TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.5 Ultrahang-frekvenciás vizsgálati módszerek a gépjárműiparban Tárgyszavak: ultrahang-frekvenciás vizsgálatok; hegesztett kötések vizsgálata; ragasztott kötések vizsgálata. A korszerű gépjárműiparban megjelent új konstrukciótípusok és korszerű kötési módszerek új, vagy megfelelően módosított ellenőrzési eljárásokat és berendezéseket igényelnek a közlekedés biztonsága érdekében. A járműkarosszéria-gyártásban különböző kötési módszerek bevezetésére került sor. Ilyenek például a hegesztés, a lézersugaras vonalhegesztés, az aktív védőgázas huzalhegesztés és a ragasztott kötések technológiája. Az ilyen kötéstípusok vizsgálatára különleges ultrahang-frekvenciás eljárásokat fejlesztettek ki. Ez a tevékenység még folyamatban van; különleges szondákat, rendszereket és szoftvereket dolgoznak ki. Ponthegesztett kötések A ponthegesztett kötés számítógéppel segített ellenőrzése magas színvonalra emelkedett és csaknem valamennyi gépjárműgyártó cég alkalmazza is. Az eljárás elvi megoldását mutatja az 1. ábra. A jó minőségű ponthegesztett kötés esetében az 1. ábrán feltüntetett visszhang-jelsorozatot kapjuk (az ábra 1 jelű, felső jelalakja). A durvaszemcsés anyag csillapító hatása következtében a visszhangjel amplitúdója gyorsan csökken. Ha a hegesztett pont túl kicsi, a visszhang-impulzussorozaton belül közbenső impulzusok jelennek meg, mivel a hangfrekvenciás sugártér átmérője nagyobb, mint a pontkötés átmérője (1. ábra 2 eset). Ha a varratkötés átlátszó a hangsugárzás szempontjából ( 3 eset), a hangsugárzás kisebb csillapítása miatt hosszabb impulzussorozat jelenik meg. Végül, amennyiben egyáltalán nincs kötés, akkor csupán az első lemezről kapunk visszhangsorozatot (1. ábra 4 eset).
1. ábra A ponthegesztett kötés ellenőrzésének elve Lézersugaras vonalhegesztés A lézersugaras átlapolt vonalhegesztett kötés (például ilyen a gépkocsik tetőcsatornája) a 2. ábrának megfelelően vizsgálható. Az E emittáló szonda irányított hullámokat gerjeszt a lemezen és a hegesztett varraton ( L ) keresztül. Megfelelő kötésminőség esetén az ultrahangfrekvenciás jelet az R detektor érzékeli. 2. ábra Az ellenőrzés vázlata
Az első vizsgálatok esetében szokványos, szög alatt érintkező, áramló vízzel csatolt szondákat használtak. Az utólagos festés miatt azonban a csatolás céljából nem szabad semmiféle folyadékot alkalmazni. Ezért olyan görgős szondát dolgoztak ki, amely száraz csatolást tesz lehetővé. A készülék részei: görgős szonda, rugós szondatartó, amely lehetővé teszi, hogy a görgő kövesse a vizsgált felület geometriai változásait, megvezetőrendszer, amely biztosítja, hogy a szondák teljes hosszában megfelelően kövessék a lézersugárral hegesztett varratot, végül helyzetdekódoló. A vizsgálat számítógéppel segítve végezhető el. A számítógép fogadja az ultrahang-frekvenciás rendszer által kibocsátott hangamplitúdó-értékeket, valamint a helyzet-dekódolótól származó helyzetadatokat. Megfelelő szoftver irányítja az ellenőrzési folyamatot és végzi a dokumentációt. Ezzel az átvilágításos ultrahang-frekvenciás módszerrel nem lehet a hegesztett varrat egészen kis méretű hibáit kimutatni, azonban több gépjárműgyártó vállalatnál a gyakorlati ellenőrzés bebizonyította, hogy minden súlyos átmenő hegesztési hiba reprodukálhatóan kimutatható. Védőgázas hegesztés A gépkocsi-karosszériák különböző elemeinek kötését MIG (védőgázas), fémleolvadásos, vagy MAG (aktív gázas, huzalelektródos) hegesztési módszerrel állítják elő. A geometriai viszonyok legtöbb esetben az ultrahangfrekvenciás impulzus módszer egyik változatának az alkalmazását sem teszik lehetővé. Ezért erre a célra kidolgozták a 3. ábrán bemutatott, ultrahangfrekvenciás átvilágításos eljárást. sugárzó, emittáló szonda detektáló szonda 3. ábra A MAG vagy MIG hegesztett kötések ellenőrző vizsgálata
Ebben az esetben a különleges szondarendszer sugárzó, emitter eleme három olyan átalakítóból áll, amelyek három különböző irányba gerjesztik a hangfrekvenciás sugárnyalábokat. A hanghullámok áthatolnak a lemezeken és a hegesztett varraton. Ezeket mint irányított hullámokat lehet érzékelni a másik oldalon, egy másik detektor (pl. K2MNE) segítségével. Az ellenőrzési folyamat leegyszerűsítése érdekében a sugárzó szonda négy mágneses lábbal van ellátva, amelyek automatikusan rögzítik helyzetét a fémtárgyon. Védőgázas hegesztési eljárást alkalmaznak például ajtópántok, ülésrögzítő kengyelek és több más alkatrész kötéséhez. Valamennyi esetben a nagy ultrahang-amplitúdó jó minőségű kötésre utalt. Amikor a kötés hibás volt, csökkent az amplitúdó. Ragasztott kötések A gépkocsi- és repülőgépiparban egyre több ragasztott kötést használnak. Mind fémlemezek, mind acél, műanyag és üveg kombinált kötések létesítésére alkalmazzák a ragasztást. Erre mutat példát a 4. ábra. Két összeragasztott 1 mm-es acéllemez vizsgálatát végezték el. víz 1. lemez ragasztóanyag 2. lemez 4. ábra Ragasztott költések ellenőrzése A vizsgálatra elvileg két lehetőség kínálkozik: 1. Ha viszonylag nagy hangfrekvenciás módszerrel dolgoznak (pl. 20 MHz), akkor az első lemezből jó visszhangimpulzusokat lehet kapni, amit erősen csillapít a ragasztóanyag, ha a kötés jó minőségű. Rossz ragasztási minőség, vagy a ragasztóanyag hiánya esetében nincs visszhangcsillapítás. Ennek következtében hosszú lesz a visszavert impulzussorozat. A módszer hátránya, hogy csupán az acéllemez és a ragasztóanyag közötti első határfelület vizsgálatára van lehetőség, mivel a nagyfrekvenciás hang nem lép kölcsönhatásba a ragasztóanyaggal.
időjel (10 12 µs) a teljesítmény frekvencia szerinti eloszlása (0 5 MHz tartományban) f p f c = 3,26 MHz = 3,26 MHz BB = 8,4% f, MHz 5. ábra Jó ragasztott kötés (a jelalakok jellege) f p = csúcsfrekvencia; f c = középfrekvencia; BB = sávszélesség időjel (10 12 µs) a teljesítmény frekvencia szerinti eloszlása (1 5 MHz) f p f c = 0,41 MHz = 0,45 MHz BB = 80,5% f, MHz 6. ábra Rossz ragasztott kötés (a jelalakok jellege) f p = csúcsfrekvencia; f c = középfrekvencia; BB = sávszélesség
2. Ha kisebb frekvenciát, például 2 MHz-et használunk, akkor ugyan megfigyelhető a ragasztóanyaggal létesült kölcsönhatás, azonban nincs lehetőség az időtartományban felbontott visszavert jel érzékelésére. Erre az esetre a frekvenciatartományban végzett spektrumelemzés használatát javasolják. Így például az 5. és 6. ábrák a lemez és a ragasztóanyag közötti határfelület visszavert jeleit mutatják. Az A kaput a ragasztóanyag interferenciájára állították. A kapu időtartománya a bal felső oldalon, a frekvenciaspektrum a jobb oldalon látható. Világosan kivehető az 5. és 6. ábrából, hogy a különböző ragasztóanyagminőségek különböző interferencia-struktúrát eredményeznek az időtartományban, ami könnyen értékelhető a frekvenciaspektrumban. (Dr. Barna Györgyné) Roye, W.: Methods of ultrasonic inspection in the automobile industry. = Insight, 44. k. 1. sz. 2002. p. 10 12. Cho, Y.; Kim, Y.; Rhee, S.: Development of a quality estimation model using multivariate analysis during resistance spot welding. = Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, 215. k. B11. 2001. sz. p. 529 538.