DE2655415A1

DE2655415A1 - Verfahren und vorrichtung zur stoerungsfreien werkstoffpruefung, insbesondere beim widerstandschweissen

Info

Publication number: DE2655415A1
Application number: DE19762655415
Authority: DE
Inventors: Mikio Inada; Takio Okuda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1975-12-08
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1977-07-07
Also published as: DE2655415B2; DE2655415C3; FR2334461B1; GB1523818A; US4099045A; FR2334461A1; JPS552582B2; JPS5269683A

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel 2655415

Möhlstraße 37

Mitsubishi Denki D-8000 München 80

Kabushiki Kaisha Tel, 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid Tokio - Japan

- 7. Dez, 1976

Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, insbesondere beim Widerstandschweißen

Die Erfindung betrifft ein während des FertigungsVorgangs durchführbares zerstörungsfreies Prüfverfahren unter Benutzung von Ultraschallwellen für die Prüfung von nach dem Widerstandsschweißverfahren hergestellten Schweißpunkten bzw. -stellen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Bisher erfolgte die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung von Punktschweißungen mittels eines Ultraschall-Reflektometers ireflectorscope) üblicherweise in einem von der Punktschweißstraße getrennten Verfahrensschritt. Bei einem solchen RefHektometer wird dessen Sonde an der zu untersuchenden Schweißstelle angebracht, deren Schweißzustand durch Beobachtung einer entsprechenden Wellenform einer Mehrfachreflexion auf einer Braunschen Röhre bestimmt wird. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, daß die Prüfung viel Zeit in Anspruch nimmt, während die Prüfergebnisse von Prüfer zu Prüfer unterschiedlich sein können, weil die Prüfung nicht quantitativ erfolgt.

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Unter den bisher üblichen Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung von Schweißstellen mittels Ultraschallwellen, und zwar unterbrechnungfrei im Verlauf des Verfahrens bzw. Schweißvorgangs j ist auch ein sogenanntes Übertragungsverfahren bekannt, bei dem ein übertragender Ultraschallschwinger an einer von zwei Elektroderjmontiert ist, zwischen welche die Schweißteile eingefügt sind, während an der anderen Elektrode ein empfangender Ultraschallschwinger angebracht ist, so daß die Ultraschallwelle vom sendenden Schwinger durch die zu schweißenden Teile hindurch zum empfangenden Schwinger übertragen wird. Dabei dient eine Braunsche Röhre zur Beobachtung einer Änderung der Übertragungsgröße der Ultraschallwelle. Das Übertragungsverfahren führte zu einer weitgehenden Verkürzung der Untersuchungszeit und zu einer beträchtlichen Verbesserung der Prüfzuverlässigkeit, doch ist dieses Verfahren bezüglich der Verwendung der beiden, als Sender und Empfänger dienenden Schwinger nachteilig.

Weiterhin sind Schwinger-Reflexionsverfahren bekannt, bei denen ein Sender- und ein Empfänger-Ultraschallschwinger an einer von zwei Elektroden montiert sind, zwischen denen die zu verschweißenden Teile hindurchgeführt werden. Dabei erfolgt die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung unter Ausnutzung der Reflexionserscheinung. Diese Reflexionsverfahren sind insofern nachteilig, als sich der Schweißzustand mit nur geringer Genauigkeit bestimmen läßt, was auf die Ultraschallwelle zurückzuführen ist, die entweder von der Stirnfläche der den Schwinger tragenden Elektrode oder von einer Grenzfläche zwischen dieser Elektrode und einem benachbarten Schweißwerkstück reflektiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten und zweckmäßigen Verfahrens für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung, mit dem sich der Schweißzustand der Werkstücke während des Schweißvorgangs durch Verwendung eines

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einzigen Ultraschallschwingers, der sowohl als Sender als auch als Empfänger wirkt, mit hoher Genauigkeit bestimmen läßt.

Die Erfindung bezweckt dabei auch die Schaffung einer einfach aufgebauten Vorrichtung zur Durchführung dieses Prüfverfahrens .

Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung beim Widerstandsschweißen zweier zu verschweißender Elemente, die schichtweise bzw. aufeinanderliegend zwischen zwei von einem Schweißstrom durch flossene (Schweiß)-Elektroden eingeführt sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem an der einen Elektrode angeordneten Ultraschall-Schwinger intermittierend impulsförmige Ultraschallwellen zur anderen Elektrode hin ausgesandt werden, daß die Ultraschallwellen von einer in der anderen Elektrode angeordneten Reflexionsfläche reflektiert werden, daß die reflektierte Ultraschallwelle durch den Ultraschall-Schwinger abgenommen bzw. erfaßt wird und daß der Schweißzustand der zu verschweißenden Elemente anhand einer Änderung des Spitzen- bzw. Scheitelwerts der durch den Ultraschall-Schwinger erfaßten, reflektierten Ultraschallwelle bestimmt wird.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht dabei darin, daß zur Bestimmung des Schweißzustands ein Mindestwert, auf den der Scheitelwert der erfaßten Ultraschallwellen nach einem Anstieg des Scheitelwerts in Abhängigkeit von der Schweißstromzufuhr zu den Elektroden abfällt, gemessen wird, daß ein Scheitelwert der erfaßten Ultraschallwellen gemessen wird, der sich nach dem Auftreten des Mindest-Scheitelwerts der erfaßten Ultraschallwellen zeitabhängig monoton oder gleichförmig erhöht, daß der Mindest-Scheitelwert vom erhöhten Scheitelwert der erfaßten Ultraschallwellen sub-

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-ir-

trahiert wird, um dadurch die Größe eines in den zu verschweißenden Elementen gebildeten Schweißklumpens bzw? -punkts abzuschätzen, und daß der Schweißzustand der zu verschweißenden Elemente anhand der abgeschätzten Größe des Schweißklumpens bzw. -punkts bestimmt wird.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird mit der Erfindung eine Vorrichtung geschaffen, die gekennzeichnet ist durch zwei einander gegenüberstehende (Schweiß-) Elektroden, die zwischen sich die zu verschweißenden Elemente aufnehmen und die von einem Schweißstrom durchflossen werden, durch einen an der ersten Elektrode angebrachten Ultraschall-Schwinger, durch eine Geber- oder Senderschaltung zum intermittierenden Ansteuern des Ultraschall-Schwingers, so daß dieser intermittierend eine impulsförmige Ultraschallwelle zur zweiten Elektrode hin ausstrahlt, durch eine in der zweiten Elektrode vorgesehene Reflexionsfläche zum Reflektieren der Ultraschallwelle, durch eine Empfängerschaltung zur Bestimmung eines Spitzen- oder Scheitelwerts der reflektierten Ultraschallwelle durch den Ultraschall-Schwinger, durch eine sowohl an Sender- als auch an Empfängerschaltung angeschlossene Torschaltung, welche die Empfängerschaltung so ansteuert, daß diese allein den festgestellten Scheitelwert der reflektierten Ultraschallwelle abgibt, durch eine Mindestwert-Meß- und -Speicherschaltung, die an die Empfängerschaltung angeschlossen ist und einen Mindestwert eines Ausgangssignals von der Empfängerschaltung mißt und speichert, durch eine mit der Empfängerschaltung verbundene Scheitelwert-Fühlerschaltung zum Abgreifen des Scheitelwerts des Ausgangssignals von der Empfängerschaltung, durch eine Komparatorschaltung zum Vergleichen eines Ausgangssignals der Scheitelwert-Fühlerschaltung mit einem Ausgangssignal der Meß- und Speicherschaltung

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zwecks Erzeugung eines für den Unterschied zwischen beiden AusgangsSignalen repräsentativen Ausgangssignals und eine Anzeigeeinrichtung zur Wiedergabe des Ausgangssignals der Komparatorschaltung, wobei der Schweißzustand der zu ver-

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schweißenden Elemente anhand einer an der Anzeigeeinrichtung wiedergegebenen Größe bestimmbar ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Vorrichtung, daß eine Alarmeinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einem eine vorbestimmte Größe nicht übersteigenden Ausgangssignal der Komparatorsehaltung betätigbar ist.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch einen wesentlichen Abschnitt einer Schweißvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Wellenform der reflektierten, vom Ultraschallschwinger gemäß Fig. 1 erfaßten Ultraschallwellen,

