DE4039847C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Qualität von Punktschweißverbindungen, die mit Schweißelektroden erzeugt werden, welche aus einem anderen Metall bestehen als die miteinander zu verschweißenden Teile.

Punktschweißungen werden vielfach, so z. B. im Automobilbau verwendet, wo metallische, insbesondere Blechteile miteinander verbunden werden sollen. Insbesondere wenn die Punktschweiß­ verbindung nicht nur zum vorläufigen Zusammenheften von Bauteilen dienen soll, sondern die endgültige Verbindung zwischen diesen darstellt muß sichergestellt sein, daß sie den Betriebsbelastungen standhalten kann. Bestimmend für die Qualität eines solchen Schweißpunktes ist eine ausreichende Wärmeentwicklung und Schmelzbadgröße unter den Elektroden. Fließt der Schweißstrom z. B. über Nebenschlüsse, kann dies zu sog. Kaltschweißungen mit ungenügenden Festigkeiten führen. Vor allem im Zuge von automatisierten Fabrikationsprozessen besteht das Bedürfnis nach einer Überprüfung der Qualität solcher Punktverschweißungen, die mit geringerem zeitlichen und apparativen Aufwand durchgeführt werden kann als die an sich möglichen, sonst zur Materialprüfung verwendeten Verfahren.

Bekannt ist es, stichprobenmäßig Kontrollen durch das gewaltsame Aufreißen von derartigen Schweißverbindungen durchzuführen.

Ferner ist aus dem DE-GM 72 23 324 eine Einrichtung bekannt, bei der die von der Schweißstelle ausgehende Wärmestrahlung durch einen geeigneten Sensor erfaßt und als gut angesehen wird, wenn sie einen bestimmten Bereich der Wellenlängen weder über- noch unterschreitet. Zur genaueren Messung des Temperaturverlaufes, allerdings nur zu Versuchszwecken und nicht zur kontinuierlichen Überwachung der Fertigung können nach W. Brunst: "Das elektrische Widerstandsschweißen", Berlin/Göttingen/Heidelberg 1952, Seite 89 besondere, aufwendig an der Schweißstelle zu befestigende Thermoelemente verwendet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren für Punktschweißungen, das fast zeitgleich unmittelbar nach jeder einzelnen erfolgten Schweißung mit geringem Aufwand durchgeführt werden kann. Es soll darüber hinaus ohne den Einsatz empfindlicher Meßinstrumente in unmittelbarer Nähe der Schweißstelle auskommen. Es versteht sich dabei von selbst, daß der Fachmann Werkstoffpaarungen und auch Elektrodenwerkstoffe wählen wird, die an und für sich zumindest brauchbare Schweißungen erwarten lassen. Hinweise hierzu lassen sich dem Merkblatt DVS 2903 des Deutschen Verbandes für Schweißtechnik entnehmen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß die am Schweißpunkt unmittelbar nach Durchführung der Schweißung herrschende Temperatur durch Abgreifen der zwischen den Teilen bzw. an der Elektrode durch das Schweißen induzierten thermoelektrischen Spannung ermittelt und zur Grundlage der Qualitätsbeurteilung gemacht wird. Der Schweißstrom wird nach Beendigung der Schweißung abgeschaltet und die Elektrode sowie das Werkstück selbst, die aus verschiedenen Metallen bestehen, wirken dann als Thermoelement. Die dann induzierte Spannung ist je nach den verwendeten Metallen unterschiedlich und beträgt im vorzugsweise betrachteten Fall des Verschweißens von Stahl- (d. h. Eisen-)Teilen mit Hilfe einer Kupferelektrode ca. 1 mV je 100 K der Temperatur, die die Schweißstelle zu diesem Zeitpunkt noch aufweist. Eine etwaige Kaltverschweißung würde sich dadurch bemerkbar machen, daß die abgegriffene Spannung unter einem bestimmten, experimentell zu ermittelnden Wert bleibt. Die daraufhin zur Qualitätssicherung zu ergreifenden Maßnahmen (Wiederholung der Schweißung bzw. Aussortieren des Werkstückes als Ausschuß) können dann, wie dem Fachmann geläufig, auch automatisiert erfolgen, bilden jedoch keinen Teil der Erfindung. Dabei können die zur Erfassung der thermoelektrischen Spannungen erforderlichen Meßinstrumente abseits der Schweißstelle angeordnet und den dort herrschenden Belastungen durch hohe Temperatur, Dämpfe usw. entzogen werden.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die in an sich bekannter Weise während der Schweißung gemessenen Werte der Schweißspannung und des -stromes in Verbindung mit der gemessenen Temperatur zur Grundlage der Qualitätsbeurteilung gemacht werden. Die eingespeiste Leistung kann in einer Recheneinrichtung gespeichert und anschließend mit den neu gemessenen Temperaturwerten korreliert werden, wobei auch hier die z. B. für verschiedene Blechdicken oder Materialchargen als zulässig anzusehenden Grenzwerte auf dem Versuchswege festzustellen sind.

