ANDREJ BERIBAK
ANALIZA KAKOVOSTI METOD ZA RAZISKAVO ZVAROV
ALUMINIJASTIH PROFILOV MED MAKROGRAFIJO Z
ULTRAZVOKOM
Diplomsko delo
Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika
Ljubljana, 2021
Andrej BERIBAK
Analiza kakovosti metod za raziskavo zvarov aluminijastih profilov z makrografijo in
ultrazvokom
Diplomsko delo
Visokošolski študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika
Mentor: izr. prof. dr. Gaber Begeš, univ. dipl. inž. el.
Ljubljana, 2021
Zahvala
Najprej bi se rad zahvalil podjetju TPV Automotive d.o.o., ki mi je omogočilo praktično izobraževanje. Hvala Antonu Petriču, ki me je predstavil podjetju, predlagal temo diplomskega dela ter pomagal in svetoval pri izdelavi naloge.
Zahvalil bi se rad tudi mentorju praktičnega izobraževanja in diplomskega dela na podjetju Viliju Malnariču in mentorju na fakulteti izr. prof. dr. Gabru Begešu za strokovno pomoč in napotke na tem področju.
Hvala vodji oddelka makrografije Maticu Pečniku, s katerim sva vsak dan mojega praktičnega izobraževanja sodelovala in ki mi je s svojim vsestranskim znanjem pomagal na vseh področjih kakovosti. Hvala tudi drugim sodelavcem oddelka kontrole kakovosti.
Hvala Živi za spodbudo pri pisanju diplome in jezikovni pregled. Največja zahvala gre seveda moji družini. Omogočili ste mi študij in me spodbujali. Hvala za razumevanje, potrpežljivost in motivacijo.
Hvala vam.
Kazalo vsebine
1 UVOD ... 1
2 PREDSTAVITEV PODJETJA ... 1
2.1 Splošno ... 1
2.2 Zagotavljanje kakovosti v podjetju ... 2
2.3 Analiza merilnega sistema MSA ... 4
3 METODE ZA PREISKAVO ZVAROV ... 6
3.1 Makrografija ... 6
3.2 Ultrazvočna kontrola kakovosti ... 7
4 POSTOPKI VARJENJA ... 21
4.1 Varjenje z gnetenjem – FSW ... 21
4.2 Varjenje MIG ... 27
5 ŠTUDIJA PRIMERA IN ZAHTEVE KUPCA ... 27
5.1 Študija primera ... 27
5.2 Zahteve kupca ... 28
6 OPIS POSTOPKA PREGLEDOVANJA ... 28
6.1 Ultrazvočna kontrola kakovosti zvarov ... 28
6.1 Makrografska preiskava ... 39
6.1.1 Priprava vzorcev ... 39
6.1.2 Meritve vzorcev s kamero Tagarno ... 43
7 REZULTATI ... 46
8 ANALIZA IN PRIMERJAVA REZULTATOV ... 48
8.1 Primerjava meritev Tagarno in ultrazvoka: ... 48
8.2 MSA - Measurement Systems Analysis (Analiza merilnega sistema) ... 50
9 ZAKLJUČKI IN IZBOLJŠAVE ... 59
10 VIRI IN LITERATURA ... 60
Kazalo slik
Slika 1: Začetki podjetja TPV Automotive d.o.o. in danes. ... 2
Slika 2: Merjenec po brušenju in jedkanju. ... 6
Slika 3: Slab zvar. ... 7
Slika 4: Dober zvar. ... 7
Slika 5: Delovanje ultrazvoka po načinu oddajnik/sprejemnik. ... 8
Slika 6: Transverzalno in longitudinalno valovanje. ... 11
Slika 7: Valovna dolžina valovanj pri frekvenci 0,3 mHz. ... 13
Slika 8: Valovna dolžina valovanj pri frekvenci 0,8 mHz. ... 13
Slika 9: Slabljenje zvoka in način merjenja dušilnega koeficienta. ... 16
Slika 10: Snellov zakon. ... 17
Slika 11: Pretvorba načina ultrazvoka. ... 18
Slika 12: Vpliv dveh valov na amplitudo v odvisnosti od njune faze. ... 20
Slika 13: Krožna fronta zvočnih valov. ... 20
Slika 14: Zvočno valovno polje. ... 21
Slika 15: Postopek varjenja FSW. ... 24
Slika 16: Soležni zvarni spoj. ... 24
Slika 17: Prekrivni zvarni spoj. ... 24
Slika 18: Sestavni deli orodja in orientacija orodja med postopkom. ... 25
Slika 19: Pomanjkanje globine povzroči notranji kanal in površinski utor. ... 26
Slika 20: Prevelika globina orodja. ... 26
Slika 21: Princip varjenja MIG. ... 27
Slika 22: Referenčni blok K2. ... 29
Slika 23: Odčitavanje kota sonde. ... 30
Slika 24: Postavitev sonde za kalibracijo. ... 30
Slika 25: Merjenje vrednosti x. ... 31
Slika 26: Merjenje drugega odmeva na razdalji 100 mm. ... 31
Slika 27: Osnovni gibi ultrazvočne glave (naprej/nazaj, levo/desno). ... 32
Slika 28: Skeniranje vzdolž zvarnega spoja. ... 32
Slika 29: Položaj sonde na FSW zvaru ob odkriti globini uvarjenosti. ... 33
Slika 30: Prikaz signala na ultrazvočni napravi (lega sonde pri odkritju uvarjenosti). ... 33
Slika 31: Označitve FSW zvarov na kosu. ... 34
Slika 32: Brusilni disk granulacije 40. ... 34
Slika 33: Brusilka s polirnim diskom. ... 34
Slika 34: Dober tesnilni zvar. ... 35
Slika 35: Slab tesnilni zvar. ... 35
Slika 36: Mesto brez tesnilnega zvara. ... 37
Slika 37: Signal na ekranu ultrazvočnega merilnega sistema. ... 37
Slika 38: Slab tesnilni zvar. ... 37
Slika 39: Signal na ekranu ultrazvočnega merilnega sistema. ... 37
Slika 40: Dober tesnilni zvar. ... 37
Slika 41: Signal na ekranu ultrazvočnega merilnega sistema. ... 37
Slika 42: Zunanji MIG zvar, ki povezuje ploščo s profilom. ... 38
Slika 43: Zbrušena in spolirana površina za merjenje. ... 38
Slika 44: Izris mej tesnilnega zvara na podlagi merjenja z ultrazvokom. ... 39
Slika 45: Izdelek pripravljen za razrez z veliko tračno žago. ... 40
Slika 46: Razrezan kos. ... 40
Slika 47: Končni razrez vzorcev z malo tračno žago. ... 40
Slika 48: Brusilnik z levim diskom, granulacije 120, in desnim diskom, granulacije 320. 41 Slika 49: Brusilnik z diskom, granulacije 1000. ... 41
Slika 50: Kisline uporabljene za jedkanje. ... 42
Slika 51: Jedkanje vzorca. ... 43
Slika 52: Postavitev merilnega sistema Tagarno. ... 44
Slika 53: Vzorec FSW 4 z izmerjeno uvarjenostjo 6,00 mm. ... 44
Slika 54: Vzorec FSW 8 z izmerjeno uvarjenostjo 6,02 mm. ... 45
Slika 55: Vzorec FSW 14 z izmerjeno uvarjenostjo 6,08 mm. ... 45
Slika 56: Poročilo uvarjenosti FSW zvarov z ultrazvočno metodo. ... 47
Slika 57: Obrazec primerjave. ... 49
Slika 58: Zabeležene meritve vseh merilcev. ... 51
Slika 59: Izračun sprejemljivosti merilnega sistema. ... 54
Slika 60: Graf komponente variacije. ... 56
Slika 61: X in R karta po merilcu. ... 57
Slika 62: Graf rezultatov merjenja... 58
Kazalo tabel
Tabela 1: Odločitev sprejemljivosti. ... 53Tabela 2: Delež variacij od skupnega odklona. ... 55
Povzetek
V diplomskem delu je obravnavan merilni sistem na osnovi ultrazvoka. Sistem je namenjen kontroli kakovosti zvarov. Prvi del diplomskega dela je posvečen spoznavanju merilnega sistema, pregledu načina uporabe, kalibracija sistema, interpretacija rezultatov, ki jih sistem ob meritvi pokaže. Glavni cilj pa je bil, da se preveri to, na katero področje bi se lahko merilni sistem implementiral in kaj bi lahko ta sistem meril. Na sistemu se je naredila primerjava s kontrolno napravo in analiza MSA.
