TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.5
Ultrahang-frekvenciás vizsgálati módszerek a gépjárműiparban Tárgyszavak: ultrahang-frekvenciás vizsgálatok; hegesztett kötések vizsgálata; ragasztott kötések vizsgálata.
A korszerű gépjárműiparban megjelent új konstrukciótípusok és korszerű kötési módszerek új, vagy megfelelően módosított ellenőrzési eljárásokat és berendezéseket igényelnek a közlekedés biztonsága érdekében. A járműkarosszéria-gyártásban különböző kötési módszerek bevezetésére került sor. Ilyenek például a hegesztés, a lézersugaras vonalhegesztés, az aktív védőgázas huzalhegesztés és a ragasztott kötések technológiája. Az ilyen kötéstípusok vizsgálatára különleges ultrahang-frekvenciás eljárásokat fejlesztettek ki. Ez a tevékenység még folyamatban van; különleges szondákat, rendszereket és szoftvereket dolgoznak ki. Ponthegesztett kötések A ponthegesztett kötés számítógéppel segített ellenőrzése magas színvonalra emelkedett és csaknem valamennyi gépjárműgyártó cég alkalmazza is. Az eljárás elvi megoldását mutatja az 1. ábra. A jó minőségű ponthegesztett kötés esetében az 1. ábrán feltüntetett visszhang-jelsorozatot kapjuk (az ábra „1” jelű, felső jelalakja). A durvaszemcsés anyag csillapító hatása következtében a visszhangjel amplitúdója gyorsan csökken. Ha a hegesztett pont túl kicsi, a visszhang-impulzussorozaton belül közbenső impulzusok jelennek meg, mivel a hangfrekvenciás sugártér átmérője nagyobb, mint a pontkötés átmérője (1. ábra „2” eset). Ha a varratkötés átlátszó a hangsugárzás szempontjából („3” eset), a hangsugárzás kisebb csillapítása miatt hosszabb impulzussorozat jelenik meg. Végül, amennyiben egyáltalán nincs kötés, akkor csupán az első lemezről kapunk visszhangsorozatot (1. ábra „4” eset).
1. ábra A ponthegesztett kötés ellenőrzésének elve
Lézersugaras vonalhegesztés A lézersugaras átlapolt vonalhegesztett kötés (például ilyen a gépkocsik tetőcsatornája) a 2. ábrának megfelelően vizsgálható. Az „E” emittáló szonda irányított hullámokat gerjeszt a lemezen és a hegesztett varraton („L”) keresztül. Megfelelő kötésminőség esetén az ultrahangfrekvenciás jelet az „R” detektor érzékeli.
2. ábra Az ellenőrzés vázlata
Az első vizsgálatok esetében szokványos, szög alatt érintkező, áramló vízzel csatolt szondákat használtak. Az utólagos festés miatt azonban a csatolás céljából nem szabad semmiféle folyadékot alkalmazni. Ezért olyan görgős szondát dolgoztak ki, amely száraz csatolást tesz lehetővé. A készülék részei: − görgős szonda, − rugós szondatartó, amely lehetővé teszi, hogy a görgő kövesse a vizsgált felület geometriai változásait, − megvezetőrendszer, amely biztosítja, hogy a szondák teljes hosszában megfelelően kövessék a lézersugárral hegesztett varratot, végül − helyzetdekódoló. A vizsgálat számítógéppel segítve végezhető el. A számítógép fogadja az ultrahang-frekvenciás rendszer által kibocsátott hangamplitúdó-értékeket, valamint a helyzet-dekódolótól származó helyzetadatokat. Megfelelő szoftver irányítja az ellenőrzési folyamatot és végzi a dokumentációt. Ezzel az átvilágításos ultrahang-frekvenciás módszerrel nem lehet a hegesztett varrat egészen kis méretű hibáit kimutatni, azonban több gépjárműgyártó vállalatnál a gyakorlati ellenőrzés bebizonyította, hogy minden súlyos „átmenő” hegesztési hiba reprodukálhatóan kimutatható. Védőgázas hegesztés A gépkocsi-karosszériák különböző elemeinek kötését MIG (védőgázas), fémleolvadásos, vagy MAG (aktív gázas, huzalelektródos) hegesztési módszerrel állítják elő. A geometriai viszonyok legtöbb esetben az ultrahangfrekvenciás impulzus módszer egyik változatának az alkalmazását sem teszik lehetővé. Ezért erre a célra kidolgozták a 3. ábrán bemutatott, ultrahangfrekvenciás átvilágításos eljárást. sugárzó, emittáló szonda
