FSW-Prüfsystem
Übersicht
Prüfsystem für Rührreibschweißnähte
In den letzten zehn Jahren hat die Anzahl von Raketenstarts stark zugenommen. Treibstofftanks, mit denen Raketen ins All geschossen werden, bestehen aus großen zylindrischen Teilen, die mittels Rührreibschweißen (FSW) verbunden werden. FSW ist ein Festkörper-Fügeverfahren, bei dem ein rotierendes zylindrisches Werkzeug zwei Leichtmetallteile im Fügebereich erhitzt und miteinander verbindet. Aus Sicherheitsgründen muss die Schweißnaht in mehreren Richtungen auf diverse Fehler geprüft werden, z. B. fehlende Durchdringung, lose Haftung, durchgehende Löcher, Hohlräume sowie Fehler an Schweißnahtansatz und Schweißnahtwurzel.
Olympus hat ein einzigartiges robotergestütztes Prüfsystem zur Prüfung von Rührreibschweißnähten entwickelt.
Fehlerarten bei Rührreibschweißnähten
Das Rührreibschweißen hat mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren. So werden Fehler vermieden, die mit anderen Schweißverfahren beim Erstarren in der flüssigen Phase entstehen. Zusätzliche Mängel treten meistens durch unzureichende Temperaturen oder Schweißbedingungen auf. Diese Mängel müssen korrekt identifiziert und ihre Größe richtig bestimmt werden.
Natürliche Defekte
Bei Rührreibschweißnähten können verschiedene Mängel auftreten, wie fehlende Haftung zwischen den Materialien der Schweißnahtseiten, lange tunnelähnliche Fehler und fehlende Durchdringung. Beim Rührreibschweißen können unterschiedlich verlaufende Mängel in der Schweißnaht entstehen.
Schematische Darstellung der Herstellung von Rührreibschweißnähten
Künstliche Fehler zur Kalibrierung
Längs, quer und schräg verlaufende Nuten, die sich am Außen- und Innendurchmesser befinden, werden als Referenz für die Kalibrierung eingesetzt. Querbohrungen werden auch eingesetzt, um eine TCG-Kurve (zeitkorrigierte Verstärkungskurve) zu erstellen, die die Signalschwächung im Material berücksichtigt.
Unterschiedlich verlaufende Defekte, die bei der Herstellung entstanden sind.
Flexible Prüflösung
Die Phased-Array-Sensoren des FSW-Prüfsystems prüfen den Schweißbereich auf Mängel in mehreren Ausrichtungen.
Das vollautomatische System erkennt die typischen Fehler, die in großen zylindrischen Treibstofftanks auftreten.
- Prüft Werkstückdicken von 2,5-25 mm.
- Kann so eingestellt werden, dass mehrere Fehlerausrichtungen (0 Grad, 45 Grad, 90 Grad) mit minimalen mechanischen Änderungen erkannt werden.
- Erkennt Fehler in Längs-, Quer- und Schrägrichtung mit folgenden Abmessungen:
- - Tiefe: 0,5 mm
- - Breite: 0,25 mm
- - Länge: 10 mm
- Erkennt Seitenbohrungen mit einem Durchmesser bis 1,2 mm, parallel oder lotrecht zur Schweißnaht
Robotergestützte Prüfplattform
Das FSW-Prüfsystem ist eine schlüsselfertige Prüfstation und direkt auf der Produktionsstraße installierbar.
Große Treibstofftank-Rundnähte werden dem kollaborierenden Roboter (Cobot) präsentiert. Er positioniert den Sensor; der Tank wird gedreht und die gesamte Rundnaht inspiziert. Der Tank wird dann weiter bewegt und der Zyklus bei der nächsten Schweißung wiederholt.
Hauptkomponenten des Systems:
- Innovativer Sensor mit optimaler Ankopplung am Prüfteil durch gleichmäßigen und konstanten Druck aller Wasserkeile.
- Die Konstruktion des Sensors mit Wasserkeil enthält eine Wasserabsaugöffnung zur Minimierung von Wasserverlusten.
- Kalibrierstation zur leichteren Validierung vor und nach der Prüfung und zum schnellen Wechsel von Kalibrierteilen
- Genaue Positionierung und Pre-Post-Kalibrierprüfungen durch kollaborativen Roboter (Cobot)
- FOCUS PX Phased-Array-Ultraschall-Erfassungseinheit
Motion- und Erfassungssoftware
Einfache Systembedienung durch Motion-Software:
- Web-Anwendung
- Vorprogrammierte Kalibrier- und Prüfsequenzen
- Start der Sequenzen mit einem Mausklick
WeldSight Software zur Datenerfassung und -analyse:
- Optimierter Arbeitsablauf für die Prüfung von Rührreibschweißnähten
- Eingebettete Scanplan-Tools:
- - Bearbeitung von Schweißprofilen
- - Bearbeitung von FSW-Vorlaufkeilen und Sensoren
- - Brennpunktkonfiguration
- - Raytracing-Visualisierung zur Überprüfung der Abdeckung
- Unterstützt große Datendateien und ermöglicht die Prüfung großer Treibstofftanks
- - Effiziente Analyse durch volumetrische Ansichten
Vielseitiges und effizientes System
Vorteile
- Innovativer Sensor mit präzisem Druck zur konstanten Kopplung mit dem Prüfteil
- Einfache Einstellung unterschiedlicher Prüfwinkel durch flexible Konfiguration
- Minimaler Wasserverlust durch optimale Wasserkopplung und -absaugung
- Durch Einsatz von kollaborierenden Robotern keine Sicherheitsparameter erforderlich
- Schnelle akustische Validierung zwischen den Schichten durch permanenten Kalibrierstand
- Schweißspezifische Anwendungssoftware mit optimiertem Arbeitsablauf, von der Definition des Scanplans bis zur Analyse
- Optimaler Betrieb durch einfache Motion-Software