Namen raziskave je bil da, se ugotovi ali bi neporušitvena metoda ultrazvoka lahko zamenjala porušitveno metodo makrografije. V zaključku naloge so predstavljeni rezultati primerjave s kontrolno napravo in MSA analizo. Analiza rezultatov pokaže, da merilni sistem ni sprejemljiv za način meritev, kjer se zahteva točna vrednost uvarjenosti. V primeru, ko pa se preverja, ali se zvara FSW in MIG med seboj prekrivata in s tem zagotavljata tesnost, je pa sistem zanesljiv. Za zamenjavo sistema v proizvodnem obratu, bi moral biti ta zanesljiv pri obeh načinih uporabe.
Vredno bi bilo preveriti še druge vrste sond, ki se uporabljajo za ultrazvočno testiranje in analizo ponoviti. Prav tako bi se dalo še izboljšati sam postopek priprave kosa in najti boljše rešitve pri samem brušenju kosa, kar bi pripomoglo pri meritvi.
Ključne besede: Ultrazvok, neporušitvena metoda, porušitvena metoda, makrografija, MSA analiza, varjenje z gnetenjem, kontrola kakovosti
Abstract
The bachelor’s thesis deals with an ultrasound-based measurement system. The system is designed for quality control of welds. The first part of the thesis is devoted to the
introduction of the measuring system, an overview of its use, the calibration of the system and to the interpretation of the results that the system shows when measuring. The main objective was to check in which area the measuring system could be implemented and what it could measure. The system was compared with a control device and measurement systems analysis (MSA) was carried out.
The aim of the research was to see if the non-destructive ultrasonic method could replace the destructive macrography method. In the conclusion of the thesis the results of the comparison with the control device and MSA analasys, are presented. The analysis of the results shows that the measurement system is not acceptable for a measurement method where an exact value of the weld penetration is required. However, in the case where FSW and MIG welds are checked if they overlap and thus provide tightness, the system is reliable.
To replace the system in a production plant, it should be reliable in both applications.
It would be worth checking other types of probes used for ultrasonic testing and repeating the analysis. The piece preparation process itself could also be further improved and better solutions could be found for the grinding of the piece, which would help the measurement.
Keywords: Ultrasound, non-destructive method, destructive method, macrography, MSA, friction stir welding, quality control
Seznam uporabljenih kratic
DT Porušitvena metoda testiranja
EN European standard
FSW Friction stir welding
IATF International Automotive Task Force
ISO International organisation for standardization
MIG Metal inert gas
MSA Analiza merilnega sistema
NDC Number of distinct categories NDT Neporušitvena metoda testiranja
R&R Ponovljivost in primerljivost (ang. repeatability and reproducibility)
UT Ultrazvočno testiranje
𝑋&R Srednja vrednost in razpon (ang. mean and range)
1 UVOD
Avtomobilska industrija obsega široko paleto podjetij in organizacij, ki se ukvarjajo z oblikovanjem, razvojem, proizvodnjo, trženjem in prodajo motornih vozil. Je ena največjih svetovnih panog po prihodkih. Delovanje te panoge je pogojeno z dobro organizacijo, načrtovanjem in kontrolo kakovosti. Kontrola kakovosti je na splošno opredeljena kot sistem, ki vzdržuje želeno raven kakovosti, s povratnimi informacijami o značilnostih izdelka in izvajanjem preventivnih ukrepov v primeru odstopanja teh lastnosti od specificiranih standardov.
V podjetju TPV AUTOMOTIVE d.o.o. sem delal na področju kakovosti in kontrole proizvodnega procesa za izdelek nosilca baterije. Proizvodnja linija je avtomatizirana in robotizirana, kontrola kakovosti je za kupca in podjetje nujna.
Naloga oddelka za kakovost je, da glede na zastavljeno frekvenco nadzoruje in preverja opravljene posege na kosu, kot so:
- sestavni FSW zvari plošč in profilov, - zvari MIG na modulih,
- tesnilni zvari MIG, - kontrola geometrije.
Preverjanje zvarov poteka na način porušitvene metode, zato je podjetje pridobilo ultrazvočno napravo, ki zvare preverja z zvočnimi valovi in išče nepravilnosti v zvaru, kos pa se ne uniči. Moja naloga je bila, da preverim, ali je merjenje s takšno napravo učinkovito, zanesljivo, ponovljivo in točno. S to raziskavo bo podjetje prišlo do dokazov, ali bi ta metoda lahko nadomestila, pripomogla k nadzoru omenjenega procesa. Analiza se bo izvedla kot primerjava med obstoječo porušitveno metodo makrografije in neporušitveno metodo ultrazvočne preiskave.
2 PREDSTAVITEV PODJETJA
2.1 Splošno
TPV AUTOMOTIVE d.o.o., podjetje z več kot 60-letno tradicijo (slika 1), je razvojni dobavitelj, ki deluje na globalnem trgu avtomobilske industrije. V podjetju razvijajo in izdelujejo izdelke, ki vplivajo na vozno dinamiko, varnost, ekološkost in udobje pri vožnji. Poleg tega iščejo in uvajajo nove rešitve na področju električnih vozil. Vizija podjetja je v splošnem ustvariti mobilnost prihodnosti s pomočjo povezovanja inovativnih rešitev. Z vrednotami, kot so vztrajnost,
inovativnost, prilagodljivost, zanesljivost in sodelovanje, po katerih podjetje deluje, si je skozi leta prislužilo zaupanje številnih globalnih znamk, kot so BMW, Mercedes Benz, Volvo, Rolls Royce, Jaguar, Land Rover, Renault in drugi. [1]
Slika 1: Začetki podjetja TPV Automotive d.o.o. in danes.
Podjetje prav tako sodeluje oziroma koordinira številne projekte, ki povečujejo njegovo konkurenčnost. Prav tako podjetje TPV d.o.o. deluje in je certificirano po standardu IATF – International Automotive Task Force, standardu IATF 16949 01.10.2016 in standardih ISO 9001:2005, ISO 14001:2015, ISO/IEC 27001:2013, ISO 45001:2018. [1]
2.2 Zagotavljanje kakovosti v podjetju
Kakovost je po definiciji stopnja, na kateri skupek svojstvenih karakteristik izpolnjuje zahteve.
Lahko se uporablja s pridevniki kot npr. slaba, dobra ali odlična. V TPV AUTOMOTIVE d.o.o. s tem izrazom razumemo osebje in aktivnosti za planiranje, zagotavljanje, obvladovanje in izboljševanje kakovosti proizvodov v podjetju.
Planiranje kakovosti obsega aktivnosti, ki so potrebne za vzpostavitev zagotavljanja kakovosti.
Številne aktivnost načrtovanja kakovosti potekajo na projektni način, pri tem pa je potrebno upoštevati načine izvajanja, kot so opredeljeni.
- Vhodna kontrola
zagotavljanje kakovosti dobavljenih materialov - Odobritev delovnega procesa
preverjanje, ali je delovni proces sposoben za predvideno proizvodnjo - Avtokontrola
nenehno zagotavljanje kakovosti proizvodov v delovnem procesu - Tekoča kontrola
izvajanje z določeno pogostostjo, kjer se vzorec zajame in iz njega naredi sklep o skladnosti kontrolirane celote
- Preprečevanje napak
koncept se izvaja z načinom preprečevanja nastanka napak ali na način stoodstotne avtomatske kontrole z izločanjem kosov z neskladno karakteristiko. Uporablja se mehanske in inteligentne sisteme, ki delujejo z uporabo senzorjev, skenerjev in kamer.
- Statistično obvladovanje procesov:
Kontrolne karte so glavno statistično orodje za spremljanje procesa. Z uporabo kontrolnih kart lahko pravočasno sprožimo akcije za korekcije proizvodnega procesa in na ta način zagotovimo konstanten nivo kakovosti.
