DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003

ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung

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SONDEX - Anlage zur automatischen Überwachung von Automobilbauteilen mit kombinierten ZfP-Verfahren (Wirbelstrom, Magnetische Streuflußprüfung, Ultraschall) an Querträgern aus Kugelgraphitguß

Vladimir HUSAREK, Jean-Gérard CASTEL
SOFRANEL*
*Société Française d'Electrophysique (Contrôle non destructif des matériaux)
59, rue Parmentier - F 78500 Sartrouville,
Thierry CHARRIER
SREM* Technologies
Société de recherche et de Réalisations Electriques et Mécaniques
(Installations de contrôle par magnétoscopie et ressuage)
14, rue des frères Chappe - F 72201 La Flèche
Kontakt: Husarek Vladimir Dipl.-Ing.

1. Einleitung

Zahlreiche mechanische Teile werden Prüfungen unterzogen, zumindest in Stichproben, um sicher zu stellen, daß sie ihre Aufgaben erfüllen können. Wenn diese Teile zum System der Radaufhängung eines Fahrzeugs gehören, muß die Prüfung jedes Stück erfassen. Das trifft z.B. für die Querträgerarme von Personenkraftfahrzeugen zu.

Gegenwärtig werden diese Teile grundsätzlich aus legiertem Aluminiumguß* oder aus Kugelgraphitguß (GGG) oder auch durch Schmieden hergestellt. Mit den Aluminiumlegierungen kann der Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge durch deren Gewichtsminderung verringert werden; was den Kugelgraphitguß betrifft, so ist er wirtschaftlich gesehen sehr vorteilhaft, erfordert aber eine spezifische Prüfung des Formfaktors (des Grades der kugeligen Ausbildung des Graphits), der die gewünschten mechanischen Eigenschaften sichert. Abgesehen von dieser Kugelgraphitausbildung erfordert die Gebrauchstauglichkeit der Teile die individuelle Überwachung des Perlitanteils und der Fehlerfreiheit der Oberfläche sowie die Vermeidung von Gußformfehlern wie das Verrutschen oder die Verformung des Gußkerns. Um die Prüfkosten nicht zu hoch werden zu lassen, mußten wir uns originelle Lösungen einfallen lassen.

* [Vladimir Husarek et Jean-Gérard Castel (SOFRANEL - SREM Technologies) Anlage zur automatischen Prüfung Gußstücken aus Aluminiumlegierung mit dem Farbeindringverfahren, Vortrag zum Deutsch-Französichen Seminar DGZfP / COFREND, 26. und 27. September 2002 in Saarbrücken, Hommes et Fonderie Nr 333 (April 2003), S.38-41]

2. Die Lösung kombinierter Prüfeinrichtungen

Die beste Lösung, auf zerstörungsfreiem Wege die Kugelgraphitausbildung bei Werkstücken aus GGG zu bestimmen, besteht darin, an ihnen die Schallgeschwindigkeit zu messen. Aber auch andere Prüfungen können bei demselben Werkstück erforderlich sein. Um die Produktion nicht zu verzögern und damit nicht den Gestehungspreis zu erhöhen, ist es ideal, diese Prüfungen auf einer Maschine aneinanderzureihen. SREM Technologies, eine Tochtergesellschaft von SOFRANEL, hat an der Lösung dieses Problems seit Ende der 70er Jahre gearbeitet.

Ergebnis dieser Forschungen sind die unter dem Herstellernamen SONDEXÒ bekannten Einrichtungen. Dieses Markenzeichen bezeichnet Mehrfachprüfanlagen, wobei am häufigsten das Steuflußverfahren in Verbindung mit anderen zerstörungsfreien Prüftechniken wie Wirbelstrom und Ultraschall angewendet wird. Die ersten solchen Anlagen, vollständig von SREM entworfen und ausgeführt, sind vor 20 Jahren in Dienst gestellt worden. Bild 1 zeigt die gesamte Anlage mit dem heutigen Modell STH 62, die hier beschrieben wird. Die für die Maschinengießerei in Douvrin hergestellte Anlage wendet Streufluß-, Wirbelstrom- und Ultraschallprüfungen an. Im speziellen Fall der genannten Werkstücke werden die erwähnten Prüfungen durch eine Verformungsprüfung und eine Überprüfung der Maßhaltigkeit ganz bestimmter Bereiche ergänzt.


