Schweißnahterkennung bei längsgeschweißten Rohren
Eine Schweißnaht bei längsgeschweißten Rohren oder bei verschweißtem Coilmaterial zu finden wird gerade in automatisierten Fertigungsprozessen immer wichtiger und hat letztlich für die Qualität des Endproduktes eine immer größere Bedeutung.
Die Forderungen nach der Gewährleistung mechanischer Eigenschaften - wie z.B. Festigkeit usw. -setzen voraus, dass die Schweißnaht, z.B. beim Biegen von längsgeschweißten Rohren, in der neutralen Phase liegt oder Bohrungen nicht in die Schweißnaht gesetzt werden.
Auch wird z.B. bei Pressenlinien das zu verarbeitende Coilmaterial immer häufiger an den Enden automatisch verschweißt um Zeit- und Materialverluste zu vermeiden. Dies bedingt jedoch, dass man die Lage der Schweißnähte in Bezug auf das Werkzeug kennt, um es vor Beschädigung zu schützen.
ROLAND ELECTRONIC beschäftigt sich seit vielen Jahren erfolgreich mit dem Thema der Lösungsfindung für die Lokalisierung von Schweißnähten in modernen Fertigungsprozessen. Dabei kommen drei zerstörungsfreie Verfahren zur Anwendung:
- Streuflussverfahren (Magnetfluss)
- Wirbelstromverfahren
- Kombination aus Streufluss- und Wirbelstromverfahren.
Die Möglichkeit der Kombination der beiden ersten Verfahren bietet weltweit nur ROLAND ELECTRONIC. Grundlage für diese Verfahren sind die metallurgisch unterschiedlichen Gefüge von Schweißnaht und Grundmaterial. Nebensächlich ist dann, ob es sich um Eisen- oder Nichteisenmetalle handelt.
Vereinfacht dargestellt dringt man mit Hilfe eines verfahrensspezifischen elektrischen und/oder magnetischen Feldes in das zu prüfende Material ein. In einer Art Vergleichsmessung wird dann eine Gefügeabweichung (Inhomogenität) zum Grundmaterial gesucht und erkannt.
Generell sind für eine erfolgreiche Messung folgende Voraussetzungen zu gewährleisten:
- Der Sensor muss auf das zu prüfende Material aufgesetzt werden und während eines Messzyklusses auch dort verweilen.
- Es muss eine konstante Relativbewegung zwischen Sensor und Material erfolgen.
Bei dem Streuflussverfahren wird durch das Aufsetzen des Sensors ein magnetischer Kreis erzeugt bzw. geschlossen. Das magnetische Feld (Feldlinien) wird durch das zu prüfende Material geführt. Treten nun Inhomogenitäten (Gefügeänderungen) auf, so erzwingen diese ein „Austreten des Feldes (Feldlinien)“ aus dem Material. Vergleichbar ist dieser Prozess mit einem Fluss. Innerhalb eines vorgegebenen Flussbettes fließt das Wasser ungestört. Wird nun ein großer Stein ins Wasser geworfen, so muss dieses links und rechts an dem Stein vorbeifließen und tritt dabei ggf. über das Ufer. Dieses Austreten wird durch den Sensor erkannt, als Resultierende grafisch dargestellt und in Signalform (Schweißnaht erkannt) an der elektrischen Schnittstelle zur Verfügung gestellt.
Gegensätzlich dazu arbeitet das Wirbelstromverfahren. Dort wird, vereinfacht gesagt, die elektrische Leitfähigkeit geprüft. Die Leitfähigkeit ist eine Materialkonstante und der Kehrwert des spezifischen Widerstands. Entsprechend wird davon ausgegangen, dass Schweißnaht und Grundmaterial einen anderen elektrischen Leitwert aufweisen.
Das am Sensor erzeugte Wechselstromfeld induziert Ströme in das zu prüfende Material, die wiederum ein elektrisches Feld aufbauen. Diese Feldstärke wird vom Sensor gemessen. Die Besonderheit bei dieser Art der Schweißnahterkennung ist die parallele Messung an zwei fest definierten Punkten. Bei gleichem Material (Gefüge) muss die Differenz der beiden Feldstärken gleich null sein. Bei einem absoluten Betrag von größer Null liegen unterschiedliche Materialien (Gefüge) vor. Der Abstand der beiden Messpunkte wird durch die Bauform des Sensors bestimmt.
Das Wirbelstromverfahren kann sowohl bei ferritischen Materialien als auch bei austenitischen Materialien zur Anwendung gebracht werden. Jedoch zeigt sich, dass ein Eindringen von Wirbelströmen in ferritische Materialien ohne Unterstützung schwerlich zu realisieren ist. Um dieses zu ermöglichen und zu kontrollieren wird unterstützend ein Magnetfeld (Streuflussverfahren) aufgebaut. Dies ermöglicht die Permeabilität der Wirbelströme.
In vielen Fällen ist ein tieferes Verständnis für die Auswertung der Schweißnahterkennung notwendig um die optimalen Einstellungen für das Gerät in Abhängigkeit des zu prüfenden Materials zu finden. Insbesondere bei der Nutzung des Wirbelstromverfahrens kann es aufwändig sein, die optimale Einstellung zu finden. Je nach Material, Wandstärke bzw. Blechdicke, Schweißverfahren usw. sind diverse Optionen für das mögliche Messverfahren bzw. deren sich daraus ergebenden Programmparametern möglich. Ein optimales Messergebnis kann dann nur durch Versuche bzw. große Erfahrungswerte erzielt werden.
Dieser Problematik hat ROLAND ELECTRONIC mit ihrer erfolgreichen Bediensoftware Rechnung getragen. Eine sehr einfache Menüführung erlaubt es, die optimalen Parameter zur Lokalisierung von Schweißnähten produktabhängig zu finden – ohne tiefere Kenntnisse des Messgerätes bzw. Messverfahrens.