- Merilni sistemi in kontrolna merilna oprema
Analiza kakovosti merilnega sistema se v podjetju izvaja in načrtuje glede na zahteve izdelka in procesa. Prvi korak izbire merilnega sistema je določitev namena meritve in uporabe rezultatov.
Upošteva se tudi pričakovana življenjska doba merjenja.
Pri izbiri merilnega sistema je pomembna merilna negotovost merilnega sistema. Merilna negotovost naj bi bila 10-krat manjša od tolerance merjene veličine, v nasprotnem primeru je potreben dodaten preračun ustreznosti merilnega sistema.
- Laboratorijske meritve in preizkusi
Laboratorijske meritve in preizkuse izvaja osebje merilnic in laboratorijev.
a) meritve geometrije, b) makrografija zvarov,
c) merjenje površin (hrapavost)
d) meritve fizikalnih veličin (trdota, trdnost) e) meritve kemijskih veličin,
f) meritve masnih veličin,
g) meritve in preizkusi površinske zaščite,
h) obvladovanje kontrolne merilne in preizkusne opreme (kalibracije, MSA).
- MSA analize (Analiza merilnega sistema) Opis v nadaljevanju diplomskega dela.
- Obvladovanje neskladnih izdelkov
Neskladni izdelki so lahko identificirani med procesom proizvodnje in odpreme z izvajanjem avtokontrole, tekoče kontrole in z izvajanjem presoj.
Neskladni izdelki lahko nastanejo zaradi različnih vzrokov v vsaki fazi proizvodnje in odpreme.
Posebno pozornost je treba nameniti obvladovanju neskladnih izdelkov ob začetku dela, ob zastojih in posegih v proces. V takih primerih je obvezno vse izdelane kose obravnavati kot neskladne do popolne stabilizacije procesa. Odkrite neskladne kose se nemudoma loči od ostalih ustreznih kosov.
2.3 Analiza merilnega sistema MSA
Namen MSA (Measurement Systems Analysis) je ocenitev merilnega sistema, ki odločilno vpliva na obvladovanje parametrov procesov in karakteristik izdelkov. Nezanesljive meritve in veliki odkloni lahko v proizvodnem procesu povzročajo velike težave. Strokovna analiza MSA je nujna v proizvodnji zahtevnejših izdelkov, pri katerih se zahteva visok indeks sposobnosti procesa. Vse bolj se odločamo na osnovi izmerjenih vrednosti, zato moramo vedeti, kako kakovostne so meritve.
Merilni sistem je skupek instrumentov ali merilnih priprav, etalonov, zaporedja operacij, programske opreme, osebja, okolja in predpostavk, s pomočjo katerih določimo enoto meritve ali izmerjeno vrednost. [2]
Vrste merilnih sistemov
- Variabilni merilni sistem - Atributivni merilni sistem - Kompleksni merilni sistem
2.3.1 Variabilni merilni sistem
Variabilne karakteristike so vse tiste, katerih vrednosti se lahko izrazi numerično. Za analizo ponovljivosti in primerljivosti (R&R) variabilnih merilnih sistemov uporabljamo metodo srednjih vrednosti in razpona (𝑋&R). Gre za matematično metodo, ki upošteva ponovljivost in primerljivost. Metoda omogoča analizo ponovljivosti in primerljivosti ločeno, ne pa njunega medsebojnega vpliva. Število merilcev, merjencev in ponovitev se lahko spreminja (običajno 10 merjencev, 3 merilci, 3 ponovitve). [3]
2.3.2 Atributivni merilni sistem
Mnogo karakteristik izdelka se lahko izrazi samo atributivno – imenujejo se opisne karakteristike.
Na podlagi pregleda opisnih oz. atributivnih karakteristik se lahko pregledan izdelek razvrsti le v eno od dveh skupin: ustreza ali ne ustreza določeni specifikaciji.
Uporablja se za kalibre, kontrolne priprave, vizualne karakteristike in ostale atributivne merilne sisteme. Tovrstni merilni sistemi nam povedo samo, ali je kos sprejemljiv ali ne. [2]
2.3.3 Kompleksni merilni sistem
Kompleksni merilni sistemi so merilni sistemi pri katerih ni mogoče večkrat pomeriti istega kosa (porušitveni in neponovljivi), npr.:
- Merjenec se med uporabo ali testiranjem spremeni.
- Karakteristike se spreminjajo in so občutljive na pogoje večkratnega testiranja in jih kasneje ni možno/primerno primerjati.
- Karakteristike, ki zahtevajo testiranje v daljšem časovnem obdobju (brizgani kosi, liti kosi
…).
- Proizvod, ki ga fizično ni mogoče vrniti v fazo testiranja (v linijo vgrajena merilna naprava).
- Merjenec je fizično uničen (natezna trdnost, testiranje zvarov) ali pa ga ni možno meriti na isti lokaciji. [2]
3 METODE ZA PREISKAVO ZVAROV
3.1 Makrografija 3.1.1 Uvod
Makrografija spada med preizkuse, ki zahtevajo mehansko rezanje merjenca na manjše vzorce. To opredeljujemo kot destruktivni/porušitveni test (Destructive tests – DT). Pri tej metodi ocenjujemo trdnost varjenega spoja, uvarjenost, kar pomeni, kako globoko je zvar prodrl, in je ena izmed zahtev kupca – obliko in strukturo zvara ter materialne spremembe na območjih, ki jih je dosegla visoka temperatura pri procesu varjenja. [4]
3.1.2 Priprava za meritve
Preizkus se opravi po naslednjih korakih. Najprej se zvarjen kos razreže. Rez mora biti narejen čez zvare, ki jih bomo merili. Pomembno je, da je rezanje vedno hlajeno, saj lahko vročina spremeni strukturo površine, ki jo bomo merili. Ko so kosi pripravljeni, jih je treba zbrusiti in spolirati. To se opravi z napravo, na kateri se vrtijo trije diski. Na diskih so prilepljene tri vrste brusilnega papirja (grob, manj grob, polirni). Voda, ki kaplja na diske, zagotavlja hlajenje. Najprej se kosi brusijo na grobem in manj grobem disku, da se pridobi površina, ki kaže strukturo zvara. Na koncu pa se merjenec brusi s finim brusilnim papirjem, kar nam omogoči zelo gladko površino za merjenje ob veliki povečavi.
Resne napake, kot so razpoke, so vidne že na polirni površini. Toda za odkrivanje mej zvara potrebujemo jedkanje z ustrezno raztopino, ki kovino napade tako, da posebne značilnosti izstopijo. Merjence potopimo v jedko raztopino in počakamo. Po pretečenem času zvar potemni in očitno izstopa od matične kovine (slika 2). [5]
Slika 2: Merjenec po brušenju in jedkanju.
3.1.3 Izvedba meritve
Makrografija se izvaja z optičnim mikroskopom, na katerega postavimo merjenec. Tega opazujemo na zaslonu računalnika in ga v odvisnosti od oblike zvara ustrezno pomerimo ter meritve primerjamo s tolerancami, ki so zahtevane. V primeru da merjenec ne doseže zahtevanih omejitev, kot je prikazano na sliki 1, kos ni v redu, v primeru da so vse meritve zelene (slika 2) so zahteve dosežene in je zvar v redu. [4]
Slika 3: Slab zvar.
Slika 4: Dober zvar.
3.2 Ultrazvočna kontrola kakovosti 3.2.1 Uvod v ultrazvočno kontrolo kakovosti
Ultrazvočna metoda spada v področje nedestruktivnega testiranja (NDT). NDT je zelo široko, interdisciplinarno področje, ki igra ključno vlogo pri zagotavljanju, da strukturni sestavni deli in sistemi opravljajo svojo funkcijo zanesljivo in stroškovno učinkovito. Tehniki in inženirji NDT opredeljujejo in izvajajo teste, ki ugotavljajo in karakterizirajo materialne razmere in napake, ki bi sicer lahko povzročile strmoglavljenje letal, odpoved reaktorjev, iztirjenje vlakov, pokanje
cevovodov in številne manj vidne, a enako zaskrbljujoče dogodke. Ti testi se izvajajo na način, ki ne vpliva na nadaljnjo uporabnost predmeta ali materiala. Z drugimi besedami, NDT omogoča pregled ter merjenje delov in materialov, ne da bi jih poškodovali. Ker omogoča pregled brez poseganja v končno uporabo izdelka, NDT zagotavlja odlično ravnovesje med nadzorom kakovosti in stroškovno učinkovitostjo. Na splošno velja, da se NDT uporablja za industrijske inšpekcijske preglede. V metodi NDT se uporabljajo tehnologije, ki so podobne tistim, ki se uporabljajo v medicinski industriji, le da so inšpekcijski pregledi tu običajno neživi predmeti.