Bild 1a:
LAGEPLAN DER ANLAGE SONDEX STH 62.

Bild 1b:
ANLAGE SONDEX STH 62.

3. Die Anlage SONDEXÒ STH 62

Abgesehen von der Beladung durch einen Prüfhelfer und der Betrachtung nach der Magnetisierung, die je nach Arbeitsrhythmus einen oder zwei Prüfer in der Kabine erfordert, ist diese Anlage ein automatisches zerstörungsfreies Mehrfachprüfsystem für die Prüfung von Kugelgraphitgußteilen (Bild 2); außer für die Querträger kann sie - mittels einiger kleinerer Einbauten - zur Prüfung von Radaufhängungen oder Achsschenkellenken verwendet werden. Die Anlage STH 62 kann rechte und linke Teile prüfen. Sie kann auch - völlig unabhängig - gleichzeitig zwei unterschiedliche Werkstücktypen prüfen, z.B. Querträger auf der Hauptlinie und Aufhängearme auf der Strecke für magnetographische Prüfung. Um von einem zum anderen Werkstücktyp überzugehen, genügt ein Ausrüstungswechsel. Um die Stillstandzeit der Maschine klein zu halten, wird der Wechsel ohne Handwerkszeug durchgeführt. Die Ultraschalleinheit verfügt über eine allgemeine Ausrüstung, da ja diese die längste Stillstandzeit wegen der Prüfkopfverbindungen erforderlich machen würde.


Bild 2:
QUERTRÄGERARM ULTRASCHALLWARNDDICKENMESSUNG.

3.1 Der vollständige Prüfzyklus (Bild 1)
Bei einem vollständigen Prüfzyklus führt die Anlage folgende Arbeitsschritte aus, in der angezeigten Reihenfolge, nach der Prüfstückeingabe an der markierten Stelle A durch den Prüfhelfer:

  • Verformungsprüfung (Verzug) (Punkt A)
  • Wirbelstromprüfung (Punkt B)
  • "kontaktlose" Streuflußprüfung während des Weiterrückens (Punkt 1)
  • Sichtprüfung (Punkt 2)
  • Phase der Entmagnetisierung während des Weiterrückens (Punkt 3)
  • Ultraschallprüfung (Punkt C) zur
    • Wanddickenmessung in drei Punkten einerseits,
    • Messung der Schallgeschwindigkeit zur Bestimmung des Formfaktors (Kugelgraphitanteils) andererseits
  • Kennzeichnung der guten Teile (Punkt D)
  • Sortieren der Teile (Punkt E) und Auswerfen in den passenden Trog F1 bis F4

Der Prüftakt beträgt, wenn die gesamte Technik angewendet wird, 300 Stück je Stunde.

3.2 Partieller Prüfzyklus
Bei Bedarf kann die Anlage nur einen Teil der möglichen Prüfungen durchführen:

  • ohne Magnetstreuflußprüfung (Punkte A, B, C, D, E)
  • ohne Magnetstreuflußprüfung und ohne Kugelgraphitbestimmung(Punkte A, B, D, E) In diesen beiden Fällen wird die Hauptlinie benutzt.
  • Magnetstreuflußprüfung nur auf der Nebenlinie (Punkte 1 und 2)

3.3 Parallele Prüfungen
In diesem Modus Prüft die Anlage gleichzeitig und unabhängig voneinander eine Teileart an den Punkten A, B, (C), D, E und eine andere Art auf Streufluß nur an den Punkten 1 und 2. In dieser Arbeitszusammenstellung werden die in der Streuflußprüfung für gut befundenen Teile an Punkt 4 gekennzeichnet, dann an Punkt 5 ausgeworfen. Die nicht für gut befundenen Teile werden in den Behälter 6 ausgeworfen. Diese unerreichte Flexibilität erlaubt der Anlage sich an die Herstellungsbedürfnisse anzupassen.

