Zerstörungsfreie Verbindungsbewertung beim Widerstandspunktschweißen mit elektromagnetischen Feldern und Ultraschall

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1 Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Professur Fügetechnik und Montage Zerstörungsfreie Verbindungsbewertung beim Widerstandspunktschweißen mit elektromagnetischen Feldern und Ultraschall Christian Mathiszik, Christoph Großmann, Dr. Jörg Zschetzsche, Prof. Uwe Füssel TU Dresden Duisburg,

2 0 Gliederung 1 Überblick 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren 4 Zusammenfassung Professur für Fügetechnik und Montage Folie 2

3 1 ÜBERBLICK Professur für Fügetechnik und Montage Folie 3

4 1 Überblick Problematik Verdeckter Linsendurchmesser beim Widerstandspunktschweißen Stichprobenartige, zerstörende Prüfung der Bauteile Derzeitige Qualitätsprüfung Hohe Prüfkosten & viel Schrott Ökonomisch & ökologisch nicht nachhaltig Lösung Prozessbegleitende zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) Professur für Fügetechnik und Montage Folie 4

5 2 PROZESSPARALLELES PRÜFEN MIT ULTRASCHALL Professur für Fügetechnik und Montage Folie 5

6 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Ultraschallsystem 4.0 Basierend auf dem Bosch Rexroth Ultraschallsystem PSQ 6000 Unterschiede zur konventionellen Ultraschallprüfung Basiert auf Transversalwellen Prozessintegriert Keine Koppelflüssigkeit Funktionsweise Signifikante Dämpfung der Schallwellen Professur für Fügetechnik und Montage Folie 6

7 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Ultraschallsystem Pulser 2 Piezoansteuerung 3 US-Sender 4 US-Empfänger 5 Empfänger 6 Messrechner 7 Schaltschrank mit Messtechnik Professur für Fügetechnik und Montage Folie 7

8 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall - TM-Kurve - Strom /ka - Kraft /kn A: gleiche akustische Impedanzen zwischen Kupfer und Stahl B: flüssige Schmelzlinse C: feste Schweißlinse D: vor Beginn der Stromflusszeit Professur für Fügetechnik und Montage Folie 8

9 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Kenngrößen der Transmissionskurve t Max.lok X WP N USP X N USP t Max.lok C A - B A - B Nullstelle der Ausgleichsgeraden Lage des lokalen Maximums Absolutes Maximum Signaleinbruch S Mittlere Transmission D Professur für Fügetechnik und Montage Folie 9

10 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Kenngrößen der Transmissionskurve Signaleinbruch Mittlere Transmission Professur für Fügetechnik und Montage Folie 10

11 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Simulation der Schallwellen A B Professur für Fügetechnik und Montage Folie 11

12 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Simulation der Schallwellen A B Professur für Fügetechnik und Montage Folie 12

13 2 Prozessparalleles Prüfen mit Ultraschall Simulation der Schallwellen A B A: gleiche akustische Impedanzen zwischen Kupfer und Stahl B: flüssige Schmelzlinse Professur für Fügetechnik und Montage Folie 13

14 3 PRÜFEN MIT MAGNETISCHEN VERFAHREN Professur für Fügetechnik und Montage Folie 14

15 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren Ferromagnetismus B /T ferromagnetisch (Eisen, Nickel) paramagnetisch (Aluminium, Luft) Vakuum diamagnetisch (Kupfer, Wasser) H /A/m Curie-Temperatur T c Eisen 769 C Kobalt 1127 C Nickel 358 C Quelle: supermagnete.com ( ) Professur für Fügetechnik und Montage Folie 15

16 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren Remanenz Aufbau Spule auf Elektrode oder Schaft Stromversorgung für Spule Schnittstelle mit Schweißsteuerung Funktionsweise Magnetisierung der Fügestelle Material über Curie-Temperatur bleibt unbeeinflusst Messergebnisse Restmagnetisierung detektierbar z.b. mittels Hall-Sensoren nach Kulikov/Bolotov Professur für Fügetechnik und Montage Folie 16

17 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren Remanenz Aufbau Spule auf Elektrode oder Schaft Stromversorgung für Spule Schnittstelle mit Schweißsteuerung Funktionsweise Magnetisierung der Fügestelle Material über Curie-Temperatur bleibt unbeeinflusst Messergebnisse Restmagnetisierung detektierbar z.b. mittels Hall-Sensoren nach Kulikov/Bolotov Professur für Fügetechnik und Montage Folie 17

18 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren Remanenz Aufbau Spule auf Elektrode oder Schaft Stromversorgung für Spule Schnittstelle mit Schweißsteuerung Funktionsweise Magnetisierung der Fügestelle Material über Curie-Temperatur bleibt unbeeinflusst Messergebnisse Restmagnetisierung detektierbar z.b. mittels Hall-Sensoren Bisher nicht in die Anwendung umgesetzt nach Kulikov/Bolotov Professur für Fügetechnik und Montage Folie 18

19 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren Anordnung der Magnetisierungsspulen einseitig beidseitig Notwendige mag. Feldstärke 5 A/mm (Blechoberfläche) nach Kulikov/Bolotov Professur für Fügetechnik und Montage Folie 19

20 3 Prüfen mit magnetischen Verfahren Ziel des Forschungsvorhabens 100% Prüfung in vorrangig kleinen und mittleren Serien Vorteile des Systems gezielt ausnutzen: Einfacher Aufbau Kostengünstiges System Prozessintegriert Professur für Fügetechnik und Montage Folie 20

21 4 Zusammenfassung Zusammenfassung Möglichkeiten der ZfP beim Widerstandspunktschweißen sind noch lange nicht ausgeschöpft ZfP mit Ultraschall zeigt Korrelationen zwischen ausgewählten Kenngrößen der Transmissionskurve Signaleinbruch S und Mittlere Transmission D ZfP mit Magnetfeldern nutzt die Werkstoffeigenschaften und zeigt hohes Potential Professur für Fügetechnik und Montage Folie 21

22 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT IGF-Vorhaben Nr.: BR Projektlaufzeit: 12/ /2014 Kontakt: Christian Mathiszik TU Dresden, IF, FTM Tel.: 0351/ Professur für Fügetechnik und Montage Folie 22