Der Begriff Schweißpunktqualität bezieht sich auf die Qualität von Schweißverbindungen, die mit dem Widerstandspunktschweißen hergestellt wurden.
Durch Punktschweißen sollen Bauteile so miteinander verbunden werden, dass diese die an sie gestellten Anforderungen über eine erwartete Lebensdauer erfüllen können. Dazu müssen die Schweißpunkte anforderungsgerechte Qualitätskriterien oder Gütemerkmale erfüllen. Generelle Festlegungen zu den Gütemerkmalen können nicht getroffen werden, denn diese sind immer eng an die jeweiligen Bauteilanforderungen gebunden.
Sicherheitsklassen Bearbeiten
Das DVS-Merkblatt 2915-1 definiert drei Sicherheitsklassen:
Verbindungen, bei deren Versagen Menschenleben gefährdet werden können.
Verbindungen, deren Versagen das Erzeugnis für den vorgesehenen Zweck unbrauchbar macht, oder einen Sachverlust zur Folge haben kann.
Verbindungen, deren Versagen die Brauchbarkeit des Erzeugnisses für den vorgesehenen Zweck nur wenig beeinträchtigt.
Je nach Sicherheitsklasse sollten quantitative Festlegungen zu bestimmten Gütemerkmalen getroffen werden.
| Sicherheitsklasse | Punktdurchmesser | Linsendurchmesser | Linseneindringtiefe | Scherzugkraft |
|---|---|---|---|---|
| A | X | X | X | X |
| B | X | (X | X) oder | X |
| C | X | - | - | - |
Die erforderliche Qualität ist nur erreichbar, wenn die Schweißbarkeit des Bauteils gewährleistet ist. Dazu ist ein System der Gütesicherung in die Fertigung zu integrieren ( s. Bild Qualitätssicherungssystem nach DVS 2915):
Im Zusammenwirken dieser Faktoren wird das geschweißte Produkt erzeugt. Die Qualität des Produktes wird durch Güteprüfungen und Betriebskontrollen nachgewiesen. Ist mangelnde Qualität auszuschließen, wird das Produkt weitergeleitet, anderenfalls nachgearbeitet oder ausgesondert. Es werden Korrekturmaßnahmen getroffen, die alle vier Einflussfaktoren betreffen können.
Gütekriterien Bearbeiten
Zu den Gütekriterien gehören:
Prüfverfahren Bearbeiten
Die Einhaltung der Gütewerte wird durch Prüfverfahren und/oder Betriebskontrollen zerstörend oder zerstörungsfrei ermittelt.
Zerstörende Prüfung Bearbeiten
Für die Durchführung zerstörender Prüfung gilt das DVS-Merkblatt 2916-1.
Werkstattprüfverfahren Bearbeiten
Werkstattprüfverfahren sind die einfachsten Methoden zum Beurteilen der Eigenschaften von Schweißverbindungen. Der Einsatzbereich reicht von der Kontrolle von Einstellwerten bis zur Prüfung fertiger Bauteile. Sie erfordern nur geringe Investitionen für die erforderlichen Prüf- und Messwerkzeuge, die Durchführung ist relativ schnell und einfach. In Werkstattprüfverfahren werden die Schweißverbindungen in einfachen Prüfvorrichtungen oder direkt am Objekt bis zum Bruch beansprucht (Ausnahme: Keilprüfung). Während der Prüfung werden keine Messwerte aufgenommen. Am zerstörten Objekt können die definierten Eigenschaften Bruchart und Punktdurchmesser ermittelt und dokumentiert werden. Bei den Werkstattprüfungen sind keine Aussagen über die Festigkeit der Schweißverbindungen möglich. Nicht eindeutig definierte und nicht konstante Prüfbedingungen können dabei zu unterschiedlichen Prüfergebnissen führen, sowohl in Bezug auf den ermittelten Punktdurchmesser als auch auf die Bruchart.
Zu den Werkstattprüfverfahren zählen:
Die Durchführung regelt die EN ISO 10447.
Laborprüfverfahren Bearbeiten
Für die Laborprüfung werden definierte Proben vorbereitet. Probenmaße und die Durchführung der Laborprüfverfahren werden in jeweils gesonderten Normen beschrieben:
Im Automobilbau gelten oftmals gesonderte Festlegungen.
Quantitative Festlegungen für die Gütemerkmale
Quantitative Anforderungen an die Schweißpunktqualität werden für verschiedene Anwendungen sehr unterschiedlich festgelegt. Im DVS-Merkblatt 2902-3 wird als Mindestmaß für den Linsendurchmesser ein Wert von: dL = 3,5 √ tmin empfohlen. Für spezielle Anwendungen im Automobilbau können Schweißpunktklassen festgelegt sein:
Bei der Festlegung von Punktdurchmessern muss berücksichtigt werden, dass oftmals keine enge Korrelation zwischen dem Punktdurchmesser und der tatsächlichen Punktfestigkeit besteht, besonders bei höher- und hochfesten Stählen können große Abweichungen auftreten. Der Schweißpunkt knöpft nicht aus, sondern es kommt zu sehr verschiedenen Brucharten, so auch zu Scherbrüchen von Schweißpunkten mit ausreichender Punktfestigkeit.