4. Kontrolle des Beginns der maschinellen Bearbeitung

Sie geht allen anderen Prüfungen voraus, da nur Teile, die keine Verformung beim Ausformen erlitten haben, den zerstörungsfreien Prüfungen unterzogen werden. Die Stücke werden von Hand auf einen passenden Träger gesetzt (für linke oder rechte Teile), dann an den Bezugspunkt zum Anfang der maschinellen Bearbeitung gebracht und in ihrer Position fixiert. Sie werden darauf von einem pneumatischen System auf die Fläche gehoben, die die mechanischen Taster und den Meßstab trägt. Zwei Taster steuern den Beginn der Bearbeitung, während ein Meßstab das Passieren des Torsionsstabs überprüft. Die Stücke, die die Verformungsprüfung bestanden haben, werden auf einem Transporttisch zur ZfP-Prüfstelle gebracht, wo mit der Wirbelstromprüfung begonnen wird.

5. Die Wirbelstromprüfung

Diese Prüfung wird bei einer Frequenz von 32 Hz mit einer Ringspule von 240 mm Durchmesser durchgeführt. Ziel ist die Feststellung, ob das Werkstück ferritisch oder perlitisch ist, wobei Blenden in der Impedanzebene festgelegt werden. Um als "gut" gewertet zu werden, muß das Teil einen Perlitanteil von über 25 % aufweisen. Der Bezug zwischen Perlitanteil und Impedanzebene ist durch Referenzstücke gegeben, deren Perlitanteil bekannt ist. Die vorgeschriebene Maßnahme, um die Tauglichkeit dieser Stelle zu beurteilen, besteht darin, 30 aufeinander folgende Messungen an einem Vergleichsstück bei einer zulässigen Toleranz von 0,5 % vorzunehmen.

Von der Wirbelstromprüfstelle bringt ein erster Greifer die Teile zur Streuflußmessung und Entmagnetisierung.

6. Die berührungslose Streuflußmessung und die Entmagnetisierung

Diese Stelle hat die Aufgabe, Oberflächenfehler wie Risse und Oxidschichten zu erkennen. Eine versenkbare Stützplatte erlaubt es, das Prüfstück vom ersten zum zweiten Manipulator zu bringen ohne den Streuflußmeßschlitten auf der Hauptprüfstrecke zu benutzen (Kontrolle des Beginns der maschinellen Bearbeitung durch Wirbelstrom und durch Ultraschall). Wenn in Betrieb, gibt diese Stützplatte den Streuflußschlitten frei, der dann ausschließlich für die Streuflußmessung an einer anderen Prüfstückart völlig unabhängig benutzt werden kann. Damit kann die Anlage STH 62 gleichzeitig zwei verschiedene Bauteile prüfen. Bei diesem Arbeitsmodus erlaubt die Streuflußprüfstelle einen Arbeitstakt von 120 Teilen in der Stunde. Die Magnetisierung ist "kontaktfrei". Beim Durchgang durch Felder mit Vielfachorientierung werden in einem einzigen Arbeitsgang alle Fehler beliebiger Ausrichtung aufgefunden. Das tangentiale Magnetfeld am Prüfstück bewegt sich zwischen wirksamen 3 und 8 kA/m. Das Besprühen mit einer Magnetflüssigkeit auf wäßriger Basis findet während der Magnetisierung statt. Die automatische Entmagnetisierung erlaubt, das magnetische Restfeld auf einen Wert von weniger als 800 A/m abzusenken. Sie ist nach dem Beobachtungsstand angeordnet. Die Sichtprüfung wird dort während der Überführung in Zeitlücken von ein oder zwei Prüfern unter UV-Beleuchtung durchgeführt.

Die Tauglichkeit der Streuflußprüfung wird nachgewiesen durch 30 aufeinanderfolgende Durchgänge eines Teiles mit Musterfehlern, dessen Fehler bei jedem Durchgang angezeigt werden müssen.

Nach der Entmagnetisierung werden die Teile von einem zweiten Greifer aufgenommen, der eins nach dem anderen zunächst zur Ultraschallprüfstelle, dann zum Anzeichnen und schließlich zur Sortierstelle "Wirbelstrom und Ultraschall" bringt.

