinie festzustellen, die durch die Neigung der Geraden D für den Mittelwert des Barkhausen-Geräuschs verdeutlicht werden kann.
  • Durch einfache Sichtbarmachung des Geräuschpegels längs der Lötnaht kann so direkt eine Änderung der Einbrandtiefe angezeigt werden.
  • Die Kurve von Figur 8 veranschaulicht die gleiche Aufzeichnung wie Figur 7, die symmetrisch auf der anderen Seite der Schmelzzone im gleichen Abstand vorgenommen wurde.
  • Die Figuren 7 und 8 sind Veranschaulichungen in Form von Kurven, die sich nach der digitalen Analyse der Signale des Barkhausen-Geräuschs ergeben haben. Eine Analogdarstellung in Form einer farbigen Aufzeichnung der Barkhausen-Geräuschpegel ist jedoch auch möglich.
  • Jetzt wird an einem Beispiel die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor allem zur Bestimmung des Versuchsabstands von der theoretischen Verbindungsebene beschrieben
  • Die in den Figuren 9A bis 9J gezeigten Kurven entsprechen Aufzeichnungen des Barkhausen-Geräuschpegels bei aufeinanderfolgenden Längsabtastungen nach parallelen Abtastlinien, deren Abstand in Querrichtung zueinander gleichbleibend 0,2 mm beträgt.
  • Figur 9A entspricht einer Abtastung bei 0,8 mm von der theoretischen Verbindungsebene, während Figur 9J somit einer Abtastung bei 2,6 mm von der theoretischen Verbindungsebene auf ein und derselben Seite der Verbindungsebene entspricht.
  • Es ist festzustellen, daß der Mittelwert des Barkhausen-Geräuschpegels über ein Maximum von Figur 9C verläuft, dann mit zunehmendem Abstand von der theoretischen Verbindungsebene allmählich abnimmt und schließlich entsprechend Figur 9I und 9J ein etwa konstantes Minimum erreicht.
  • Bei den zerstörungsfreien Prüfungen durch Längsabtastung der Lötnaht ist es also sehr wichtig, daß die Sonde gegenüber der theoretischen Verbindungsebene richtig positioniert ist.
  • Es ist auch möglich, die Lage der Mittelachse der Lötnaht durch eine Reihe paralleler Längsabtastungen beiderseits der Naht zu bestimmen.
  • Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ist es also möglich, durch Anwendung des magnetoelastischen Verfahrens zuverlässige und exakte Informationen über Geometrie und Abmessungen der Lötnähte zu erhalten, die mit den Verfahren oder Vorrichtungen nach dem Stand der Technik einfach und wirtschaftlich nicht erhalten werden konnten.

Claims (5)

1. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötnaht (14) mit Hilfe einer Sonde (18), die zu einer Vorrichtung (20) gehört,
durch die der Barkhausen-Effekt genutzt wird, wobei das Verfahren dazu dient, bestimmte geometrische Parameter und/oder Abmessungen der Lötnaht zu bestimmen, wie vor allem die Lage (d) der Lötnaht (14) gegenüber der theoretischen Lötverbindungsebene (PJT) oder die Konstanz der Einbrandtiefe (p) der Lötnaht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (18) eine Querabtastung mindestens eines Teils der Lötnaht (14) durchführt, wobei der Abtastweg nacheinander längs eines Abschnitts des Grundmetalls (MB), der ersten thermisch beanspruchten Zone (ZAT1), der Schmelzzone (ZF) der zweiten thermisch beanspruchten Zone (ZAT2) und eines Abschnitts des Grundmetalls (MB) verläuft, dadurch, daß die beiden aufeinanderfolgenden Maximalwerte (Max1, Max2) des Barkhausen-Geräuschpegels, die etwa den beiden thermisch beanspruchten Zonen (ZAT1, ZAT2) entsprechen, bestimmt werden und dadurch, daß der Minimalwert (Min) bestimmt wird, durch den der Geräuschpegel zwischen diesen beiden Maximalwerten (Max1, Max2) verläuft, wobei dieser Minimalwert etwa der Positionierung der Sonde (18) rechtwinklig zur Mittelachse (AM) der Lötnaht (14) entspricht.
2. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querabtastung an verschiedenen Stellen (P1, P2, P3) längs der Lötnaht (14) mehrmals wiederholt wird.
3. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens eine Längsabtastung der Lötnaht parallel zur Mittelachse der Lötnaht erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabtastung etwa rechtwinklig zur theoretischen Lötverbindungsebene erfolgt, dann aus der Analyse der Änderungen des Barkhausen-Geräuschs eine Änderung der Einbrandtiefe (p) der Lötnaht abgeleitet wird, wobei sich der Wert des Barkhausen-Geräuschpegels in Abhängigkeit vom Wert der Einbrandt iefe ändert.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander eine Reihe von Längsabtastungen entsprechend parallelen Linien durchgeführt, das Mittel des bei jeder Abtastung aufgezeichneten Geräuschpegels berechnet und die beiden Maximaiwerte dieser Mittel und der Minimalwert des Mittels, der einer Abtastlinie zwischen den beiden Linien der beiden Maximalwerte entspricht, bestimmt werden, wobei die Linie für den Minimalwert etwa der Mittelachse der Lötnaht entspricht.
DE1993604817 1992-06-26 1993-06-10 Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötstelle Expired - Fee Related DE69304817T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9207920A FR2692977B1 (fr) 1992-06-26 1992-06-26 Procede de controle non destructif d'une soudure.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69304817D1 DE69304817D1 (de) 1996-10-24
DE69304817T2 true DE69304817T2 (de) 1997-01-23