Fig. 3 eine Kennlinie zur Verdeutlichung einer Änderung der Spitzengröße bzw. des Scheitelwerts der reflektierten Welle gemäß Fig. 1 und 2, xvelcher beim erfindungsgemäßen Verfahren als Informationsmedium dient,

Fig. h eine graphische Darstellung der Änderung der Spitzengröße bzw. des Scheitelwerts der reflektierten Ultraschallwelle in Abhängigkeit von den Abmessungen eines in den Schweißwerkstücken gemäß Fig I gebildeten Schweißklumpens bzw. Schweißpunkts und

Fig. 5 ein Plockschaltbild einer Vorrichtung zur zerstörungs freien Werkstoffprüfung mit Merkmalen nach der Erfindung .

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Zum besseren Verständnis ist die Erfindung im folgenden in Verbindung mit den Ergebnissen von Versuchen erläutert, die zur Bestimmung einer zeitlichen Änderung der Spitzengröße einer reflektierten Ultraschallwelle während der Schweißzeit durchgeführt werden.

In Fig. 1 ist ein wesentlicher Teil einer Schweißvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Anordnung sind zwei zylindrische Elektroden Io und 12 einander senkrecht gegenüberliegend angeordnet, so daß sie zwischen sich zwei zu verschweißende, übereinander liegende glatte Metallelemente 14 und 16 aufnehmen.

Die Elektroden Io und 12 weisen einander gegenüberliegende Stirnflächen 18 und 2o in Form von Kugelsegmenten auf, wobei sie die Elemente 14 und 16 an Kontaktflächen 22 bzw. 24 berühren, so daß die beiden Elemente 14 und 16 an einer Kontaktoder Grenzfläche 26 in inniger Berührung miteinander gehalten werden.

Die erste bzw. obere Elektrode Io weist eine innere Aushöhlung oder Bohrung 28 auf, die auf ihrer Längsachse liegt und in einer flachen, praktisch senkrecht zur Längsachse der Elektrode Io liegenden, in einem vorbestimmten Abstand von der Kontaktfläche 18 befindlichen Bodenfläche bzw. Sohle 3o endet. Die zweite bzw. untere Elektrode 12 weist eine ähnliche innere Bohrung 32 auf, die sich längs der Elektroden-Längsachse erstreckt und in einer flachen Sohle 34 endet, welche praktisch senkrecht zur Längsachse der Elektrode 12 liegt und in einem vorbestimmten Abstand von der Kontaktfläche 2o angeordnet ist. Die Bodenfläche bzw. Sohle 34 dient auf noch näher zu erläuternde Weise als Reflexionsfläche für die Ultraschallwellen.

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Ein Ultraschall-Schwinger 36, der sowohl als Ultraschall-Senderelement: als auch als -Empfängerelement wirkt, ist innerhalb der Bohrung 28 der oberen Elektrode Io an der Sohle 3o befestigt und mit einer Ultraschall-Sender/Empfängervorrichtung 38 verbunden.

Im Betrieb steuert die Vorrichtung 38 den Schwinger 36 intermittierend an, so daß dieser intermittierend eine Ultraschallxtfelle in Form eines Impulses erzeugt. Die vom Schwinger 36 abgegebene Ultraschallwelle wird durch die Endabschnitte beider Elektroden und durch die beiden zu verschweißenden Elemente hindurch zur Sohle 34 der unteren Elektrode 12 übertragen. Dabei wird die Ultraschallwelle von den verschiedenen Reflexionsflächen zwischen den Bodenflächen bzw. Sohlen 3o und 34 der Bohrungen 28 bzw. 32 beider Elektroden reflektiert. Die reflektierten Wellen werden zum Schwinger zurückgeworfen, an dem sie in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden, welche ihrerseits von der Sender/Empfängervorrichtung 38 abgegriffen werden.

Genauer gesagt, liefert der Ultraschall-Schwinger 36 intermittierend eine Ultraschallwelle in Form eines Impulses als Übertragungs- oder Sendewelle T zu den Elektroden Io und 12 und zu den zu schweißenden Elementen 14 und 16. Die Übertragungswelle T wird von den Kontaktflächen 22, 26 und 24 reflektiert, so daß sie eine erste reflektierte Welle B, bildet, die ihrerseits die Sohle 3o der oberen Elektroden-Bohrung 28 erreicht, wo sie teilweise in den Schwinger 36 eintritt und durch diesen in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird, vzährend ihr restlicher Teil erneut von der Sohle 3o reflektiert wird und sich zur unteren Elektrode 12 hin ausbreitet. Die von der Sohle 3o reflektierte Welle wird von den Kontaktflächen 22, 26 und 24 reflektiert, bis sie sich zu einer zweiten reflektierten Welle B~ vereinigt, welche die Sohle 3o erreicht. Ein Teil der zweiten reflektierten

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Welle B„ tritt dabei in den Schwinger 36 ein, während ihr restlicher Teil ebenso wie die erste reflektierte Welle E erneut von der Sohle 3o zur Elektrode 12 hin reflektiert wird, um nachfolgende Reflexionswellen zu bilden.

Die Übertragungswelle sowie die erste und die zweite Reflexionswelle B, bzw. B„ laufen gemäß Fig. 1 auf den ausgezogenen Linien in Richtung der mit T , B-. bzw. B„ bezeichneten Pfeile. Eine in Fig. 1 mit C bezeichnete, gestrichelte Linie gibt die Bahn an, auf welcher die Übertragungswelle T nach der Übertragung durch die Kontaktflächen 22, 26 und 24 von der Sohle 34 der Bohrung 32 in der unteren Elektrode 12 reflektiert wird, um dann die Sohle 3o der oberen Bohrung zu erreichen. Diese reflektierte Welle C tritt zu einem Teil in den Ultraschall-Schwinger 36 ein, durch den sie in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt wird, während ihr restlicher Teil von der Sohle 3o in der oberen Elektrode Io zur Elektrode reflektiert wird.

Die durch Umwandlung vom Schwinger 36 gelieferten elektrischen Signale werden-von der Sender/Empfängervorrichtung 38 abgegriffenlund auf einer nicht dargestellten Braunschen Röhre auf die in Fig. 2 gezeigte Weise wiedergegeben. Die Mehrfachreflexions -Wellenform gemäß Fig. 2 enthält elektrische Signale in Form von Impulsen entsprechend einer Übertragungswelle T, einer ersten Reflexionswelle R.., einer Reflexionswelle C, einer zweiten Reflexionswelle B_ usw., die in der genannten Reihenfolge entstehen.

Die erste Reflexionswelle B, besteht im wesentlichen aus Wellen, die von der Kontaktfläche 22 zwischen der Stirnfläche 18 der ersten Elektrode Io und dem angrenzenden, mit dem Element 16 zu verschweißenden Element 14 sowie von der Stirnfläche 18 reflektiert werden. Aus Fig. 2 geht hervor, daß die erste Reflexionswelle B₁ monoton gedämpft ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Kontakt zwischen der Stirnfläche

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der oberen Elektrode Io und dem zugeordneten Schweißwerkstück gut ist und sich die Kontaktfläche zwischen diesen Teilen im Verlauf des Schweißvorgangs vergrößert. Gemäß Fig. 2 ist die zweite reflektierte Welle B. bezüglich der Dämpfung praktisch der ersten Reflexionswelle B₁ ähnlich.

Die Reflexionswelle C wird andererseits nicht so monoton gedämpft wie die Reflexionswellen B.. und B , weil sie zweimal durch die Schweißstelle hindurchläuft und daher durch Änderungen der Eigenschaften der Werkstücke 14 und 16 bezüglich des Materialgefüges aufgrund ihrer Temperaturerhöhung beeinflußt wird. Ersichtlicherweise muß der Ultraschallschwinger 36 die Ultraschallwelle in Form von Impulsen mit einer vorbestimmten Impuls-Wxederholungsfrequenz aussenden, die so gewählt ist, daß die von der Reflexionsfläche bzw. Sohle 34 reflektierte Ultraschallwelle den Schwinger 36 während jeder Pausenperiode der ausgesandten Impulse erreichen kann.

