Mi.1.C - Schweißen & Fügen / 08.05.2013H.-G. Herrmann, F. Schubert |
Mi.1.C.1
09:00
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Thermographieuntersuchung an Muffenverbindungssystemen von Kunststoffmantelrohren
M. Pfeiffer, J. Finnberg, J. Ridzewski, IMA Dresden
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In der Fernwärmetechnik werden nach dem derzeitigen Stand der Technik Kunststoffmantelrohre im Rohr...
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In der Fernwärmetechnik werden nach dem derzeitigen Stand der Technik Kunststoffmantelrohre im Rohrleitungsnetz eingesetzt. Das Materialverbundsystem Kunststoffmantelrohr besteht aus einem Medienrohr aus Stahl, einer Isolierungsschicht aus Polyurethan und einem Kunststoffmantel aus Polyethylen. Die Muffenverbindung hat die Funktionen der Wärmeisolierung des Bereiches des Medienrohres, in dem zwei Kunststoffmantelrohre zusammengefügt worden sind. Zusätzlich wird durch den PE-Mantel und spezifischer Dichtsysteme der Muffenverbindung vermieden, dass Luftsauerstoff und Wasser in den PUR-Schaum bzw. im schlechtesten Fall zum Medienrohr vordringen kann.
Es gibt derzeit keine Untersuchungsmethoden, die die Fertigungsqualität und damit die Produkteigenschaft der Muffenverbindung nach der Montage charakterisieren kann. Bisher wurden die Bauteileigenschaften der Muffenverbindung im ausgebauten Zustand und aufgetretene Schadensfälle infolge Bauteilversagen grundsätzlich durch zerstörende Prüfverfahren untersucht. Eine Qualitätskontrolle direkt nach dem Einbau und während der Einsatzdauer wäre sinnvoll, um Verarbeitungs- und Materialfehler im Anfangsstadium sowie Schädigungen während der Einsatzdauer zu analysieren und damit unvorhergesehene Ausfälle des Bauteils zu vermeiden.
In einer Machbarkeitsstudie der IMA GmbH Dresden konnte gezeigt werden, dass zerstörungsfreie Untersuchungen am Bauteil Muffenverbindung grundsätzlich möglich sind. Das Bauteil kann damit hinsichtlich seines Aufbaus und deren ordnungsgemäßen Verarbeitung charakterisiert werden. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurde die zerstörungsfreie Untersuchung an Muffenverbindungen weitergeführt, mit dem Ziel der Verifizierung des zerstörungsfreien Prüfverfahrens Thermographie/Lock-In Thermografie zur Untersuchung von Muffenverbindungssystemen. Dabei wurden Muffen untersucht, in denen typische Montage- und Materialfehler gezielt eingebracht sind. Die damit verbundene Erprobung geeigneter Prüfmodi und Evaluierung verschiedener Prüfbedingungen ist mit Hinblick auf die Charakterisierung der Klebeverbindungen der Muffenverbindung erfolgt. Es wurden Analyserandbedingungen definiert, um die Nutzung der Prüfmethode im Feldversuch vorzubereiten. In einer weiterführenden Betrachtung anderer zerstörungsfreier Prüfverfahren ist deren Umsetzbarkeit zu untersuchen. Dieses Projekt wird aus Mitteln des Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) finanziert.
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Mi.1.C.2
09:20
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Thermografische Lasernahtprüfung von Mehrblech-Verbindungen im Automobil-Karosseriebau
G. Mahler, InfraTec, Dresden
Kurzfassung:
Mit fortschreitender Entwicklung leistungsfähiger Infrarot-Gerätetechnik konnte die zerstörungsfrei...
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Mit fortschreitender Entwicklung leistungsfähiger Infrarot-Gerätetechnik konnte die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißverbindungen als praktisches Anwendungsgebiet für die Wärmefluss-Thermografie erschlossen werden und hat erfolgreich in den Automobil-Karosseriebau Einzug gehalten. Neben hersteller- bzw. typenspezifisch unterschiedlichen Schweißverfahren wie Widerstands-Punktschweißen und Laserschweißen ist dabei selbst innerhalb eines zu prüfenden Bauteils eine zunehmende Vielfalt von Verbindungsgeometrien, Blechdicken sowie Materialien abzudecken. Eine dafür ausgelegte Thermografie-Prüfeinrichtung muss demnach durchgängig - von der Anregungsquelle über die Kameratechnik bis hin zur Auswertungsalgorithmik - eine dementsprechende Flexibilität und Anpassungsfähigkeit aufweisen.
Im Beitrag wird ein modulares robotergestütztes Doppel-Thermografieprüfsystem mit Blitzanregung vorgestellt, dessen Konzept die Anwendung der Wärmeflussthermografie in wahlweise transmissiver oder reflexiver Komponenten-Anordnung erlaubt und somit auch jenen Teil der Schweißverbindungen an einer Karosserie für die automatische Prüfung zugänglich macht, welcher bisher bei Beschränkung auf eine der beiden Anordnungen jeweils nicht geprüft werden konnte.
Die Kombination verschiedenartiger Materialien mit unterschiedlichen Emissions- bzw. Wärmeübertragungseigenschaften innerhalb einer Karosserie stellt erhöhte Anforderungen an die Robustheit der verwendeten Algorithmen zur Ermittlung der Anbindungsqualität.
Darüber hinaus verlangen die in verschiedenen Blechdicken ausgeführten 2- und 3-Blech-Verbindungen leistungsfähige Anregungsquellen, welche wiederum speziell in der reflexiven Anordnung eine möglichst geringe Eigenerwärmung für ein Minimum an reflektierter Störstrahlung aufweisen sollen. Erreicht wird dies mit einer luftgekühlten Ringblitz-Anordnung, die eine durchgängige Prüfsequenz in der minimalen Blitzfolgezeit des Blitzgenerators von wenigen Sekunden erlaubt.
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Mi.1.C.3
09:40
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Anwendung der induktionsangeregten Thermografie für die Qualitätsbewertung von Fügeverbindungen
C. Srajbr, A. Dillenz, edevis, Stuttgart
K. Dilger, TU Braunschweig
Kurzfassung:
Der steigende Werkstoffmix moderner Fahrzeugstrukturen erfordert eine zunehmende Anzahl qualitäts- ...
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Der steigende Werkstoffmix moderner Fahrzeugstrukturen erfordert eine zunehmende Anzahl qualitäts- und sicherheitsrelevanter Fügeverbindungen. Hier sind neben einer Weiterentwicklung der Fügetechniken auch neue Ansätze zur Qualitätssicherung der Fügeprozesse gefragt. Die Induktionsthermografie bietet sich als Prüflösung für eine Qualitätsbewertung dieser Fertigungsverfahren im Produktionsumfeld an, da sich metallische Fügepartner mit einem hohen Wirkungsgrad erwärmen lassen und gleichzeitig eine berührungslose Wirkungsweise vorliegt. Es können luftgekühlte Induktionsgeneratoren sowie passiv gekühlte, gekapselte und einfach wechselbare Induktoren verwendet werden, mit denen gezielt die Fügeverbindung erwärmt werden kann. Durch die Verwendung der Puls-Phasen-Technik können zudem die Prüfzeiten niedrig gehalten und präzise zu bewertende Phasenbilder erzeugt werden.