Poleg drugih metod NDT se bo to delo posvetilo metodi ultrazvočne kontrole zvarov pri aluminiju.
Ultrazvočno testiranje (UT) za izvajanje pregledov in meritev uporablja visokofrekvenčno zvočno energijo. Ultrazvočni pregled se lahko uporablja za odkrivanje ali vrednotenje napak, dimenzijske meritve, karakterizacijo materiala in še več. Za ponazoritev splošnega načela nadzora bo uporabljena tipična konfiguracija oddajnik/sprejemnik, kot je prikazano spodaj.
Tipični sistem za nadzor UT je sestavljen iz več funkcionalnih enot, kot so oddajnik/sprejemnik, pretvornik in prikazovalne naprave (Slika 5). Oddajnik/sprejemnik je elektronska naprava, ki proizvaja visokonapetostne električne impulze. Zaradi pretvornika ustvarja visokofrekvenčno ultrazvočno energijo. Zvočna energija se vnaša in širi skozi materiale v obliki valov. Ko pride do diskontinuitete (na primer razpoke) na valovni poti, se bo del energije od površine napake (defekta) odbil nazaj. Odsevni valovni signal pretvornik pretvori v električni signal in ga prikaže na zaslonu.
Na spodnji sliki je prikazana odsevna moč signala glede na čas od generacije signala do prejema odmeva. Čas potovanja signala je lahko neposredno povezan z razdaljo, ki jo je prepotoval signal.
Iz signala lahko pridobimo informacije o lokaciji, velikosti, usmerjenosti in drugih lastnostih defekta.
Slika 5: Delovanje ultrazvoka po načinu oddajnik/sprejemnik.
Ultrazvočni pregled je zelo uporabna in vsestranska metoda NDT. Nekatere prednosti ultrazvočnega pregleda, ki jih pogosto omenjajo, so:
- občutljiv je tako na površinske kot na globinske diskontinuitete;
- globina prodiranja za odkrivanje ali merjenje napak je boljša od drugih metod NDT;
- pri uporabi tehnike pulz-odmev je potreben samo enostranski dostop;
- je zelo natančen pri določanju položaja defekta in pri oceni velikosti in oblike;
- potrebna je minimalna priprava dela;
- elektronska oprema zagotavlja takojšnje rezultate;
- podrobne slike lahko ustvarimo z avtomatiziranimi sistemi;
- poleg odkrivanja napak ima tudi druge namene, na primer merjenje debeline.
Kot pri vseh metodah NDT ima tudi ultrazvočni pregled svoje omejitve:
- površina mora biti dostopna za oddajanje ultrazvoka;
- spretnost in usposabljanje je obsežnejše kot pri nekaterih drugih metodah;
- običajno zahteva spenjalni medij za pospeševanje prenosa zvočne energije v preizkusni primerek;
- materiale, ki so grobi, nepravilne oblike, zelo majhni, izjemno tanki ali niso homogeni, je težko pregledati;
- litino in druge grobo zrnate materiale je zaradi majhnega prenosa zvoka in visokega hrupa signala težko pregledati;
- linearne napake, usmerjene vzporedno z zvočnim žarkom, lahko ostanejo neopažene;
- za umerjanje opreme in opredelitev napak so potrebni referenčni standardi.
3.2.2 Zgodovina ultrazvoka:
Pred drugo svetovno vojno je tehnika pošiljanja zvočnih valov skozi vodo in opazovanja povratnih odmevov, ki so značilni za potopljene predmete, navdihnila zgodnje ultrazvočne preiskovalce, da raziščejo načine za uporabo koncepta pri medicinski diagnozi. V letih 1929–1935 je Sokolov preučeval uporabo ultrazvočnih valov pri odkrivanju kovinskih predmetov. Leta 1931 je Mulhauser pridobil patent za uporabo ultrazvočnih valov z dvema pretvornikoma za odkrivanje napak v trdnih snoveh. Firestone (1940) in Simons (1945) sta razvila pulzno ultrazvočno testiranje s tehniko pulz-odmev.
Kmalu po koncu druge svetovne vojne so raziskovalci na Japonskem začeli raziskovati medicinske diagnostične zmogljivosti ultrazvoka. Prvi ultrazvočni instrumenti so uporabljali predstavitev v načinu A z bliskavicami na zaslonu osciloskopa. Sledila je predstavitev v načinu B z dvodimenzionalno sivo sliko.
Japonsko delo na področju ultrazvoka v ZDA in Evropi do petdesetih let je bilo razmeroma neznano. Raziskovalci mednarodnih medicinskih skupnosti so pozneje predstavili svoje ugotovitve o uporabi ultrazvoka za odkrivanje žolčnih kamnov in tumorjev. Japonska je bila tudi prva država, ki je uporabila Dopplerjev ultrazvok, aplikacijo ultrazvoka, ki zazna notranje premikajoče se predmete, kot je kri, ki teče skozi srce, za kardiovaskularne preiskave.
Pionirji ultrazvoka, ki delajo v ZDA, so v naslednjih desetletjih na tem področju prispevali številne novosti in pomembna odkritja. Raziskovalci so se naučili uporabljati ultrazvok za odkrivanje potencialnega raka in za vizualizacijo tumorjev pri živih osebah in izrezanem tkivu. Slikanje v realnem času, drugo pomembno diagnostično orodje za zdravnike, je v času skeniranja prikazalo ultrazvočne slike neposredno na zaslonu CRT-sistema. Uvedba spektralnega dopplerja in kasnejšega barvnega dopplerja je prikazovala pretok krvi v različnih barvah, ki je označevala hitrost in smer njenega pretoka. [6]
3.2.3 Fizikalno ozadje ultrazvočne kontrole
Metoda ultrazvočnega testiranja temelji na principu akustike, in sicer na spremenljivih deformacijah in vibracijah materialov. Vsaka snov je sestavljena iz atomov, ki se vibracijsko gibljejo okoli svojega ravnotežnega stanja. Vzorcev gibanj je veliko, ampak za akustiko in ultrazvočno testiranje je pomembnih le nekaj. Pomembno gibanje je tisto, pri katerem atomi tvorijo mehanski val in se gibljejo soglasno. Ko je material brez obremenitve, vsak delec v mediju oscilira (gibanje naprej-nazaj kot nihalo ali vibracija). Ko pa se delci medija premaknejo iz ravnotežnih položajev, se v mediju pojavijo notranje (elektrostatične) obnovitvene sile. Te obnovitvene sile v združitvi z vztrajnostjo delcev povzročijo skupno oscilatorno gibanje medija. [6]
Po načinu osciliranja delcev ločimo štiri glavna zvočna valovanja:
- vzdolžni ali longitudinalni valovi, - strižni ali transverzalni valovi, - površinski valovi,
- ploščni valovi.
Glavni obliki za ultrazvočno testiranje sta longitudinalno in transverzalno valovanje.
Pri longitudinalnem valovanju (slika 6 zgoraj) se valovi premikajo v vzdolžni smeri oz. v smeri širjenja valov. Imenujemo jih tlačni valovi, saj so v njih aktivne tlačne sile ali pa valovi gostote, ker se gostota delcev med gibanjem spreminja. Takšni valovi nastajajo v tekočinah pa tudi v trdnih snoveh, energija pa potuje skozi atomsko strukturo z gibi stiskanja in raztezanja. [6]
Pri transverzalnem valovanju (slika 6 spodaj) delci nihajo pod pravim kotom ali prečno na smer širjenja valov. Takšni valovi potrebujejo zvočno trden material za učinkovito širjenje, zato se v tekočinah in plinih ne širijo učinkovito. Ti valovi so razmeroma šibki v primerjavi z longitudinalnimi in nastajajo običajno v materialih, pri katerih se del energije longitudinalnih valov porabi. [6]
Slika 6: Transverzalno in longitudinalno valovanje.