In Fig. 3 ist der Spitzen- bzw. Scheitelwert der reflektierten Ultraschallwelle C auf der Ordinate in Abhängigkeit von der Schweißzeit auf der Abszisse aufgetragen. Aus Fig. 3 geht hervor, daß der Scheitelwert der Reflexionswelle C im Verlauf der Schweißzeit monoton von einem Zeitpunkt O aus, zu welchem der Schweißstromzufluß durch die Elektroden Io und sowie die zu verschweißenden Elemente 14 und 16 eingeleitet wird, ansteigt, bis er zu einem Zeitpunkt A ein Maximum erreicht. Danach fällt der Scheitelwert der Reflexionswelle plötzlich auf ein Minimum H.. zu einem Zeitpunkt B ab. Im weiteren Verlauf der Schweißzeit steigt der Scheitelwert der Reflexionswelle C erneut monoton an, bis er einen erhöhten Wert H- zu einem Zeitpunkt C erreicht, an welchem der Schweißstrom abgeschaltet wird.

Der monotone Anstieg des Scheitelwerts der Reflexionswelle C während der Zeitspanne vom Zeitpunkt O bis zum Zeitpunkt A

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rührt von einem Temperaturanstieg der Kontaktflächen 22, 26 und 2M- und daher von einer Verbesserung des Berührungs ζ us tands dieser Flächen im Verlauf der Schweißzeit her.

Zur Untersuchung der Ursache für den plötzlichen Abfall des Scheitelwerts der Reflexionswelle C während der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten A und B wurde eine aus den verschweißten Elementen ausgeschnittene Schweißstelle metallographisch geprüft: Als Ergebnis dieser Untersuchung wurde festgestellt, daß sich in dem Teil des Schweißvorgangs, der sich über die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten A und B erstreckt, ein winziger Schweißklumpen bzw. -punkt (nugget) in den zu verschweißenden Elementen zu bilden beginnt. Hieraus wird geschlossen, daß die Änderung des Scheitelwerts der Reflexionswelle C während der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten A und B durch die abrupte Dämpfung der Ultraschallwelle bewirkt wird, die auftritt, wenn der an und neben der Kontakt- oder Grenzfläche 26 befindliche Teil des Metalls der zu verschweißenden Elemente 14 und 16 von der festen in die flüssige Phase übergeht. Ob sich ein solcher Schweißklumpen (nugget) in den jeweiligen, verschweißten Elementen bildet oder nicht, kann daher durch Messung des Zeitpunkts B bestimmt werden.

Mehrere Weichstahlbleche mit einer Dicke von 3,2 mm wurden paarweise bei Schweißströmen von 15 - 2 3,5 kA während Schweißzeiten von 16-26 Perioden des Schweißstroms unter Drücken von 6 8o, 9oo, 115o, 12oo und 15oo kg geschweißt. Hierbei wurden der Mindest-Scheitelwert H.. und der erhöhte Scheitelwert H der zu den Zeitpunkten B bzw. C entstehenden reflektierten Ultraschallwelle C sowie die Größe der in den verschweißten Blechen gebildeten Schweißklumpen bzw. -punkte gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Fig. 4 veranschaulicht, in welcher die Ordinate die Größe der Schweißklumpen bzw. -punkte und die Abszisse den Unterschied zwischen den Größen H- und H.,angeben. Aus Fig. 4- ist ersichtlich, daß die Größe

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des Schweißklumpens oder -punkts einwandfrei vom Unterschied zwischen den Scheitelwerten H„ und H₁ abhängt. Zur Bestimmung der Größe eines in einer Schweißstelle gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts wird daher eine hierbei reflektierte Ultraschallwelle C mittels einer Torschaltung (gating circuit) abgenommen, während sowohl der Mindest-Scheitelwert H dieser Ultraschallwelle zum Zeitpunkt B als auch der Scheitelwert dieser Ultraschallwelle zum genannten Zeitpunkt C gemessen wird, wenn nämlich der Schweißstrom angeschaltet wird. Hierauf wird ein Unterschied zwischen den gemessenen Größen oder Werten H„ und H.. ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht mit hoher Zuverlässigkeit die Bestimmung, ob die hergestellte Schweißstelle gut oder mangelhaft ist.

