Ultrazvočna kontrola kakovosti zvarov

FSW varjenje (varjenje z gnetenjem) na izdelku battery tray se izvaja v skladu s standardom ISO/DIS 25239-5:2007. Standard zahteva, da se kontrola kakovosti izvaja z ultrazvočno kontrolo po standardu EN ISO 17640.

Za preiskavo je potrebno zadostiti naslednjim pogojem:

- neomejen dostop do mesta merjenja,

- površine morajo biti čiste, zbrušene do te mere, da se zagotovi brezzračen kontakt med ultrazvočno sondo in materialom,

- pregledati območja merjenja ter odstraniti, zbrusiti ali spolirati vsake neenakomernosti na površini.

Po standardu EN ISO 17640 je zahtevano, da mora biti osebje certificirano v skladu EN ISO 9712 za ultrazvočno merjenje. Poleg znanja ultrazvoka pa je priporočljivo tudi znanje varilne stroke.

6.1.1 Nastavitev ultrazvočnega aparata

Pred pričetkom merjenja je potrebno ultrazvočni aparat kalibrirati. Kalibracija se izvaja na referenčnem bloku K2 (slika 22), z radijema 25 mm, 50 mm in zarezo, velikosti 1 mm. Kalibracija se izvaja za nastavitev transverzalne hitrosti valovanja v materialu in zakasnitve sonde. PROBE DELAY (zakasnitev sonde) nam kompenzira črto zamika, ki je med sondo in kontaktno površino.

Slika 22: Referenčni blok K2.

Preden se izvede kalibracija je potrebno nastaviti merilno območje na minimalno 100 mm ter debelino materiala, ki ga merimo. Ker gre za kalibracijo, merimo referenčni blok K2, katerega debelina je 12,5 mm. Ker se lahko dno sonde ob merjenju zbrusi, je potrebno pred kalibracijo preveriti kot sonde in ga vnesti v napravo. To preverimo z referenčnim blokom K2. Sondo postavimo nad označitve kotov in poiščemo najvišji signal. Ob strani sonde je zareza, ki označuje točko izvora signala. Iz te točke in označitve kotov na referenčnem bloku odčitamo kot sonde in ga vnesemo v napravo (slika 23).

Slika 23: Odčitavanje kota sonde.

Slika 24: Postavitev sonde za kalibracijo.

Z ultrazvočno sondo se postavimo na blok K2, proti radiju 25 mm, kot kaže slika 24. Na ekranu poiščemo najvišji signal. Če signala ne vidimo, je potrebno zmanjšati ojačitev signala. Ko najdemo najvišji signal, odčitamo točko x. Točka x je razdalja od mesta, kjer sonda pošilja signal in njenega sprednjega konca (slika 25). Ta razdalja nam kasneje pomaga pri meritvi in nam pove, kje v materialu se nahaja nehomogenost.

Slika 25: Merjenje vrednosti x.

Vrednost x vnesemo v napravo in z istim signalom pričnemo s kalibracijo. Zaradi odbojev zvoka v referenčnem bloku bomo poleg najvišjega kalibracijskega odmeva na razdalji 25 mm videli še enega manjšega na razdalji 100 mm. Za uspešno kalibracijo pomerimo oba, in sicer s pomočjo VRAT (gate). Vrata nam omogočajo merjenje željenega odmeva tako, da jih sami prestavimo na tako mesto, da odmev sekajo, izbrana funkcija PEAK (vrh) pa nam izmeri maksimalno vrednost tega odmeva. Ko vrata postavimo na prvi signal (slika 22), ga shranimo kot referenco 1. Vrata postavimo na drugi odmev in ga shranimo kot referenco 2 (slika 24). Ko shranimo oba, nam funkcija AUTO – CAL samodejno izračuna hitrost v materialu in zakasnitev sonde. S tem je kalibracija končana.

Slika 26: Merjenje drugega odmeva na razdalji 100 mm.

Preverjanje točnosti nastavitve se izvede s pomočjo zvočne poti (SA na aparatu). Na referenčnem bloku imamo manjši radij (25 mm) in večji radij (50 mm). Sondo postavimo na blok K2, obrnjeno

proti radiju 25 mm in na ekranu poiščemo najvišji signal (slika 26). Ko signal najdemo, se moramo prepričati, da so vrata postavljena tako, da dobljeni signal sekajo in s tem pomerijo. V tem primeru nam mora zvočna pot (SA) kazati 25 mm. Če kaže manj ali več, je potrebno spremeniti PROBE DELAY tako, da bo vrednost SA dosegla 25 mm.

6.1.2 Merjenje z ultrazvočno napravo

Po zagotovljenih pogojih za merjenje in kalibraciji pričnemo s skeniranjem. Za merjenje in iskanje napak je potreben občutek, ki ga dobimo po nekaj časa merjenja. Pomembno je, da kontrolor razume geometrijo žarkov, s katerimi glava meri, in pozna vrsto spoja, katerega uvarjenost nas zanima.

Iskanje signala z ultrazvočno sondo po mestu zvarnega spoja se izvaja s počasnim premikanjem sonde naprej in nazaj ter 10° v vsako stran od nominalne smeri snopa (levo/desno) (slika 27). Z vsakim premikom je potrebno spremljati signal na zaslonu naprave.

Slika 27: Osnovni gibi ultrazvočne glave (naprej/nazaj, levo/desno).

Da ne bi kakšna nehomogenost ostala neodkrita, se mora skeniranje izvajati tako, da razmik dveh sosednjih linij ni večji od 50 % širine ultrazvočne glave (slika 28).

Slika 28: Skeniranje vzdolž zvarnega spoja.