3.2.3.1 Načini širjenja zvočnih valov
V zraku zvok potuje s stiskanjem in raztezanjem molekul zraka v smeri premikanja. V trdnih snoveh pa molekule podpirajo vibracije v druge smeri, kar povzroči veliko različnih zvočnih valov.
Kot omenjeno, se pri ultrazvočni preiskavi najpogosteje uporabljajo longitudinalni (vzdolžni) in transverzalni (strižni) valovi. Kljub temu pa na površinah in zvarih različne vrste eliptičnih in
kompleksnih vibracij delcev omogočijo tudi druge valove. Za pomoč pri ultrazvočni preiskavi imamo na voljo valovna načina Rayleigh in Lamb.
Površinski (ali Rayleighovi) valovi potujejo po površini debelejšega trdnega materiala in prodirajo do globine ene valovne dolžine. Ti valovi so združitev vzdolžnega in prečnega valovanja in ustvarijo eliptično gibanje. Glavna os elipse je pravokotna na površino materiala. Ko se globina atoma od površine materiala povečuje, se širina njegovega eliptičnega gibanja zmanjšuje.
Površinski valovi nastanejo, ko vzdolžni val preseka površino materiala v bližini drugega kritičnega kota. Takšni valovi so koristni, ker so občutljivi na površinske napake in sledijo tudi neravni površini. Zato se Rayleighovi valovi uporabljajo za pregled območij, do katerih drugi valovi težko pridejo.
Ploščni valovi so podobni površinskim, le da te tvorijo materiali, debeline nekaj valovnih dolžin.
Lambovi valovi so najbolj uporabljeni ploščni valovi v metodi NDT. Njihovo širjenje je odvisno od gostote in elastičnosti materiala. Lambovi valovi nastajajo pod vpadnim kotom, pri katerem je komponenta hitrosti vala iz vira enaka hitrosti vala v preskusnem materialu. Ti valovi bodo potovali do nekaj metrov v jeklu in so uporabni za preskušanje plošč, žic in cevi. [6]
Z njimi je možnih veliko načinov vibracij delcev, najpogostejša pa sta simetrična in asimetrična oblika. Kompleksno gibanje delcev je podobno eliptičnim orbitam površinskih valov. Simetrični Lambovi valovi se simetrično premikajo po srednjici plošče, čemur rečemo ekstenzijski način, ker val »razteza in stiska« ploščo v smeri gibanja vala. Simetrični način je najbolj efektiven, ko je sila vzporedna s ploščo. Način nesimetričnega vala pogosto imenujemo »upogibni način«, ker velik del gibanja potuje v normalno smer do plošče, majhen del gibanja pa se dogaja v smeri, ki je vzporedna s ploščo. Pri tem načinu se telo plošče upogne, ko se obe površini premikata v isto smer.
Glavne lastnosti valov, ki se širijo v trdnih materialih in po katerih jih merimo in opišemo, so valovna dolžina 𝜆, ki je definirana po razdalji med zaporednimi točkami iste faze v valu, frekvenca 𝑓, ki je število celotnih ciklov v enoti časa (izražena v Hertzih [Hz]), in hitrost 𝑣, ki je prepotovana razdalja vala v enoti časa. Valovna dolžina je neposredno sorazmerna s hitrostjo vala in obratno sorazmerna s frekvenco vala. To razmerje prikazuje enačba 1:
𝜆 = 𝑣
𝑓 (1)
Slika 7 in slika 8 prikazujeta longitudinalni in transverzalni (strižni) val. Kot prikazuje enačba, bo sprememba frekvence povzročila spremembo valovne dolžine. Večja je frekvenca, manjša bo
valovna dolžina. Pri metodi ultrazvočnega testiranja zvarov nam visoka frekvenca omogoča zaznavanje majhnih defektov, kar je tudi cilj NDT. [6]
Slika 7: Valovna dolžina valovanj pri frekvenci 0,3 mHz.
Slika 8: Valovna dolžina valovanj pri frekvenci 0,8 mHz.
Pri ultrazvočnem testiranju je potrebno določiti frekvenco pretvornika, ki bo uporabljen. Kot omenjeno, bo sprememba frekvence, ko je hitrost zvoka konstantna, povzročila spremembo valovne dolžine. Valovna dolžina je zelo pomembna pri zaznavi defektov, saj obstaja splošno pravilo, ki pravi, da mora biti nepravilnost oz. defekt večji od polovice valovne dolžine, da obstaja možnost, da bo ta zaznan. [6]
Pogosto uporabljena izraza pri ultrazvočnem pregledu sta ločljivost in občutljivost, ki podajata opis o sposobnosti tehnike ob odkrivanju napak. Občutljivost je sposobnost iskanja majhnih napak.
Običajno se povečuje z večanjem frekvence (manjšanjem valovne dolžine). Ločljivost pa je zmožnost sistema, da poišče diskontinuitete, ki so blizu materiala ali se nahajajo v bližini površine dela. Ločljivost se na splošno tudi poveča s povečanjem frekvence.
Velikost frekvence valovanja lahko tudi negativno vpliva na zmožnost pregleda materiala. Preden se izbere frekvenca meritve, se je potrebno seznaniti s strukturo, vrsto in debelino zrn materiala ter velikostjo in verjetno lokacijo defekta. Ko se frekvenca povečuje, se zvok pogosto razprši zaradi velike zrnatosti ali majhnih pomanjkljivosti v samem materialu. Odliti materiali imajo pogosto groba zrna in druge značilnosti, ki razpršijo zvok in zahtevajo uporabo nižjih frekvenc za preiskavo takšnih izdelkov. Kovane izdelke z usmerjeno in dodelano zrnato strukturo je običajno mogoče pregledati z visokofrekvenčnimi pretvorniki. Zaradi različnih vzrokov razprševanja zvoka znotraj materiala in visoke frekvence je potrebno omeniti še, da se iz tega razloga njegova prodorna moč zmanjša. To je moč oziroma največja globina v materialu, na kateri se lahko pojavljajo pomanjkljivosti. Frekvenca vpliva tudi na obliko ultrazvočnega žarka. Poleg teh vzrokov za slabšo zaznavo so prisotne še druge spremenljivke. To so dolžina impulza, vrsta in napetost kristala, lastnosti kristala, material za podlago, premer pretvornika in sprejemno vezje instrumenta. [6]
Skozi različne materiale zvok potuje z različno hitrostjo. To se dogaja zaradi različnih mas atomskih delcev in različne prožnostne konstante materialov. Masa delcev je povezana z gostoto materiala, prožnostna konstanta pa z elastičnimi lastnostmi. Splošno razmerje med hitrostjo zvoka v trdni snovi, njeno gostoto in konstanto elastičnosti podaja enačba:
𝑉 = √𝐶𝑖𝑗
𝜌 (2)
V enačbi 2 je V hitrost zvoka, C prožnostna konstanta, in 𝜌 gostota materiala. Indeks ij pri C označuje usmerjenost elastične konstante glede na vrsto in smer potovanja valovanja. Enačba ima zaradi različnih vrst valov (vzdolžnih, strižnih) in uporabljenih prožnostnih konstant več različnih oblik. Tipične prožnostne konstante vključujejo:
- Youngov modul E: je fizikalna količina, določena pri raztezanju in stiskanju teles kot razmerje med mehansko napetostjo (silo na enoto preseka) in relativnim raztezkom v Hookovem zakonu. Navadno ga označujemo s črko E. Izpeljana enota za prožnostni modul je N/mm2 ali MPa. [7]
- Poissonovo razmerje µ: določeno kot absolutna vrednost razmerja med relativnim skrčkom v prečni smeri (kontrakcija) in relativnim raztezkom v vzdolžni smeri (dilatacija) pri nateznih obremenitvah snovi oziroma med relativnim raztezkom v prečni smeri in relativnim skrčkom v vzdolžni smeri pri tlačnih obremenitvah snovi. [7]
- Modul v razsutem stanju: mera stisljivosti materiala zaradi hidrostatičnega tlaka.
