Beschreibung
P 970 – Entwicklung eines thermografischen Verfahrens zur quantitativen Ermittlung des Punktdurchmessers von Widerstandspunktschweißverbindungen für den Einsatz in der Automobilindustrie (DiaTherm)
Im Automobilbau ist das Widerstandspunktschweißen nach wie ein dominierendes Fügeverfahren. Trotz der immensen technologischen und wirtschaftlichen Bedeutung ist dessen Qualitätssicherung noch nicht befriedigend gelöst. Neben der Überwachung der Schweißprozessparameter kommt regelmäßig nur eine zeitraubende und fehlerbehaftete zerstörende Werkstattprüfung zum Einsatz. Eine zerstörungsfreie Prüfung (ZfP), bei welcher das Werkstück nach der Prüfung weiter verwendet werden kann, wird bislang praktisch nur in Form der manuellen Ultraschall-Prüfung durchgeführt. Leistungsfähige thermografische Prüfverfahren bieten ein erhebliches Potenzial, auch für die Qualitätssicherung von Schweißverbindungen eingesetzt zu werden.
Das Ziel des Forschungsprojektes wurde erreicht und es konnte ein robustes thermografisches Prüfverfahren entwickelt werden, welches zerstörungsfrei und berührungslos arbeitet. In der Entwicklung des Verfahrens wurde der Einfluss einer Reihe kritischer Parameter systematisch aufgeklärt. Als besondere Herausforderung hatte sich die unregelmäßige Oberfläche der Punktschweißung dargestellt. Das entwickelte Verfahren kommt jedoch ohne eine bislang meist notwendige zusätzliche Beschichtung aus und funktioniert auch einseitig. Diese herausragenden Eigenschaften konnten durch den Einsatz eines Hochleistungsdiodenlasers und spezieller Auswertungsalgorithmen erreicht werden. Finite-Elemente-Simulationen wurden zur Validierung des experimentellen Ansatzes durchgeführt und haben unter anderem bewiesen, dass dieses neue Verfahren unempfindlich gegenüber Variationen im Elektrodeneindruck ist. Zur Verifizierung des Verfahrens wurde die standardisierte zerstörende Torsionsprüfung verwendet, welche eine unabhängige Ermittlung des Punktdurchmessers und der tatsächlichen mechanischen Belastbarkeit erlaubt. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Thermografie zwar eine sichere Aussage über die Kontaktfläche der geschweißten Bleche aus der transienten Wärmestromfläche erlaubt, diese jedoch nur für einen beschränkten Schweißbereich mit dem üblicherweise ermittelten Punktdurchmesser übereinstimmt. Diese Kontaktfläche konnte als die sogenannte Haftzone bzw. Lötzone identifiziert werden.
Das zweite Ziel des Projektes bestand in der Identifikation defekter Schweißungen mit stark verringerter mechanischer Belastbarkeit. Untersuchungen einer großen Probenserie haben ergeben, dass die thermografische Erkennung von zu kleinen Schweißlinsen möglich ist. Im Falle verzinkter Stahlbleche ist der sogenannte Zinkkleber, bei dem es anstatt zu einer Verschweißung nur zu einer Verlötung ohne mechanische Tragfähigkeit kommt, eine offene Problematik. Mit dem thermografischen Verfahren konnte gezeigt werden, dass die Identifikation solcher Kleber zwar möglich ist, jedoch kann derzeit noch kein sicherer Nachweis erbracht werden.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
F. Jonietz, P. Myrach, M. Ziegler