detektáló szonda
3. ábra A MAG vagy MIG hegesztett kötések ellenőrző vizsgálata
Ebben az esetben a különleges szondarendszer sugárzó, „emitter” eleme három olyan átalakítóból áll, amelyek három különböző irányba gerjesztik a hangfrekvenciás sugárnyalábokat. A hanghullámok áthatolnak a lemezeken és a hegesztett varraton. Ezeket mint irányított hullámokat lehet érzékelni a másik oldalon, egy másik detektor (pl. K2MNE) segítségével. Az ellenőrzési folyamat leegyszerűsítése érdekében a sugárzó szonda négy mágneses lábbal van ellátva, amelyek automatikusan rögzítik helyzetét a fémtárgyon. Védőgázas hegesztési eljárást alkalmaznak például ajtópántok, ülésrögzítő kengyelek és több más alkatrész kötéséhez. Valamennyi esetben a nagy ultrahang-amplitúdó jó minőségű kötésre utalt. Amikor a kötés hibás volt, csökkent az amplitúdó. Ragasztott kötések A gépkocsi- és repülőgépiparban egyre több ragasztott kötést használnak. Mind fémlemezek, mind acél, műanyag és üveg kombinált kötések létesítésére alkalmazzák a ragasztást. Erre mutat példát a 4. ábra. Két összeragasztott 1 mm-es acéllemez vizsgálatát végezték el.
víz
1. lemez ragasztóanyag 2. lemez
4. ábra Ragasztott költések ellenőrzése A vizsgálatra elvileg két lehetőség kínálkozik: 1. Ha viszonylag nagy hangfrekvenciás módszerrel dolgoznak (pl. 20 MHz), akkor az első lemezből jó visszhangimpulzusokat lehet kapni, amit erősen csillapít a ragasztóanyag, ha a kötés jó minőségű. Rossz ragasztási minőség, vagy a ragasztóanyag hiánya esetében nincs visszhangcsillapítás. Ennek következtében hosszú lesz a visszavert impulzussorozat. A módszer hátránya, hogy csupán az acéllemez és a ragasztóanyag közötti első határfelület vizsgálatára van lehetőség, mivel a nagyfrekvenciás hang nem lép kölcsönhatásba a ragasztóanyaggal.
időjel (10–12 µs)
a teljesítmény frekvencia szerinti eloszlása (0–5 MHz tartományban) fp
= 3,26 MHz
fc
= 3,26 MHz
BB = 8,4%
f, MHz
5. ábra Jó ragasztott kötés (a jelalakok jellege) fp = csúcsfrekvencia; fc = középfrekvencia; BB = sávszélesség
időjel (10–12 µs)
a teljesítmény frekvencia szerinti eloszlása (1–5 MHz) fp
= 0,41 MHz
fc
= 0,45 MHz
BB = 80,5%
f, MHz
6. ábra Rossz ragasztott kötés (a jelalakok jellege) fp = csúcsfrekvencia; fc = középfrekvencia; BB = sávszélesség
2. Ha kisebb frekvenciát, például 2 MHz-et használunk, akkor ugyan megfigyelhető a ragasztóanyaggal létesült kölcsönhatás, azonban nincs lehetőség az időtartományban felbontott visszavert jel érzékelésére. Erre az esetre a frekvenciatartományban végzett spektrumelemzés használatát javasolják. Így például az 5. és 6. ábrák a lemez és a ragasztóanyag közötti határfelület visszavert jeleit mutatják. Az A kaput a ragasztóanyag interferenciájára állították. A kapu időtartománya a bal felső oldalon, a frekvenciaspektrum a jobb oldalon látható. Világosan kivehető az 5. és 6. ábrából, hogy a különböző ragasztóanyagminőségek különböző interferencia-struktúrát eredményeznek az időtartományban, ami könnyen értékelhető a frekvenciaspektrumban. (Dr. Barna Györgyné) Roye, W.: Methods of ultrasonic inspection in the automobile industry. = Insight, 44. k. 1. sz. 2002. p. 10–12. Cho, Y.; Kim, Y.; Rhee, S.: Development of a quality estimation model using multivariate analysis during resistance spot welding. = Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 215. k. B11. 2001. sz. p. 529–538.