- Strižni modul G: določen pri strižni deformaciji teles kot razmerje med strižno napetostjo in strižno deformacijo v Hookovem zakonu. Navadno ga označujemo s črko G. Izpeljana enota za strižni modul je N/mm2 ali MPa. [7]
- Lamejevi konstanti l in m: materialni konstanti, ki izhajata iz Youngovega in Poissonovega razmerja. [6]
Pri računanju hitrosti vzdolžnega valovanja se pogosto uporablja Youngov modul in Poissonovo razmerje, pri strižnem valovanju pa strižni modul, velikokrat pa je najprimerneje izračunavati hitrost s pomočjo Lamejevih konstant.
V aluminiju je približna hitrost vzdolžnega valovanja zvoka 0,632 cm/µs, hitrost strižnega valovanja zvoka pa 0,313 cm/µs. Po primerjavi hitrosti zvokov je strižno valovanje zvoka približno polovica vzdolžnega.
Ko zvok potuje skozi medij, se njegova intenzivnost z razdaljo zmanjšuje. Razlog za to sta razpršitev vala in absorpcija. Absorpcija pretvori zvočno energijo v druge oblike energije.
Razprševanje pa je odsev zvoka v druge smeri od prvotne. Kombiniran učinek teh pojavov se imenuje slabljenje. Ultrazvočno slabljenje pa je hitrost razpada vala, ko potuje skozi material. S slabljenjem se spreminja amplituda vala. To spremembo zapišemo z enačbo:
𝐴 = 𝐴𝑜𝑒−𝛼 (3)
V enačbi 3 je Ao oslabljena amplituda razširjenega vala na določenem mestu. Amplituda A je zmanjšana amplituda, po tem ko je val prepotoval razdaljo od začetne lokacije. Znak α je dušilni koeficient vala, ki potuje v isti smeri. Znak e pa je Napierjeva konstanta vrednosti 2,71828…
Ker je dušenje pogosto podano v povprečju za več frekvenc, je lahko dejanska vrednost dušilnega koeficienta za dani material precej drugačna, saj nanj vpliva tudi način izdelave. Takšne navedene vrednosti oslabitve le grobo opisujejo slabljenje in jim ni treba samodejno zaupati. Dušilni koeficient lahko dobimo eksperimentalno, in sicer tako, da ovrednotimo več odsevov, kot je prikazano na sliki 9.
Slika 9: Slabljenje zvoka in način merjenja dušilnega koeficienta.
Izmerimo število decibelov med sosednjima signaloma in ga delimo s časovnim intervalom med njima. Iz tega izračuna dobimo dušilni koeficient v decibelih na enoto časa Ut. To vrednost pretvorimo v nepers/dolžino [Np/m] časa z enačbo. Če vrednost delimo z 0,1151, dobimo bolj primerno SI enoto decibel/dolžino:
𝛼 =0,1151
𝑣 𝑈𝑡 (4)
V enačbi 4 je v hitrost zvoka v metrih na sekundo in Ut (dušilni koeficient) v decibelih na sekundo.
3.2.3.3 Koeficient odboja in prenosa
Ultrazvočni valovi se odbijajo na mejah, kjer so prisotne razlike zvočnih impedanc (Z). Te so definirane kot zmnožek materialne gostote in hitrosti zvoka. Ta neskladnost impedanc različnih materialov povzroči večji odstotek odbite energije na vmesnik ali mejo dveh medijev. Ta odstotek odbite energije se ob znanih impedancah materialov izračuna z naslednjo enačbo:
𝑅 = (𝑍2−𝑍1
𝑍2+𝑍1)2 (5)
Dobljena vrednost je odbojni koeficient, ki ga pomnožimo s 100, in dobimo količino odbite energije, ki predstavlja odstotek prvotne energije. Ker mora biti količina odbite in prenesene energije enaka celotni oddani energiji, dobimo koeficient prenosa z razliko oddane in odbojne energije.
3.2.3.4 Snellov zakon
Ultrazvočni val se med dvema materialoma lomi. To se zgodi zaradi različnega lomnega količnika materialov in tako nastanejo odbiti in lomljeni valovi. Enako se dogaja s svetlobo. To je najlažje opisati z opazovanjem roke oziroma predmeta pod vodo. Predmet se zdi bližje, kot dejansko je.
Refrakcija se dogaja na stičišču materialov zaradi različnih hitrosti zvoka v obeh materialih.
Hitrost zvoka v vsakem materialu določata modul elastičnosti in njegova gostota. Kot je vidno na sliki 10, se zaradi različnih hitrosti potovanja zvoka zvočni val upogne.
Snellov zakon opisuje razmerje med koti in hitrostmi valov. Ta zakon enači razmerje med hitrostmi zvokov v dveh materialih in razmerjem sinusnih vpadnih kotov ter sinusnih lomljenih kotov, kar prikazuje enačba 6:
Slika 10: Snellov zakon.
𝑠𝑖𝑛𝜃1
𝑉𝐿1 = 𝑠𝑖𝑛𝜃2
𝑉𝐿2 (6)
VL1 je hitrost longitudinalnega vala v materialu 1.
VL2 je hitrost longitudinalnega vala v materialu 2.
Odbiti val VL1 se odraža pod enakim kotom kot vpadni kot. Oba kota potujeta v istem materialu, zato imata enake hitrosti. Ta val ni pomemben pri razlagi Snellovega zakona, je pa pomembno, da vemo, da se nekaj valovne energije odbije takoj ob stiku z drugim materialom.
3.2.3.4 Pretvorba načina valovanja
Ko zvok potuje v trdnem materialu, se lahko zgodi, da se ena oblika valovne energije spremeni v drugo. Na primer, ko vzdolžni val pride v stik z medijem pod kotom, lahko nekaj energije povzroči, da se delci začnejo premikati v prečni smeri, kar povzroči prečno valovanje. Pretvorba načina se zgodi, ko val interferira z materiali drugačnih zvočnih impedanc in vpadnim kotom, ki ni pravokoten na medij.
Slika 11: Pretvorba načina ultrazvoka.
Na sliki 11 je prikazana pretvorba načina, ki se zgodi, ko vpadni val vpada pod majhnim kotom glede na medij. Vzdolžni (L – longitudinalni) val in prečni (T – transverzalni) val nastaneta z lomom vpadnega. Ko se dve vrsti valovanja odbijeta od spodnje površine, se zgodi sekundarna pretvorba, ki povzroči valove LL, LT, TL in TT. Če se to nekajkrat ponovi, ultrazvočni signal postane težaven za odčitavanje.
Kot že omenjeno, sta za detekcijo napak pomembni frekvenca in valovna dolžina. Vendar odkrivanje napak vključuje številne druge dejavnike. Na primer količina zvoka, ki se odbije zaradi napake, je odvisna tudi od razlike impedanc napake in okoliških materialov. Zračna praznina je boljši odsevnik kot kovina, saj je razlika impedanc med kovino in zrakom večja. Okoliški material ima pogosto konkurenčne odseve, kot so na primer zrna mikrostrukture kovin. Merilo zaznavnosti je razmerje med signalom in šumom. Razmerje signal/šum je merilo primerjave signala napake z drugimi odsevi v ozadju (»hrup«). To razmerje je po navadi najmanj 3 proti 1. Absolutna raven hrupa in absolutna jakost odmeva zaradi napake je odvisna od več dejavnikov:
- velikost sonde in goriščne lastnosti,
- frekvenca sonde, pasovna širina in učinkovitost, - pot in razdalja pregleda (voda in/ali trdna snov), - medij (ukrivljenost in hrapavost površine), - mesto napake glede na vpadni žarek,
- inherentna hrupnost kovinske mikrostrukture,
- lastna odbojnost napake, ki je odvisna od njene zvočne impedance, velikosti, oblike in usmerjenosti,
- razpoke in volumetrične napake lahko ultrazvočne valove odsevajo povsem drugače, - številne razpoke so "nevidne" iz ene smeri, iz druge smeri pa delujejo kot močni odsevniki, - večplastne napake po navadi razpršijo zvok stran od pretvornika.