Mit der Erfindung wird auch eine zerstörungsfrei arbeitende Prüfvorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Prüfverfahrens geschaffen. Eine bevorzugte Ausfuhrungsform dieser Vorrichtung ist in,Fig. 5 dargestellt, in welcher den Teilen von Fig I entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet sind. Gemäß Fig. 5 hat sich bei der Anordnung von Fig. 1 ein Schweißklumpen bzw. -punkt 4o an und neben der Grenzfläche 26 zwischen zwei flachen, zu verschweißenden Metallelementen 14 und 16 gebildet, die zwischen die beiden Elektroden Io und 12 eingeführt wurden. Dabei ist weiterhin die aus einer an den Ultraschall-Schwinger 36 angeschlossenen Ultraschall-Geber- bzw. -Senderschaltung 42, einer mit dem Schwinger 36 verbundenen Ultraschall-Empfängerschaltung M-M- und einer mit den Schaltungen M-2 und 44 verbundenen Torschaltung 46 bestehende Sender/-Empfängervorrichtung 38 vorgesehen. Die Senderschaltung 42 spricht auf ein an sie angelegtes, den Beginn des SchweißVorgangs angebendes Signal unter intermittierender Anlegung einer Spannung an den Ultraschall-Schwinger 36 an, um diesen eine impulsförmige Ultraschallwelle in Richtung auf die zweite Elektrode 12 abgeben zu lassen. Wie erwähnt, besitzen die

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Impulse dabei eine vorbestimmte Wiederholungsperiode. Der Schwinger 36 empfängt auf die in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Weise die reflektierten Ultraschallwellen, um sie in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln, die anschließend an die Ultraschall-Empfängerschaltung 44 angelegt werden. Die Empfängerschaltung 44 mißt oder bestimmt den Scheitelwert des elektrischen Signals, welches einer von der Reflexionsfläche 34 der zweiten Elektrode 12 reflektierten Ultraschallwelle entspricht, wobei sie diesen Scheitelwert nur unter der Steuerung eines durch die Torschaltung 46 gelieferten Taktsignals zu liefern vermag. Das auf diese Weise durch die Torschaltung 46 gewählte Ausgangssignal der Empfängerschaltung 44 wird sowohl einer Minimum-Meß- und -Speicherschaltung 48 als auch einer Scheitelwert-Fühlerschaltung 5o eingespeist.

Die Minimum-Meß- und-Speicherschaltung 48 vermag einen Mindestwert H. des Ausgangssignals der Empfängerschaltung 44 zu messen und zu speichern und diesen Mindestwert einem Nichtaus gangs-Anzeiger 52, einem ersten Komparator 54 und der Scheitelwert-Fühlerschaltung 5o zuzuführen. Der Anzeiger 52 ist beim Fehlen eines Ausgangssignals der Schaltung 48 aktivierbar, um anzuzeigen, daß die Schaltung 48 während des betreffenden Schweißzeitpunkts kein Ausgangssignal liefert. Die Scheitelwert-Fühlerschaltung 5o ist gemäß Fig. 5 mit einem das Ende des Schweißvorgangs angebenden Signal beaufschlägbar. Bei Beaufschlagung mit diesem Signal hält oder speichert die Schaltung 5o den Scheitelwert EL des eben von ihr bei Eingang des genannten Signals empfangenen elektrischen Signals, und zwar nur dann, wenn sie die Ausgangsspannung H. von der Schaltung 48 empfangen hat.

Die von der Scheitelwert-Fühlerschaltung 5o gespeicherte Ausgangsspannung H2 wird einer ersten Komparatorschaltung 54 eingegeben und darin mit der Ausgangsspannung H. von der

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Schaltung 48 verglichen. Die Komparatorschaltung 54 erzeugt eine Spannungsdifferenz von (H - H ) zwischen diesen beiden Spannungen. Die Spannungsdifferenz von der ersten Komparatorschaltung 54 wird einer Schweißzustand-Anzeigevorrichtung 56 zugeführt und an dieser angezeigt. Auf diese Weise kann, wie anhand der graphischen Darstellung von Fig. 4 ohne weiteres ersichtlich ist, der Schweißzustand der betreffenden Schweißstelle mittels einer Ablesung der Anzeigevorrichtung 56 bestimmt werden.