Family

ID=9431270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1993604817 Expired - Fee Related DE69304817T2 (de) 1992-06-26 1993-06-10 Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötstelle

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0576322B1 (de)
DE (1) DE69304817T2 (de)
ES (1) ES2093381T3 (de)
FR (1) FR2692977B1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617025A (en) * 1994-10-19 1997-04-01 Syron Engineering & Manufacturing Corporation Side part sensor for determining the presence or absence of a nut and a hole disposed adjacent the nut
US6133731A (en) * 1996-11-07 2000-10-17 Case Technologies Ltd. Method and apparatus for the on-line measurement of the strength of metal cables
IL119579A (en) * 1996-11-07 2000-06-01 Case Technologies Ltd Method and apparatus for the on-line measurement of the strength of metal cables
CN106643465B (zh) * 2016-12-28 2019-01-29 宁波市鄞州磁泰电子科技有限公司 一种焊缝熔深检测方法
CN112179259B (zh) * 2020-09-21 2022-01-28 合肥工业大学 一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3588683A (en) * 1968-04-11 1971-06-28 Gulf Coast Pipe Inspectors Inc Method and apparatus for nondestructive testing of ferromagnetic articles,to determine the location,orientation and depth of defects in such articles utilizing the barkhausen effect
SU761899A1 (ru) * 1977-12-23 1980-09-07 Otdel Fiz Nerazrusha Kontr Устройство для контроля структуры ферромагнитных материалов / „на основе эффекта баркгаузена
JPS5514145A (en) * 1978-07-17 1980-01-31 Nippon Kokan Kk <Nkk> Weld seam center determining method
SU954866A1 (ru) * 1980-10-08 1982-08-30 Центральный Научно-Исследовательский Институт Материалов И Технологии Тяжелого И Транспортного Машиностроения "Цниитяжмаш" Способ магнитошумового контрол
SU1123803A1 (ru) * 1983-06-03 1984-11-15 Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Способ регулировани глубины проплавлени при автоматической аргонодуговой сварке неплав щимс электродом без присадочной проволоки

Also Published As

Publication number Publication date
FR2692977B1 (fr) 1996-12-06
FR2692977A1 (fr) 1993-12-31
DE69304817D1 (de) 1996-10-24
EP0576322A1 (de) 1993-12-29
EP0576322B1 (de) 1996-09-18
ES2093381T3 (es) 1996-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3022078A1 (de) Wirbelstrom-pruefgeraet
DE68908337T2 (de) Drehmomentmessfühler.
DE2928899C2 (de) Vorrichtung zur Bestimmung von Größe und Richtung der seitlichen Abweichung eines Prüfkopfes von der Mittellinie einer Schweißnaht
EP0100009B1 (de) Vorrichtung zum zerstörungsfreien Messen der Einhärtetiefe von Werkstoffen
EP1723409B1 (de) Vorrichtung zur zerstörungsfreien erfassung von tiefen-defekten in elektrisch leitenden materialien
DE1473696A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur statischen und dynamischen Materialpruefung mittels magnetischer Rueckkopplung
DE102008020194A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren von oberflächennahen Defekten mittels Streuflussmessung
DE1473522A1 (de) Wirbelstrom-Pruefanordnung fuer ferromagnetische Werkstuecke
DE2025807C3 (de) Vorrichtung zur zerstörungsfreien Untersuchung von magnetischen Werkstücken mit kreisförmigem Querschnitt auf Risse
DE69404650T2 (de) Spannungsmessung
DE68913183T2 (de) Methode zur Rissprüfung in Knüppeln.
DE4118407A1 (de) Wirbelstromsensor fuer ferromagnetische materialien
DE3001885A1 (de) Pruefgeraet zur zerstoerungsfreien materialpruefung auf fehlerstellen
DE2735214C2 (de) Meßkopf zum kontinuierlichen Messen der magnetischen Eigenschaften eines sich bewegenden Materialbandes
DE3240480A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur zerstoerungsfreien materialpruefung mittels magnetischer streuflussmessung unter anwendung einer diagonal-quer-magnetisierung
DE69123797T2 (de) Magnetischer fehlstellendetektor für dünne stahlbänder
DE1811079A1 (de) Anordnung zur zerstoerungsfreien Pruefung eines Werkstueckes
DE10297360B4 (de) Zerstörungsfreie Prüfvorrichtung und zerstörungsfreies Prüfverfahren
DE10045715A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines Werkstücks mittels Wirbelströmen
EP0160922A2 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstücken oder Bauteilen mit Ultraschall und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE69304817T2 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung einer Lötstelle
DE2951532A1 (de) Geraet zur messung geometrischer merkmale von mechanischen werkstuecken
EP1642116B1 (de) Verfahren zur charakterisierung von werkstücken aus elektrisch leitfähigen materialien
EP2056104B1 (de) Verfahren zum Bestimmen geometrischer Eigenschaften einer Anomalie in einem Werkstück sowie Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE2146422B2 (de) Einrichtung zum mittigen Einstellen eines Gerätes auf die Schweißnaht endlos geschweißter Metallrohre

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee