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Friday, September 29, 2017, Saal R 2:30 PM Prüftechnik |
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Fertigungsintegrierte zerstörungsfreie Prüfung von stoffschlüssigen Werkstoffverbunden |
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Benjamin Straß* / Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Deutschland Christian Conrad / Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Deutschland Bernd Wolter/ Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Deutschland Hans-Georg Herrmann/ Lehrstuhl für Leichtbausysteme, Universität des Saarlandes, Deutschland |
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Werkstoffverbunde sind aufgrund der stetig steigenden Relevanz ressourcenschonender Leichtbaukonstruktionen von zunehmender Bedeutung. Ein wichtiger Schwerpunkt im modernen Leichtbau ist die Notwendigkeit geeigneter Fügetechniken zur Umsetzung entsprechender Konzepte, wie z.B. Mischbauweisen. Um eine optimale Materialausnutzung und Produktsicherheit sowie eine bestmögliche Produktionseffizienz zu erreichen, sind inline-fähige Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) zur Bewertung von Schweißpunkten bzw. -nähten bereits während (In-Process) oder unmittelbar nach dem Fügeprozess (Post-Process) erforderlich. Hierdurch können Qualitätsschwankungen bereits im Fertigungsablauf erkannt und entsprechende Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die Möglichkeiten der Anwendung von fertigungsintegrierter ZfP an verschiedenen Werkstoffverbunden sowie im Rahmen unterschiedlicher Schweißverfahren. Für Schweißverbindungen sind die klassischen ZfP-Methoden zur Defektoskopie, wie Röntgen und Ultraschall (US) nach wie vor weit verbreitet. Dennoch sind inzwischen schnellere, berührungslose ZfP-Methoden wie Luft-Ultraschall, dynamische Thermografie und spezielle Wirbelstrom-Techniken (WS) verfügbar, um beispielsweise Risse, Hohlräume oder Poren sicher nachweisen zu können. Beim Widerstandspunktschweißen wird die Festigkeit der Verbindung vor allem durch die Abmessungen und die Qualität der sich ausbildendenden Schweißlinsen bestimmt. Vor diesem Hintergrund hat das Fraunhofer IZFP das sogenannte Ultrasonic Weld Monitor (USWM)-Konzept entwickelt, welches eine Echtzeitbewertung des Prozesses durch in die Schweißzangen integrierte US-Wandler ermöglicht. Mit diesem ZfP-System können sowohl der Schweißlinsendurchmesser bestimmt, als auch Aussagen über die Qualität der Schweißpunkte getroffen werden. Zusätzlich können bei ferromagnetischen Fügepartnern die Schweißpunktgröße und auch das Härteprofil in der Fügezone sowie der Wärmeeinflusszone mit der mikromagnetischen 3MA-Technik (Mikromagnetische Multi-parametrische Mikrostruktur- und Spannungs-Analyse) zerstörungsfrei quantitativ bestimmt werden. Im Sinne des Leichtbaugedankens sind beispielsweise das Rührreibschweißen (FSW) oder das Laserschweißen geeignete Verfahren zur Realisierung von maßgeschneiderten Materialverbindungen, auch zwischen artfremden Werkstoffen (z.B. Al/Stahl oder Al/Mg). Hierbei können unter anderem die EMUS-Technik (Elektromagnetischer Ultraschall) oder Schallemissionsmessungen (SE) zur Beurteilung der Verbindungsgüte verwendet werden. Neue innovative Wandler und Mikrofone mit Empfindlichkeiten bis in den MHz-Bereich erlauben eine zuverlässige Detektion von Schweißnahtunregelmäßigkeiten. |