Zerstörungsfreie Prüfung (Betriebskontrollen) Bearbeiten
Visuelle Prüfung Bearbeiten
Die visuelle Prüfung ist zerstörungsfrei. Eine Beurteilung der Festigkeit des Punktes ist dadurch nicht möglich. Sie "bezieht sich auf die Kontrolle der sichtbaren Qualitätsmerkmale des Punktes. Im Zusammenhang mit dem Bauteil werden die Lage des Punktes z. B. Randabstand am Flansch, Abstand der Punkte zueinander und die Vollständigkeit der Punktanzahl kontrolliert. Wesentliche Mängel der Punktoberfläche und der angrenzenden Bereiche können z. B. sein:
Ultraschallprüfung Bearbeiten
Impuls-Echo-Technik Bearbeiten
Der von speziellen Prüfköpfen erzeugte und in die Oberfläche des geschweißten Bleches eingeleitete Schalldruck wird an Grenzflächen reflektiert. Nach Reflexion von der Rückseite des Schweißpunktes gelangt der Schallimpuls zum Prüfkopf zurück und wird im Zeitpunkt seines Eintreffens als Rückwandecho auf einem Bildschirm als sogenanntes A-Bild abgebildet. Die Qualität der Schweißverbindung wird aus der Form dieser Echofolge abgeleitet. „Ein erfolgreicher Einsatz der Ultraschallprüfung ist nur mit fundierten Kenntnissen und auf die zu prüfende Verbindung bezogene praktische Erfahrung des Prüfpersonals möglich. Dies gilt sowohl für die Erzeugung der richtigen Echofolge als auch für deren Bewertung“. Das Verfahren hat in der Automobilindustrie große Verbreitung gefunden.
Abbildungsmethode Bearbeiten
Auf der Basis von A-Bildern können vertikale oder horizontale Tiefenschnitte dargestellt werden (B- und C-Bilder). Neuere Verfahren benutzen Schallköpfe mit einem Array aus separaten Schallerzeugern (piezoelektrischen Elementen), die jeweils im Impuls-Echo-Betrieb arbeiten. Die A-Bilder aller Elemente werden zu einem C-Bild vereinigt. Die Information wird als Farbwerte codiert (z. B. rot für unverschweißte und grün für verschweißte Bereiche beim Gerät RSWA). Bei guten Oberflächenbedingungen liefert ein solches System akzeptable Resultate. Es kommt allerdings infolge von Verkippungen bei mehreren Messungen derselben Punktschweißverbindung häufig zu unterschiedlichen Ergebnissen bei der Bewertung der Schweißqualität. Aus diesem Grund sind die Ergebnisse bei schlechten Oberflächenbedingungen nur bedingt reproduzierbar. Das Verfahren hat sich bisher nicht in größerem Umfang in der Karosseriefertigung durchsetzen können.
Prozessüberwachung Bearbeiten
Durch Online-Überwachung wird eine Aussage über die Güte jeder Einzelverbindung unmittelbar nach Abschluss des Schweißprozesses getroffen. Dazu werden wesentliche, für die Fertigungsqualität ausschlaggebende physikalische Messgrößen aus dem laufenden Prozess gemessen, daraus signifikante Merkmale abgeleitet und diese mit vorgegebenen Merkmalswerten verglichen. Das Ergebnis ist eine Aussage zur erwartbaren Qualität der erzeugten Schweißverbindung. Auf diese Weise wird eine Vollprüfung aller hergestellten Verbindungen angestrebt. Die Online-Prozessüberwachung koppelt die Überwachung zeitlich eng an den Herstellungsprozess, so dass zwischen seinem Abschluss, der Qualitätsaussage und einer möglichen Reaktion der Fertigungsanlage auf das Qualitätsergebnis möglichst kein Zeitverlust auftritt.