Slika 29: Položaj sonde na FSW zvaru ob odkriti globini uvarjenosti.

Slika 30: Prikaz signala na ultrazvočni napravi (lega sonde pri odkritju uvarjenosti).

Na sliki 29 je prikazan položaj ultrazvočne sonde glede na zvar, na sliki 30 pa vidimo signal, ki prikazuje uvarjenost zvara. Funkcija GATE pa nam signal prebere in izpiše globino uvaritve, ki znaša v tem primeru 6,09 mm.

6.1.3 Opis postopka meritve FSW

Meritve FSW zvarov so bile opravljene na kosih nosilca baterije, ki je bil naključno vzet iz proizvodne linije. Najprej je bilo potrebno na kosu označiti zvare po skici kupca, kjer so zvari označeni od 1–16 (slika 31).

Slika 31: Označitve FSW zvarov na kosu.

Ko smo zvare označili, je sledilo brušenje in poliranje. Pomembno pri tem je bilo, da se površina čim bolj poravna, da je meritev z ultrazvokom izvedljiva, hkrati pa je potrebno paziti, da se FSW zvar ne pobrusi preveč, saj z brušenjem zvar tanjšamo. Brušenje se je izvedlo z dvema brusilnima diskoma. Za ostanke srha in grobo brušenje je bil najprej uporabljen lamelni brusilni disk z granulacijo 40 (slika 32).

Slika 32: Brusilni disk granulacije40. Slika 33: Brusilka s polirnim diskom.

Po grobem brušenju pa je sledilo glajenje s suho polirnim diskom (slika 33). Ko je bila površina vseh zvarov zbrušena, so se meritve izvedle in zabeležile. Pred vsakim merjenjem se je ultrazvočna

naprava kalibrirala, za verodostojnost meritev pa se je vsak zvar izmeril 3–4-krat zaradi ponovljivosti. Kalibracija in meritve so se izvedle po postopku opisanem v poglavjih 6.1.1 in 6.1.2.

6.1.4 Meritev tesnilnih zvarov

V drugem delu meritev je bil cilj z ultrazvočnim merilnikom izmeriti tesnilne zvare. Kot prej opisano, so tesnilni zvari narejeni z metodo MIG varjenja, pri čemer mora MIG zvar prekriti spodnji del FSW zvara za tesnjenje. Kar je bilo lažje pri tej meritvi, je to, da nas ne zanima nobena dimenzijska vrednost, ampak le, ali MIG zvar prekrije FSW (slika 34) zvar ali ne (slika 35).

Slika 34: Dober tesnilni zvar.

Slika 35: Slab tesnilni zvar.

Logika, s katero so se merili tesnilni zvari, je bila sledeča. Na dnu FSW zvara je reža, od katere se je zvok odbijal in od katere se je merila njegova uvarjenost. V primeru tesnilnih zvarov pa mora to režo prekriti MIG zvar, zato odbitega signala v merjenem območju ne sme biti. Preden so se meritve na pravih kosih začele, so bila narejena testiranja na znanih kosih tesnilnih zvarov. Na prikritih zvarih signala ni (slika 34), na neprikritih (slika 35) pa je signal enak kot na meritvah uvarjenosti FSW-ja (slika 30).

Slika 36: Mesto brez tesnilnega zvara.

Slika 37: Signal na ekranu ultrazvočnega merilnega sistema.

Slika 38: Slab tesnilni zvar.

Slika 39: Signal na ekranu ultrazvočnega merilnega sistema.

Slika 40: Dober tesnilni zvar.

Slika 41: Signal na ekranu ultrazvočnega merilnega sistema.

Na sliki 36 smo merili območje, kjer tesnilnega zvara pod FSW zvarom ni, zato se nam na ekranu (slika 37) prikaže velik signal. Podobno se zgodi tudi pri slabem tesnilnem zvaru (slika 38 in slika 39), kjer signal pokaže neprikrito režo zvara FSW. Na dobrem tesnilnem zvaru (slika 40), pa ne dobimo nobenega signala (slika 41), kar pomeni, da je območje zatesnjeno.

Za kontrolo kakovosti tesnilnih zvarov je potrebna predpriprava kosa, kot pri merjenju FSW zvarov, le da je potrebno več brušenja, ker se na zunanji strani kosa, nad tesnilnim zvarom, nahaja zvar, ki povezuje ploščo s profilom (slika 42). Z brusilko se zvar pobrusi, da dobimo ravnino, potem pa se s polirnim diskom še spolira (slika 43), da je izvedba meritev čim lažja, s tem pa se tudi klin na sondi ne poškoduje. Ko je površina pripravljena, nanesemo kontaktno sredstvo in pričnemo z meritvijo. Merjenje se je izvajalo po naslednjih korakih:

- iskanje signala na mestu, kjer zvara ni,

- premikanje sonde po poti FSW zvara tako dolgo, dokler signal ne izgine, - oznaka na prvem mestu, kjer signal izgine (začetek tesnilnega zvara),

- premikanje sonde po mestu brez signala, da se prepričamo, da je MIG zvar res prekril celotno dno FSW-zvara,

- premikanje po drugem robu FSW zvara in iskanje konca tesnilnega zvara, ter izris zvara (slika 44).

Slika 42: Zunanji MIG zvar, ki povezuje ploščo s profilom.

Slika 43: Zbrušena in spolirana površina za merjenje.

Slika 44: Izris mej tesnilnega zvara na podlagi merjenja z ultrazvokom.

Ko se prepričamo o rezultatu meritve, označimo zvar kot dober (OK) ali slab (NOK).

6.1 Makrografska preiskava