A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.5
A gépkocsiipar fejlődése új roncsolásmentes vizsgálati eljárásokat hív életre Tárgyszavak: roncsolásmentes vizsgálat; hegesztésvizsgálat; keménységmérés; ultrahangos vizsgálat, gépkocsiipar.
A gépkocsiiparban megjelenő mind újabb követelmények (nagyobb biztonsági – szavatossági követelmények, szigorúbb környezetvédelmi szabályok, a járműben utazók kényelmével és törés esetén is elfogadható biztonságával kapcsolatos igények, az élesedő verseny, könnyebb szerkezeti kialakítás, új anyagok és kötőanyagok megjelenése stb.) rendkívül gyorsan változtatják, bővítik a minőségvizsgálati eljárások, köztük a roncsolásmentes vizsgálatok körét, az általuk és a velük szemben támasztott követelményeket. A folyamatban levő változási irányok – úgy tűnik – a külső beszerzések szűkülése felé mutatnak, mert nem igazolódott a megtakarítás mértéke, információhiány alakul ki, és minőségi problémák állnak elő. Jelenleg a „minőségbe és biztonságba fektetett beruházás” a divat (ill. igény); a termékfelelősségi ügyek mindinkább rendkívül költséges viszszahívási akciókba és egyéb kellemetlen kényszerintézkedésekbe torkollanak.
Új anyagok, kötési technikák, minőségkövetelmények A gépkocsik felszereltségének bővítése iránti igények mindenképpen a járművek tömegének és ezzel együtt a fogyasztásának növekedéséhez vezetnek, amit már csak úgy lehet ellensúlyozni, hogy a szerkezeti elemeket könnyebb anyagokból alakítják ki. Így mindinkább előtérbe kerül a műanyagok és könnyűfémek használata, azzal együtt pedig új
rögzítési, kötési eljárások alkalmazása. Természetesen előtérbe került nagyszilárdságú acélötvözetek alkalmazása is. A változó eljárásokhoz, anyagokhoz, gyártási körülményekhez a méréstechnikának, a vizsgálati módszereknek, a (minőség- és ellenőrzési) szabványoknak is alkalmazkodniuk kell.
Öntött gépalkatrészek többféle eljáráson alapuló vizsgálata Az öntvényekben előforduló hibák (beszívódás, üregesség, zárványok) észlelésére legcélszerűbb a termelési folyamatba beépülő automatikus vizsgálati eljárásokat alkalmazni, többféle eljárást kombinálva. Például gépkocsimotor-forgattyúházak vizsgálatakor a röntgensugárzásos vizsgálattal 2 mm vagy nagyobb méretű üregeket lehet általában kimutatni. 1 mm körüli üregek észlelésére ultrahanggal végzett vizsgálattal van esély, miközben az anyagszerkezetre utaló jelek is keletkeznek. Ezért pl. elfogadható eljárás a ház külső csapágyblokkjainak röntgenvizsgálata, a belső csapágyblokkoknál ultrahangos vizsgálattal kiegészítve (korszerű üzemben mindkettő automatikus).
Nagy élettartamú vezérműtengelyek („bütykös tengelyek”) A vezértengelyek felületének nemesítése, hőkezelése különösen meghatározó az alkatrész élettartama szempontjából (pl. nitridálással elérhető felületi felkeményedés révén). Az ilyen kezelés eredményét ellenőrizni kell keménységvizsgálattal. Tekintettel annak fontosságára, hogy a kopást a lehető legnagyobb mértékben sikerüljön csökkenteni, a keménységméréskor (a befogástól) keletkező bemélyedések elkerülése érdekében különleges tartóberendezést készítettek, amelyen elhelyezhető az alkalmas „ultrahangos kontakt impedancia” (ultrasonic-contact impedance, UCI) keménységmérő. A bütykös tengelyt három mágneses hatású „V”-támasztékra helyezik, amelyek a próbadarabot szilárdan tartják; annak helyzetét lazítógomb és csúszka segítségével lehet igen nagy pontossággal beállítani. A tartószerkezet nemcsak a próbadarabok pontos elhelyezését, hanem a gyors cseréjüket is lehetővé teszi. Az UCI eljárással is a Vickers gyémánttű adott terhelés hatására bekövetkező (parányi) benyomódásának mértéke alapján határozzák meg az anyag keménységét, de a benyomódást nem a megszokott optikai módszerrel mérik. A módszer gyakorlatilag roncsolásmentesnek tekinthető. A ver-
senyautókhoz készülő valamennyi vezértengelyt a gyártók ilyen eljárással vizsgálják. Innovatív alternatíva a „szúrótesten keresztül vizsgáló” (throughindenter viewing) keménységvizsgáló, amely ugyancsak Vickers-eljárással mérő, hordozható készülék. CCD kamerát magába foglaló optikai rendszere lehetővé teszi a „gyémánton keresztüli” vizsgálatot (vagyis a készülék a gyémánton át „látja”, figyeli meg közvetlenül a benyomódást).