Enačba 7 povezuje spremenljivke, ki vplivajo na razmerje signal/šum (S/N) napake:
𝑆
𝑁= √𝜌𝑤16
𝑥𝑤𝑦∆𝑡
𝐴𝑓𝑙𝑎𝑤(𝑓0)
𝐹𝑂𝑀 (𝑓0) (7)
Poenostavljeno povedano se vrednost razmerja po formuli:
- poveča z naraščajočo velikostjo napake (amplituda razprševanja). Zaznavnost napake je neposredno sorazmerna z njeno velikostjo;
- poveča z bolj fokusiranim snopom. Z drugimi besedami, zaznavnost napak je obratno sorazmerna s širino žarka pretvornika;
- poveča z zmanjšanjem širine impulza (delta-t). Z drugimi besedami, zaznavnost napak je obratno sorazmerna s trajanjem impulza, ki ga proizvaja ultrazvočni pretvornik. Čim krajši je impulz (pogosto večja frekvenca), tem lažje je odkriti napako. Krajši impulzi ustrezajo širši pasovni širini frekvenčnega odziva;
- zmanjšuje pri materialih z visoko gostoto in/ali visoko ultrazvočno hitrostjo. Razmerje signal/šum (S/N) je obratno sorazmerno z gostoto materiala in zvočno hitrostjo.
Da razumemo fizikalno ozadje ultrazvoka, je za konec pomembno omeniti še interakcije valov.
Do sedaj je bilo rečeno,da se skozi material širi en sam sinusni val. Vendar zvok, ki ga oddaja ultrazvočni pretvornik, ne izvira iz ene same točke, ampak iz številnih točk na površini piezoelektrika. Rezultat je zvočno polje z veliko valovi, ki med seboj interferirajo. Ko valovi medsebojno delujejo, se začnejo prekrivati. Amplituda zvočnega tlaka ali premika delcev na kateri koli točki interakcije pa je vsota amplitud obeh posameznih valov. Če bi opazovali dva enaka vala in bi bila v fazi (vrhovi in doline poravnani), se združita in podvojita premik enega od valov. Če sta popolnoma izven faze (vrh enega poravnan z dolino drugega), delujeta tako, da drug drugega izničita. Ko pa nista oba vala v popolni fazi, je nastali val vsota amplitud valov za vse točke vzdolž vala (slika 12).
Slika 12: Vpliv dveh valov na amplitudo v odvisnosti od njune faze.
Z ultrazvočnim pretvornikom se valovi širijo s površine pretvornika s krožno valovno fronto. Če bi lahko dosegli, da bi se valovi širili iz ene točke na površini pretvornika, bi se zvočno polje pojavilo, kot je prikazano na sliki 13. Svetla območja so območja redčenja, temna pa območja stiskanja.
Slika 13: Krožna fronta zvočnih valov.
Kot že omenjeno, zvočni valovi izvirajo iz več točk vzdolž površine pretvornika. Ko valovi izvirajo iz več točk vzdolž površine, dobimo močno in enakomerno valovno polje (slika 14), ki je osnova za detekcijo napak v zvarih.
Slika 14: Zvočno valovno polje.
Najpogostejše napake pri FSW varjenju so nepopolna uvarjenost, prevelika penetracija zvara (koren), srh na temenu zvara, linearno neujemanje, vbočeno teme vara, neenakomerna širina zvara, neustrezna hrapavost površine zvara, podolgovata votlina in razpoke v zvaru. [15] Ultrazvočno odkrivanje napak je že dolgo najprimernejša metoda za neporušitveno preskušanje pri varjenju.
Ker je metoda natančna in enostavna, je ultrazvok potisnila v ospredje inšpekcijske tehnologije.
Ultrazvočni pregled se izvaja z uporabo pretvornika ravnih žarkov v povezavi s kotnim. Pretvornik ravnih žarkov proizvaja longitudinalne valove, ki prvi odkrijejo kakršne koli površinske napake v območju, ki so bila pod vplivom toplote ali v njeni bližini. To je pomembno, ker pretvornik kotnih valov morda ne bo mogel zagotoviti povratnega signala iz te površinske napake. Temu sledi uporaba kotnega pretvornika, ki s pomočjo ustvarjanja strižnih ali longitudinalnih valov, načel loma in pretvorbe načina, pregleduje dejanski zvar. Ta pregled vključuje korenino, rob in krono zvara ter toplotno prizadeta območja. Z ustreznimi tehnikami kotnih žarkov lahko odboji, ki se vrnejo od območja zvara, operaterju omogočijo določitev lokacije defekta in njegovo vrsto. [6]
4 POSTOPKI VARJENJA
4.1 Varjenje z gnetenjem – FSW
4. 1.1 Zgodovina metode varjenja FSW (Friction stir welding)
Čeprav lahko združitev materialov izsledimo do več kot 2000 let nazaj, se je varjenje pojavilo kot nujen postopek v proizvodnji pozno, v 19. stoletju. Temu postopku so sledila številna odkritja, kot sta acetilen in oksiacetilen blowpipe, znan kot plinsko varjenje, lok med dvema ogljikovima elektrodama, ki vodita do obločnega varjenja, in električno segrevanje, ki privede do uporovnega varjenja. Med tem ko je bilo varjenje s plinom v začetku 90. let 20. stoletja bolj prakticirano, je
bilo po tem veliko napredka narejenega na področju oblokovnega postopka. Plinski in oblokovni proces sta obliki fuzijskega varjenja, kar pomeni, da se morata dela v postopku varjenja najprej stopiti, nato pa se kot celota strdita.
Pri obločnem fuzijskem varjenju je gostota toplotne energije običajno nizka, kar privede do širokega območja varjenja (veliko staljene kovine). Ta območja so prizadeta zaradi toplote, kar posledično vpliva na visoko stopnjo okvar povezanih s strditvijo, zmanjšanjem moči materiala in izkrivljanjem. Da bi se izognili tem težavam, se v poznih 50. letih razvije zožena oblika obloka – plazemsko varjenje. Kasneje se z izumom laserja, ki omogoča veliko koncentracijo toplote in s tem globoko penetracijo, hitro pojavi lasersko varjenje, ki se uporablja še danes. Pri tej metodi je sposobno doseči debel var z zelo ozko staljeno zvarno cono in območja, ki so prizadeta s toploto.
Tako je kakovost laserskega varjenja na splošno zelo visoka.
Pred izumom metode FSW je bilo prej kar nekaj tehnoloških razvojev nefuzijskih postopkov varjenja, ki so imeli omejeno uporabo v industriji. Eden od teh procesov je varjenje s trenjem. V tem postopku je delovna temperatura manjša od temperature tališča obdelovanih materialov. Da je zvar med dvema deloma narejen, je potrebna visoka temperatura. To dobimo s pomočjo trenja, ki ga povzroči različna hitrost premikanja enega v stiku z drugim (fiksni del – premični del).
Premikanje je lahko rotacijsko ali pa translacijsko. Ko je s trenjem primerna temperatura dosežena na material, ustvarimo mehansko silo, ki mora vedno delovati pravokotno na silo trenja, kar obdelovana dela ob visoki temperaturi združi, in ko s premikanjem zaključimo in temperatura pade, dela ostaneta zavarjena skupaj. Čeprav je metoda enostavna, je njena težava geometrija, kar njeno uporabo omeji.
Za varjenje v trdnem stanju je termomehansko načelo trenja postavilo pomembno podlago za poznejši izum postopka FSW. Inštitut za varjenje (TWI – The Welding Institute) v Veliki Britaniji se je leta ukvarjal z raziskovanjem področja varjenja s trenjem in razvil številne različice metod za varjenje s trenjem. Sem spadajo učinki tretjega telesa na material v plastičnem (omehčanem) stanju in njegov transport, adiabatsko segrevanje med deformacijo ter razmerje med navorom in hitrostjo vrtenja, ko je prisotna zadostna količina omehčanega materiala med procesom.
Leta 1991 je Wayne Thomas, ki je delal na področju raziskav in razvoja varjenja na inštitutu TWI, s sodelavci dobil zamisel za rotacijsko sondo tršega materiala, kot je material obdelovancev. Ta sonda bi material omehčala do stanja plastičnosti in ga transportirala do te mere, da se obdelovanca združita. To odkritje je še danes poznano kot FSW (friction stir welding – varjenje z gnetenjem).
Zagotavlja varjenje na zelo široki paleti struktur in velik spekter geometrije.
Varjenje brez taljenja je zelo pomembno, saj zagotavlja odsotnost razpok povezanih s strjevanjem.