7. Die Ultraschallprüfung

An dieser Stelle wird zunächst die Schallgeschwindigkeit gemessen, deren Wert dann verwendet wird, um den Kugelgraphitanteil abzuschätzen (Bild 3) und drei Wandstärken zu berechnen, um sicherzustellen, daß kein Versatz oder Kernverformung während des Giessens aufgetreten ist (Bild 2). Wir nennen die Ultraschallbestimmung des Kugelgraphitanteils der GGG-Stücke "Nodularimetrie". Es handelt sich also um eine indirekte Bewertung.


Bild 3: PRINCIP DER NODULARIMETRIE.

Alle Messungen werden in Tauchtechnik bei einer Frequenz von 5 MHz durchgeführt. Die Koppelflüssigkeit, Wasser mit einem geeigneten Zusatz, wird auf 100 mm gefiltert; es wird in geschlossenem Kreislauf verwendet, und der Wasserstand in der Wanne wird durch einen Überlauf gehalten.

Da die Schallgeschwindigkeit in Wasser nicht mit der Temperatur konstant ist, sind mehrere Laufzeitmessungen nötig, mit und ohne Prüfstück, zwischen zwei einander gegenüber montierten Schallköpfen in genau bekanntem Abstand, um den Einfluß dieser Schwankungen auf die Ergebnisse auszuschließen (Bild 3).

Die Wandstärkenmessung im Bereich zwischen 6 und 7 mm wird nach klassischer Weise im Echoverfahren im Modus 2 durchgeführt.

Die erreichte Genauigkeit beträgt 10 m/s bei der Geschwindigkeitsmessung und 0,1 mm bei der Wandstärkenmessung.

8. Die Markierstelle

Die Stücke, die für gut befunden wurden bei der Überprüfung von Form und Maßhaltigkeit und Werkstoffgüte und die frei von Oberflächenfehlern sind, werden individuell an der Oberseite durch eine Bohrung von 6 mm Durchmesser und 2 mm Tiefe markiert, um die Verfolgbarkeit zu sichern. Diese Markierung ist noch am im Fahrzeug eingebauten Teil zu sehen.

Es ist vorgesehen, die Späne einzusammeln und im zentralen Bereich die Wasserzurückhaltung durch Neigen des Werkstücks zu vermeiden.

9. Sortierstelle und Auswurf

Am Ausgang der Maschine werden die Stücke sortiert und in einen der vier Behälter ausgeworfen durch ein System von rotierenden Rinnen mit einer Auswurfschaufel.

Die Teile werden nach drei Kategorien sortiert:

  • gute Teile, für die zwei Behälter, F2 und F3, vorgesehen sind:
    • 1 Behälter, der gerade gefüllt wird,
    • 1 Pufferbehälter, der gestattet, den vollen Behälter durch einen leeren ohne Anhalten der Anlage zu ersetzen
  • Teile, die der Wirbelstromprüfung nicht genügt haben , F1 (Perlitgehalt < 25 %),
  • Teile, die den Kugelgraphitanteil nicht erfüllen und/oder die Wandstärke (US-Prüfung), Behälter F4.

An der Sortierstelle E werden die Teile gezählt, sobald sie vom Greifer freigegeben werden.

10. Schlußfolgerung

Die Anlage, die Ihnen hier beschrieben wurde, ist das Ergebnis von zwanzig Jahren an Erfahrung der SREM im Bau von Mehrfachtechnikmaschinen. Dieser Typ von Anlagen, die meist drei zerstörungsfreie Prüfverfahren ausnutzen (Streuflußmessung, Wirbelstrom und Ultraschall) gestattet, kostbare Zeit bei den Prüfvorgängen zu gewinnen und die für die Handhabung der Teile wichtigen Arbeitskräfte zu sparen. Diese Eigenschaft erlaubt also zusätzlich zu der Möglichkeit, gleichzeitig zu arbeiten, auf signifikante Weise zur Verbesserung der Produktivität der Fertigungslinien beizutragen, in die sie eingebaut sind.

STARTHerausgeber: DGfZPProgrammierung: NDT.net