Ellenálláshegesztett nagyszilárdságú acél ultrahangos vizsgálata Kétfázisú és más nagyszilárdságú acél munkadarabok ponthegesztésekor más gyártmányokhoz hasonlítva gyakrabban fordul elő gázos, porózus szerkezet. Régebben a vizsgáló személy határozta meg az ultrahangjelek alapján, hogy milyen mértékben megengedhető a hiba, és mikor selejt a hegesztett darab. Ma már az adott célra fejlesztett különleges szoftver támogatja a hasonló döntéseket. A kezelő szakértelme alapján el is utasíthatja a szoftver minősítő ajánlását. A szoftvert folyamatosan fejlesztik, betanítják újabb és újabb jelenségek értékelésére, és így egyre inkább automatikussá válhat a selejtezés. Az ilyen rendszer akkor válik valóban jól használható „roncsolásmentes” berendezéssé, ha vizsgálati eredményeit rendszeresen ellenőrzik (roncsolásos vizsgálatokkal is), és korrelációs összefüggéseket határoznak meg a mérési eredmények és a munkadarabok valódi használhatósága között, mert így lehet az eljárás megbízhatóságát a megfelelő színvonalra emelni. A gépkocsiiparban talán az ellenállás-hegesztés (ponthegesztés) az a hegesztési mód, amit leginkább ultrahanggal ellenőriznek. Ennek legfontossabb oka a roncsolásmentesség és a hegesztés méreteinek meghatározhatósága. A ponthegesztések osztályozáskor „elfogadható”, „a normálisnál kisebb méret”, ill. „hibás” kategóriák szokásosak. Az impulzusvisszhang elvén alapuló ultrahangos eljárásban az öszszehegesztett fémlemezekhez megválasztott méretű jelátalakítót alkalmaznak, a kapott visszhangjeleket pedig ismert hegesztésről kapott jelekhez hasonlítják. Amikor az ultrahang áthalad a hegesztésen, visszavert jel is keletkezik. Ennek megjelenített képe az „A-scan” (A-pásztázás) jelzi az anyag (ill. hegesztés) állapotát. Ha a jelátalakítóból jövő ultrahang-nyaláb kisebb mint a kötés területe, az első visszhang a hegesztési folt vastagságát jellemzi. Tipikusan az első visszhangot (a hátsó falról visszaverődő
hangot) használják az ultrahangos készülék erősítésének beállítására, ismert jó hegesztéssel végezve.
a)
b)
1
1 2
2 3
3 1 1
3
3
3
3
3 3 3
3
1. ábra Eltérő halkulási mértéket mutató „A-pásztázások” a) vastag hegesztési göb, b) vékony hegesztési göb A fémömledékből álló hegesztett „göb” mikroszerkezete durvább mint az ötvözetet adó fémé, ezért a nugáton erősebben szóródik az ultrahang, vagyis ezeken a helyeken az elhalkulás nagyobb mértékű az anyag vastagságával is fokozódó mértékben (1. ábra). A vékonyabb nugát pereméről „közbenső” (intermediate) visszhang verődik vissza a hátsófali visszaverődés révén (2. ábra). Az ilyen jel „méret alatti” hegesztést mutat. Ugyancsak közbenső visszaverődések képződnek a gázzárványokon, a nugáton belüli porozitáson is (3. ábra). Ezek a zárványok azért is okoznak külön értékelési problémákat, mert összetéveszthetők a méreten aluli hegesztésekkel. A nagyszilárdságú acélok különösen hajlamosak arra, hogy hegesztéskor pórusossá váljanak, ezért finomabb vizsgálati és értékelési eljárásokat igényelnek. Itt jelentős szerepet kap a vizsgálókészüléket kezelő személy hozzáértése, tapasztalata. Ugyanezért fontos e területen a speciális értékelő szoftver használata, amely az „A-scan” visszhang értékelésekor már nem igényel különleges képzettséget a kezelő személytől. A szoftver használatával lehetőség nyílik az automatikus dokumentálásra, felügyeleti tervek készítésére, ami jelentős időmegtakarítással járhat.
2. ábra „Méreten aluli” hegesztés
3. ábra Visszhangjelek gázzárványból
Gázos porozitás nagyszilárdságú acél mintákban – vizsgálati eredmények A szoftver adatainak beállítása céljából úgy hegesztettek össze nagyszilárdságú acél lemezeket, hogy maga az eljárás hajlamosítson gázpórusok kialakulására. Az elkészített darabokat porozitás szempontjából digitális röntgeneljárással ellenőrizték. Ezután a már ismert hibákról felvett ultrahangképek alapján elvégezték a szoftver kalibrálását. Így az alkalmassá vált a hibás részek keresésére, ponthegesztés automatikus kiértékelésére. A rugalmas algoritmusoknak köszönhetően megfelelően kalibrált szoftver megkülönbözteti a „méreten aluli” hegesztésekből és porozitásból eredő „közbenső” visszhangokat, és érzékenyebbé válik a hibákra, csökkenti a téves selejtezések arányát. A jövőben várhatóan mindennapi gyakorlattá válik a szoftver alapú értékelés, más új anyagok ultrahangos vizsgálata esetén is. Összeállította: Cserhalmi Ferenc Buschke, P.; Schappacher, W.: Trends in the automotive industry steer new NDT applications. = Insight, 48. k. 9. sz. 2006. p. 532–536. Yella, S.; Dougherty, M. S.; Gupta, N. K.: Artifical intelligence techniques for the automatic interpretation of data from non-destructive testing. = Insight, 48. k. 1. sz. 2006. p. 10–20.