Poleg tega poteka postopek brez emisij in hlapov za razliko od obločnih metod. FSW je okolju prijazen postopek, saj ne proizvaja hlapov, radiacij, dima in svetlobe, ki lahko poškodujejo vid.
Zanj prav tako ne potrebujemo nobenega polnilnega materiala, kar daje dodatno prednost pri fazi mikrostrukture zvara, saj je zvar mešanica polnila in matične kovine, ki se pogosto razlikujejo.
Do danes je FSW najbolj uspešno uporabljen pri varjenju aluminija. Razlog za to je enostavnost postopka in široka uporaba aluminija v pomembnejših panogah. Zlasti v primerih, kot ga je imel Boeing za Delta 2 raketo, pri kateri so uporabili metodo varjenja s plazmo, in je bila stopnja defekta več kot 90 %. FSW pa jim je omogočil to stopnjo zmanjšati na skoraj 0 %. [14]
4.1.2 Opis postopka varjenja FSW
Varjenje z gnetenjem je inovativen postopek, ki je bil uspešno uporabljen pri spajanju aluminijastih zlitin, ki jih je običajno težko variti, saj je aluminij mehka, zelo občutljiva kovina.
Poleg tega je aluminij v staljenem stanju zelo občutljiv za nečistoče, kar povečuje tveganje, da bo na koncu prišlo do šibkih poroznih zvarov. [8] Postopek FSW, kot je predstavljen na sliki 15, uporablja cilindrično orodje s posebnim profiliranim zatičem. Vrtljivo orodje se vtisne v spoj kosov pritrjenih na podlogo. Ko trenje zmehča material, zatič potisnemo v polno globino, ki se potem premika v smeri zvara. Varjenje poteka v trdni fazi pod tališčno točko materiala, kar ponuja več prednosti od varjenja s taljenjem, kot so boljše vzdrževanje osnovnih lastnosti materiala, nižji preostali stres in odlične mehanske sposobnosti. [9]
Slika 15: Postopek varjenja FSW.
1. obdelovanec 2. orodje 3. zatič 4. rama orodja
5. smer rotacije orodja 6. pritisna sila
7. začetna točka varjenja
8. napredna stran 9. nazadujoča stran 10. zadnji rob orodja 11. vodilni rob orodja 12. sled zvara
13. izhodna luknja 14. zvarjeni kos
4.1.3 SPOJI:
FSW se uporablja za številne spoje, med katerimi sta najbolj pogosta soležni (slika 16) in prekrivni (slika 17).. Drugi običajni spoji pa vključujejo zvare za cevi, polkrožne zvare, T-zvare in vogalne zvare. [10]
Slika 16: Soležni zvarni spoj.
Slika 17: Prekrivni zvarni spoj.
4.1.4 Orodje
Oblika orodja (slika 18) je eden najpomembnejših dejavnikov, ki se upoštevajo pri načrtovanju postopka varjenja FSW. Naloga orodja je generirati toploto, mešati material, razbijati spojni vod, razprševati oksidne plasti, ustvarjati tlak kovanja, kar poskrbi, da material ostane v spoju in prepreči površinske zvare in nastanek defektov. Pomembna je tudi geometrija orodja, saj omogoča pravilno nastavitev za nadzor stabilnosti sile in navora ter primernost glede na potrebno globino.
[10]
Slika 18: Sestavni deli orodja in orientacija orodja med postopkom.
1. obdelovanec 2. zatič
3. rama 4. peta
5. globina pete
6. smer rotacije orodja 7. pritisna sila
8. kot orodja
4.1.5 Parametri FSW
Za FSW sta zelo pomembna dva parametra: hitrost vrtenja orodja (vrt/min) in hitrost premikanja orodja vzdolž zvara. Vrtenje orodja povzroča mešanje in spajanje materiala okoli vrtljivega orodja, premikanje pa premakne mešani material s sprednje strani na zadnjo stran zatiča in s tem zaključi postopek varjenja. Višje hitrosti vrtenja ustvarjajo višjo temperaturo varjenja in bolj intenzivno mešanje materiala. Poleg hitrosti vrtenja in premikanja orodja pa je še en procesni parameter, ki ga je treba omeniti. To je naklon orodja glede na površino obdelovanca. Ustrezen nagib orodja v
smeri premikanja zagotavlja, da rama drži mešani material in ga učinkovito premika s sprednje strani na zadnjo. Da orodje za sabo pusti gladko površino zvara, vpliva tudi globina, na kateri orodje deluje. Ko je globina preplitva, rama orodja ne pride v stik s površino obdelovanca, kar lahko povzroči zvar z notranjim kanalom ali površinskim utorom (slika 19). Če pa je globina pregloboka, orodje povzroči konkaven zvar, kar vodi do tanjšanja varjene plošče in povzroči, da je kos nagnjen k defektom (slika 20). Nedavni razvoj je predstavil premično ramo, ki omogoča naklon orodja 0°. Takšna orodja se uporabljajo predvsem pri varjenju ukrivljenih sklepov. [9]
Slika 19: Pomanjkanje globine povzroči notranji kanal in površinski utor.
Slika 20: Prevelika globina orodja.
4.2 Varjenje MIG
Princip delovanja varjenja MIG, prikazan na sliki 21 (metal inert gas welding), je elektroobločno talilno varjenje, pri čemer se električna energija v obloku pretvori v toplotno, ki je potrebna za taljenje osnovnega in dodajnega materiala. Oblok je vzpostavljen med elektrodno žico in varjencem. Žica s podajanjem in hkrati odtajevanjem predstavlja dodajni material. Skozi šobo vpihujemo zaščitni (inertni) plin, ki ščiti kapljice, ki se odtaljujejo od žice, talino vara in osnovni material pred zrakom, ki bi sicer povzročil v varu poroznost. Odvisno od vrste zaščitnega plina ima poleg zaščite svojo vlogo tudi pri kemičnih reakcijah v obloku. [11]
Slika 21: Princip varjenja MIG.
Prednost varjenja MIG in razlog za širšo uporabo v avtoindustriji je ta, da se ga da avtomatizirati ali robotizirati.
5 ŠTUDIJA PRIMERA IN ZAHTEVE KUPCA
5.1 Študija primera
Obravnavani izdelek, nosilec baterije, je sestavljen iz aluminijastih profilov in plošč, ki so skupaj zavarjeni po postopku varjenja z gnetenjem (FSW). To predstavlja osnovo za nadaljnje delo na kosu, kjer se kasneje s postopkom varjenja MIG dodajo še moduli, puše, tesnilni zvari in drugi
katerem je potrebno preveriti njegovo globino, ter na tesnilnih zvarih, ki morajo prekrivati dno FSW zvara, da je tesnjenje kosa zagotovljeno. Trenutna frekvenca kontrole kakovosti je 1 kos na teden in je postavljena s strani podjetja glede na sposobnost proizvodnje dobrih kosov. V primeru povečanja izdelanih kosov, povečanja linij proizvodnje omenjenega kosa ali proizvodnje slabih kosov se mora frekvenca kontrole primerno uskladiti.
5.2 Zahteve kupca
Pogoji kupca za uspešen sprejem izdelka, ki jih preverjata metodi ultrazvoka in makrografije, so:
- FSW uvarjenost 5,7 mm
- največja prepustnost zraka pri tesnjenju 165 ml/min (zrak) - 100 % kontrola tesnjenja
Kontrola uvarjenost se trenutno izvaja s porušitveno metodo makrografije. V podjetju sem preizkušal in primerjal novo neporušitveno metodo ultrazvočne preiskave z makrografsko metodo.
Ker kupec zahteva popolno kontrolo tesnjenja, je potrebno testirati vsak kos, ki pride iz proizvodne linije. Včasih se zgodi, da je pri nekaterih kosih, ki ne tesnijo, težko locirati točko spuščanja in jo popraviti. Takšni kosi stojijo na strani in ne morajo biti poslani naprej. Cilj je bil, da se tesnilni zvari preiščejo z ultrazvočno metodo in s tem preverimo, ali je težava znotraj MIG zvara, kar bi izločilo to domnevo, in bi se rešitev iskala drugje.
6 OPIS POSTOPKA PREGLEDOVANJA
6.1 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.