Prüfung beim Kleinteil- und Mikroschweißen in der Elektronik und Feinwerkstechnik Bearbeiten
Im Gegensatz zum Widerstandspunktschweißen von Stahlblechen werden beim Kleinteil- und Mikroschweißen Paarungen artverschiedener Werkstoffe und Oberflächen gefügt. Eine schmelzflüssige Linse entsteht nur in seltenen Fällen. Damit kann der Linsen- oder Punktdurchmesser nicht als Prüfmerkmal genutzt werden, ebenso wie generelle Festlegungen für Qualitätskriterien nicht getroffen werden können. Prüfmerkmale können sein:
Im Allgemeinen wird neben einer visuellen Prüfung eine bauteilspezifische statische Prüfung der Bruchfestigkeit durchgeführt. Je nach Verbindungsart stehen verschiedene Werkstattprüfverfahren zur Verfügung, die in beschrieben werden.
| Prüfverfahren | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| | x | x | - | - | - | - | - |
| | x | x | - | - | - | - | - |
| | x | x | - | - | - | - | - |
| | x | x | - | x | x | x | x |
| | - | - | x | - | - | - | - |
| | x | x | - | x | x | - | x |
| | x | x | x | - | - | - | - |
| | - | - | - | - | - | x | - |
Gütesicherung Bearbeiten
Durch Maßnahmen der Gütesicherung soll während der Vorbereitung und Durchführung des Widerstandspunktschweißens gewährleistet werden, dass die erwartete Verbindungsqualität durch den Schweißprozess erreicht wird. Die Grundlagen der Gütesicherung beim Punktschweißen werden der EN ISO 14554 und dem DVS-Merkblatt 2915 dargestellt. Die EN ISO 14554 beschreibt die erforderlichen Gütesicherungsmaßnahmen, das DVS-Merkblatt 2915 deren Ablauf.
Einzelnachweise Bearbeiten
- ↑ DVS–Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.: Gütesicherung beim Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen. DVS-Merkblatt 2915-1, 1979.
- ↑ DVS: Prüfen von Widerstandspressschweißverbindungen - Zerstörende Prüfung, quasi statisch. DVS-Merkblatt 2916-1,2009
- ↑ AWS (American Welding Society): "Specification for Automotive Weld Quality-Resistance Spot Welding of Steel", AWS D8.1M
- EN ISO 14329: "Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen"
- ↑ Mercedes-Benz: MBN 10 382: Widerstandspunktschweißen von Stahl bis 3 mm Blechdicke, 2005.
- EN ISO 10447: Widerstandsschweißen – Schäl-, Meißel- und Keilprüfung von Widerstandspunkt- und Buckelschweißverbindungen, 2007.
- DIN EN ISO 14270:2002-04: Probenmaße und Verfahren für die mechanisierte Schälprüfung an Widerstandspunkt-, Rollennaht- und Buckelschweißungen mit geprägten Buckeln
- DIN EN ISO 14272:2002-04: Probenmaße und Verfahren für die Kopfzugprüfung an Widerstandspunkt- und Buckelschweißungen mit geprägten Buckeln
- DIN EN ISO 14273:2013-02: Probenmaße und Verfahren für die Scherzugprüfung an Widerstandspunkt-, Rollennaht- und Buckelschweißungen mit geprägten Buckeln
- DIN EN ISO 17653:2012-08: Widerstandsschweißen - Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen an metallischen Werkstoffen - Torsionsversuch an Widerstandspunktschweißverbindungen
- Volkswagen AG: "Spot Welding Joints on Steel Materials - Testing of Body Assemblies", PV 6702 (2010)
- DVS: Widerstandspunktschweißen von Stählen bis 3 mm Einzeldicke; Konstruktion und Berechnung. DVS-Merkblatt 2902-3, 1991.
- M. Bouzekri, S. Dancette, Th Dupuy, A. Lens u. a.: Failure type of Resistance spot welds is not characteristic of their strength. IIW-Doc. III-1481-08
- ↑ DVS: 2916-5 Prüfen von Widerstandspressschweißverbindungen - Zerstörungsfreie Prüfung, DVS-Merkblatt 2916-5, 2006.
- A. A. Denisov, C. M. Shakarji, B. B. Lawford, R. Gr Maev, J. M. Paille: Spot Weld Analysis With 2D Ultrasonic Arrays,Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology,109(2004), H. 2
- (Memento des vom 8. April 2014 im Internet Archive) Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.
- R. Hipp, A. Gommlich, Ch. Grossmann, F. Schubert: Hochaufgelöste Ultraschallprüfung an Widerstandspunktschweißverbindungen. DGZfP-Jahrestagung 2013.
- DVS: Widerstandsschweißen in Elektronik und Feinwerktechnik - Übersicht und Grundlagen. DVS-Merkblatt 2950, 2010.
- DVS: Prüfen von widerstandsgeschweißten Verbindungen in der Elektrotechnik und Feinwerktechnik – Zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen. DVS-Merkblatt 2951, 2010.
- EN ISO14554-1 Widerstandsschweißen metallischer Werkstoffe. Teil 1: Umfassende Qualitätsanforderungen. Teil 2: Elementare Qualitätsanforderungen
Weblinks Bearbeiten
- H. Polrolniczak: Ultraschallprüfung als Mittel zur Qualitätssicherung beim Widerstandspunktschweißen. Firmenschrift Krautkrämer GmbH & Co. oHG, 1999.