Die Induktionsthermografie wird bei der Prüfung von Fügeverbindungen - im Gegensatz zu der verbreiteten Rissdetektion - als Wärmeflussthermografie verwendet. Das Prüfprinzip beruht auf einer pulsförmigen Erwärmung eines der Fügeteile in deren Folge sich ein instationärer Wärmetransport im Kontaktbereich der Fügepartner ausbildet. Geometrische Abweichungen oder Fehlstellen der Fügeverbindung führen zu Änderungen des Wärmeflusses, die wiederum mittels lokaler transienter Änderungen der Oberflächentemperatur detektiert werden können. Es können so auch thermografisch ungünstige Klebverbindungen unterschiedlichster Klebstoff- und Fügeteilarten, mechanische Fügeverbindungen sowie Schweißverbindungen geprüft und hier fertigungsrelevante Fehlstellen detektiert werden. Durch eine Anpassung der Induktoren auf die gezielte homogene Erwärmung des Prüfbereichs kann die Fehlstellendetektion optimiert werden. Zudem können auch schwierige Prüfprobleme durch weiterentwickelte Anordnungen von Induktor zu Prüfkörper und/oder Induktorgeometrien gelöst werden.
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Mi.1.C.4
10:00
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Neue Ansätze zur Überwachung und Optimierung des Rührreibschweißens mit ZFP
C. Conrad, B. Wolter, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
G. Dobmann, Saarbrücken
Kurzfassung:
Das Rührreibschweißen (friction stir welding, FSW) weist gegenüber den klassischen Schmelzschweißve...
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Das Rührreibschweißen (friction stir welding, FSW) weist gegenüber den klassischen Schmelzschweißverfahren eine Reihe von Vorteilen auf, weshalb sich vermehrt Anwendungen dieses wärmearmen Fügeverfahrens in der Industrie finden. Mit der zunehmenden industriellen Verbreitung steigt auch der Bedarf an geeigneten, qualitätssichernden Maßnahmen. Hierzu zählt der Einsatz von mit ZFP zum Nachweis von Schweißnahtunregelmäßigkeiten. Neben den konventionellen Unregelmäßigkeiten, die in gleicher oder ähnlicher Form auch bei den klassischen Schmelzschweißverfahren auftreten, kommt es beim Rührreibschweißen zu verfahrenstypischen Unregelmäßigkeiten, die bisher weder bzgl. ihrer Auswirkungen auf die Belastbarkeit der Schweißverbindung noch bzgl. der Möglichkeiten ihres zerstörungsfreien Nachweises umfassend beschrieben sind. Hierzu zählen das kollabierte Schweiß-Nugget und die Anhäufung von oberflächennahen Riefen und Blasen. Besonders kritisch sind langgezogene Schlauchporen und sogenannte Oxidbänder. Schlauchporen entstehen hier anders als bei Schmelzschweißverfahren nicht durch Ausgasungen, sondern sind das Ergebnis ungeeigneter Einstellungen der Prozessparameter. Oxidbänder sind Reste der ursprünglich auf den Bauteiloberflächen haftenden Oxid- / Hydroxidschicht, die während der Schweißung in die Naht eingerührt wurden. Beide Fehlerarten können die statische und besonders die dynamische Belastbarkeit der Schweißverbindung dramatisch schwächen. FSW ist in besonderer Weise geeignet, Mischverbunde zwischen verschiedenen Materialien (Al, Mg, Stahl und neuerdings auch CFK) herzustellen. Hieraus ergeben sich neue Aufgaben für die ZFP, wie die Charakterisierung der Durchmischung der Materialien beider Fügepartner.
Am IZFP wurden verschiedene Verfahren der Wirbelstrom-, Ultraschall- und Röntgenprüfung zur Bestimmung dieser verfahrenstypischen Qualitätsmerkmale wie zum Beispiel Schlauchporen, lack of penetration und lack of fusion eingesetzt und entsprechend den besonderen Anforderungen des FSW weiterentwickelt. Die Fehler sollen aber nicht nur im Post-Prozess detektiert, sondern bereits ihre Entstehung erkannt und im günstigsten Fall durch Einleitung geeigneter Korrekturmaßnahmen sogar vermieden werden. Hierfür wurden am IZFP geeignete In-Prozess-Verfahren entwickelt, sowie Methoden zur Prozessoptimierung.
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