Die Spannungsdifferenz von der ersten Komparatorschaltung 54 wird auch einer zweiten Komparatorschaltung 5 8 eingegeben, wo sie mit der von einer Bezugsschaltung 6o gelieferten Bezugsspannung H verglichen wird, welche ein Maß für die gewünschte Größe eines in der betreffenden Schweißstelle gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts darstellt. Wenn die Spannungsdifferenz bzw. Differenzspannung kleiner ist als die dadurch bestimmte Bezugspannung, liefert die zweite Komparatorschaltung 5 8 ein Alarmsignal AL, das einer Alarmvorrichtung oder einem Alarmanzeiger 62 zugeführt wird und diese bzw. diesen betätigt.

Aus den vorstehenden Erläuterungen geht somit hervor, daß bei der Vorrichtung gemäß Fig. 5 ein Zeitpunkt B, an welchem ein in den zu verschweißenden Metallelementen gebildeter Schweißklumpen oder -punkt durch die Minimum-Meß- und-Speicherschaltung 48 erfaßt wird, und die Größe des in den Schweißwerkstücken zwischen dem Zeitpunkt B und dem Zeitpunkt C, an welchem der Schweißstrom abgeschaltet wird, gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts an der Schweißzustand-Anzeigevorrichtung 56 angezeigt werden. Bei Aktivierung gibt zudem der Nichtausgangs-Anzeiger 52 an, daß sich noch nicht einmal ein kleiner Klumpen oder Punkt in den zu verschweißenden Metallelementen gebildet hat, während dann, wenn die Ausgangsspannung (H₇-H₁) der ersten Komparatorschaltung 54 kleiner

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ist als die Bezugsspannung H entsprechend der Sollgröße eines in den Schweißwerkstücken gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts, ein Alarmanzeiger oder eine Alarmvorrichtung in Betrieb gesetzt wird.

Die Erfindung bietet im Vergleich zu den bisher angewandten Übertragungsverfahren unter Verwendung der beiden Ultraschall-Schwinger bzw. des Senders und des Empfängers den Vorteil, daß eine Ultraschallwelle die Schweißstelle zweimal durchläuft, so daß sich die Änderung des Scheitelwerts oder der Spitzengröße der reflektierten Ultraschallwelle gegenüber der Größe eines in der Schweißstelle gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts vergrößert, wodurch eine hohe Genauigkeit des Ergebnisses der mittels eines einzigen Ultraschall-Schwingers durchgeführten Prüfung gewährleistet wird.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer einzigen, derzeit bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen und Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. Beispielsweise können die Bezugsschaltung 60, die zweite Komparatorschaltung 58 und die Alarm- oder Anzeigevorrichtung 6 weggelassen werden, weil die Beziehung zwischen der Größe eines in zwei zu verschweißenden Metallelementen gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts und dem Unterschied in den Scheitelwerten (H₂-H-,), wie vorher in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben, im voraus bekannt ist und sich die Größe des Klumpens bzw. Punkts anhand einer Ablesung der Schweißzustand-Anzeigevorrichtung 56 abschätzen läßt. Gewünschtenfalls kann der Nichtausgangs-Anzeiger 5 2 ebenfalls weggelassen werden.

In Zusammenfassung werden mit der Erfindung also ein zerstörungsfrei arbeitendes Prüfverfahren und eine Vorrichtung geschaffen, bei welcher ein an der einen von zwei einander gegenüberliegenden (Schweiß)-Elektroden, zwischen die zwei

