DE2655415A1 - Verfahren und vorrichtung zur stoerungsfreien werkstoffpruefung, insbesondere beim widerstandschweissen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur stoerungsfreien werkstoffpruefung, insbesondere beim widerstandschweissenInfo
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Description
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
τ.
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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- yb -
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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- ΙΑ -
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 (1)
- PatentansprücheVerfahren 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.70 9827/0 600 owginal ,nspected3. 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.709827/06004. 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.709827/0800
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