Für die gebräuchlichen Verfahren, die mit zwei aufeinander entgegengesetzten Seiten der Teile einander gegenüberliegenden, gleichzeitig mit letzteren in Kontakt kommenden Elektroden ausgeführt werden, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Temperatur aus dem Mittelwert zwischen den getrennt an jeder Elektrode gemessenen Spannungen ermittelt. Hierdurch können parasitäre Thermospannungen z. B. auf der Eisenseite und eventuelle kleine Leckströme des während der Messung abgeschalteten Schweißstromes ausgeglichen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Zwei Stahlbleche 1, 2 werden durch eine Punktschweißung miteinander verbunden, indem zwei Kupferelektroden 3, 4 einander gegenüberliegend mit den zusammengepreßten Blechen 1, 2 in Kontakt gebracht werden. Hierauf werden diese mit Hilfe einer bekannten Schweißstromquelle 9 mit einem Strom, meist einem Gleichstrom, beaufschlagt, was zu einer Erhitzung und schließlich zum Schmelzen einer Schweißstelle 5 führt, wodurch die Bleche 1, 2 dauerhaft miteinander verbunden werden. Die Stärke des Schweißstromes wird mit Hilfe eines Ampèremeters 6 gemessen und seine Spannung von zwei Voltmetern 7, 8. Nach Beendigung des Schweißvorganges werden die zu diesem Zweck zweckmäßigerweise mit einer Meßbereichsumschaltung versehenen Voltmeter 7, 8 einerseits an jeweils eine der Elektroden 3, 4 und andererseits an die Bleche 1, 2 angeschlossen. Durch die erst allmählich, in einem vorhersagbaren Tempo abnehmende Temperatur an der Schweißstelle 5 wird zwischen den Blechen 1, 2 und den Elektroden 3, 4 eine Thermospannung induziert, die jetzt mit Hilfe der Voltmeter 7, 8 gemessen wird. Ist die so gemessene Temperatur unterhalb eines bestimmten Wertes, insbesondere im Verhältnis zu der beim Schweißvorgang aufgewendeten Leistung kann davon ausgegangen werden, daß die Schweißung unvollkommen ist. Die gemessene Temperatur kann falls erforderlich in bekannter Weise auf eine konstante Referenztemperatur, z. B. die Umgebungstemperatur bezogen werden (nicht gezeigt).

Claims (3)

1. Verfahren zur Überprüfung der Qualität von Punktschweißverbindungen (5), die mit Schweißelektroden (3, 4) erzeugt werden, welche aus einem anderen Metall bestehen, als die miteinander zu verschweißenden Teile (1, 2), dadurch gekennzeichnet, daß die am Schweißpunkt (5) unmittelbar nach Durchführung der Schweißung herrschende Temperatur durch Abgreifen der zwischen den Teilen (1, 2) bzw. an der Elektrode (3, 4) durch das Schweißen induzierten thermoelektrischen Spannung ermittelt und zur Grundlage der Qualitätsbeurteilung gemacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise während der Schweißung gemessenen Werte der Schweißspannung (U) und des -stromes (I) in Verbindung mit der gemessenen Temperatur zur Grundlage der Qualitätsbeurteilung gemacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das mit zwei auf einander entgegengesetzten Seiten der Teile (1, 2) gegenüberliegenden, gleichzeitig mit letzteren in Kontakt kommenden Elektroden (3, 4) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur aus dem Mittelwert zwischen den getrennt an jeder Elektrode (4, 5) gemessenen Spannungen (U) ermittelt wird.