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aufeinandergelegte, zu verschweißende Metallplatten oder -bleche eingeführt sind, angebrachter Ultraschall-Schwinger intermittierend eine impulsförmige Ultraschallwelle zu einer in der anderen Elektrode befindlichen Reflexionsfläche abstrahlt und die von dieser Fläche reflektierte Ultraschallwelle empfängt. Der Schwinger wandelt die empfangene Welle in ein elektrisches Signal um, das an einen Mindestwert- und Scheitelwertfühler artgelegt wird. Letzterer erfaßt und speichert einen Mindest-Scheitelwert des Signals, der von einem Scheitelwert eines ähnlichen Signals subtrahiert wird, welches in diesem Fühler beim Abschalten des Schweißstroms erzeugt wird. Die resultierende Differenz zwischen den beiden Größen oder Werten bestimmt den Schweißzustand der miteinander verschweißten Platten oder Bleche.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung beim Widerstandschweißen zweier zu verschweißender Elemente, die schichtweise bzw. aufeinanderliegend zwischen zwei von einem Schweißstrom durchflossene (Schweiß-Elektroden eingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß von einem an der einen Elektrode angeordneten Ultraschall-Schwinger intermittierend impulsförmige Ultraschallwellen zur anderen Elektrode hin ausgesandt werden, daß die Ultraschallwellen von einer in der anderen Elektrode angeordneten Reflexionsfläche reflektiert werden, daß die reflektierte Ultraschallwelle durch den Ultraschall-Schwinger abgenommen bzw. erfaßt wird und daß der Schweißzustand der zu verschweißenden Elemente anhand einer änderung des Spitzen- bzw. Scheitelwerts der durch den Ultraschall-Schwinger erfaßten, reflektierten Ultraschallwelle bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Schweißzustands ein Tfindestwert, auf den der Scheitelwert der erfaßten Ultraschallwellen nach einem Anstieg des Scheitelwerts in Abhängigkeit von der Schweißstromzufuhr zu den Elektroden abfällt, gemessen wird, daß ein Scheitelwert der erfaßten Ultraschallwellen gemessen wird, der sich nach dem Auftreten des Mindest-Scheitelwerts der erfaßten Ultraschallwellen zeitabhängig monoton oder gleichförmig erhöht, daß der Mindest-Scheitelwert vom erhöhten Scheitelwert der erfaßten UltraschallweIlen subtrahiert wird, um dadurch die Größe eines in den zu verschweißenden Elementen gebildeten Schweißklumpens bzw. -punkts abzuschätzen, und daß der Schweißzustand der zu verschweißenden Elemente anhand der abgeschätzten Größe des Schweißklumpens bzw. -punkts bestimmt wird.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberstehende (Schweiß-)Elektroden (Io, 12), die zwischen sich die zu verschweißenden Elemente (14, 16) aufnehmen und die von einem Schweißstrom durchflossen werden, durch einen an der ersten Elektrode (lo) angebrachten Ultraschall-Schwinger (36), durch eine Geberoder Senderschaltung (42) zum intermittierenden Ansteuern des Ultraschall-Schwingers, so daß dieser intermittierend eine impulsförmige Ultraschallwelle zur zweiten Elektrode (12) hin ausstrahlt, durch eine in der zweiten Elektrode vorgesehene Reflexionsfläche (34·) zum Reflektieren der Ultraschallwelle, durch eine Empfängerschaltung (44) zur Bestimmung eines Spitzen- oder Scheitelwerts der reflektierten Ultraschallwelle durch den Ultraschall-Schwinger (36), durch eine sowohl an Sender- als auch an Empfängerschaltung angeschlossene Torschaltung (46), welche die Empfängerschaltung so ansteuert, daß diese allein den festgestellten Scheitelwert der reflektierten Ultraschallwelle abgibt, durch eine liindestwert-Meß- und -Speicherschaltung (48), die an die Empfängerschaltung angeschlossen ist und einen Findestwert eines Ausgangssignals von der Empfängerschaltung mißt und speichert, durch eine mit der Empfängerschaltung verbundene Scheitelwert-Fühlerschaltung (5o) zum Abgreifen des Scheitelwerts des Ausgangssignals von der Empfängerschaltung, durch eine Komparatorschaltung (54) zum Vergleichen eines Ausgangssignals der Scheitelwert-Fühlerschaltung mit einem Ausgangssignal der Keß- und Speicherschaltung (48) zwecks Erzeugung eines für den Unterschied zwischen beiden AusgangsSignalen repräsentativen Ausgangssignals und eine Anzeigeeinrichtung (56) zur Wiedergabe des Ausgangssignals der Komparatorschaltung, wobei der Schweißzustand der zu verschweißenden Elemente anhand einer an der Anzeigeeinrichtung x^iedergegebenen Größe bestimmbar ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η — ze i chnet, daß eine Alarmeinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von einem eine vorbestimmte Größe nicht übersteigenden Ausgangssignal der.Komparatorschaltung betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die beim Fehlen eines Ausgangssignals der l^indestwert-Meß- und Speicherschaltung aktivierbar ist.

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