Das Punktschweißen gehört zu den Verfahren des Widerstandsschweißen und ist eine verbreitete Technik zur festen Verbindung von zwei oder drei Metallteilen, meist Bleche oder Platten aus Stahl oder Aluminium. Insbesondere in der Großserien-Produktion von Automobilkarosserien gilt es als wichtigstes Fügeverfahren, wird aber auch in anderen Bereichen der Blechbearbeitung eingesetzt. Jeden Tag verlassen wir uns auf die Qualität dieser Punktverschweißungen, sei es in unserem Auto oder in unserem Umfeld. Die Ansprüche an die Qualitätssicherung dieser Schweißungen sind dementsprechend hoch und wurden in den letzten Jahren stetig weiter entwickelt.

Für eine benutzerfreundlichere und schnellere Schweißpunktprüfung

Der Grundstein für die heutige, innovative und zuverlässige Schweißpunktprüfung wurde bereits weit vor dem Millennium gelegt. Denn zu diesem Zeitpunkt hat Göran Vogt, Geschäftsführer der VOGT Ultrasonics, mit einer Innovation für den deutschen Markt in der Tasche, einen Kunden aus der Stahl-Verarbeitung besucht: Dem ersten tragbaren, digitalen Ultraschallprüfgerät mit integriertem PC – das UPI 50, ein Produkt der Fa. ScanMaster. Dieser Kunde hatte aber zusätzlich noch ein ganz anderes Prüfproblem und zeigte Göran Vogt die Anwendung und die Herausforderungen der Schweißpunktprüfung. Der Kunde nutzte hierfür ein neues digitales Prüfgerät, welches die Applikation jedoch nur unbefriedigend und mit großem Zeitaufwand ausführte. Anhand der über einen Bildschirm visualisierten A-Bilder wurde der Schweißpunkt vom Prüfer bewertet. Dieses Vorgehen erfordert große Erfahrung, ein tiefes Ultraschallfachwissen und eine penible manuelle Dokumentation von dem Prüftechniker.

Göran Vogt erkannte den Bedarf für ein neuartiges Ultraschallgerät, dass den Prüfprozess optimiert, schneller und sicherer macht. Bereits damals hatte er sich durch jahrzehntelange Erfahrung in der Anwendung von Handprüfgeräten und seiner ingenieurtechnischen Ausbildung ein tiefgreifendes Ultraschall-Knowhow angeeignet. Mit diesem Hintergrund konzipierte er die entsprechende Prüfsoftware und den Workflow, um den Markt zu revolutionieren.

Als Prüfgeräte-Basis nutzte er das digitale Prüfgerät UPI50 und setzte seine Idee bereits kurz danach mit den Programmierern der Fa. ScanMaster um. Das entwickelte digitale Schweißpunktprüfgerät unterstützte den Bediener in der Bewertung der Schweißpunktqualität (Guter Punkt, kleine Linse, Kleber, Verbrannter Punkt) und sicherte gleichzeitig eine automatische und lückenlose Dokumentation der Prüfergebnisse inklusive Speicherung der entsprechenden A-Bilder. Zum ersten Mal konnte das Prüfergebnis klassifiziert und entsprechend visualisiert sowie sicher und digital dokumentiert werden. Durch die erstmalige Integration der MS-DOS basierten Datenbank in ein Ultraschallgerät war nun auch das Anlegen von Prüfplänen und die organisierte Abarbeitung der zu prüfenden Schweißpunkte möglich. Auch die Netzanbindung und das zentrale Verwalten der Prüfdaten und Prüfpläne wurde kurz danach umgesetzt.

Die Schweißpunktprüfung wird smart – Prüfsoftware macht Schweißpunktqualität sichtbar

Mit der Produktlinie PHAsis Schweißpunktprüfgeräte hat VOGT Ultrasonics nun eine weitere Innovation aufgenommen und für die Anwendung in der Schweißpunktprüfung weiterentwickelt: die Phased Array Ultraschall Technologie. In anderen Bereichen der zerstörungsfreien Prüftechnik wird sie seit Jahren erfolgreich eingesetzt und als diese Technik endlich auch für den Einsatz in der Schweißpunktprüfung erschwinglich wurde, begann mit PHAsis die Umsetzung einer weiteren Vision von Göran Vogt – die bildgebende Darstellung des Schweißpunktes und seines mittleren Linsendurchmessers.

Abb. Phased Array Ultraschallprüfsysteme der PHAsis Familie

Die Phased Array Ultraschallprüftechnik mit PHAsis zeichnet sich durch eine sehr hohe Prüfauflösung, kurze Prüfzeiten und einer äußerst bedienerfreundlichen Auswertung aus. Im Gegensatz zur konventionellen Ultraschalltechnik mit einem Schwingerelement, kommt hier ein Prüfkopf mit bis zu 121 einzelnen Schwingerelementen zum Einsatz. Jedes dieser Elemente kann einzeln aktiviert oder in Gruppe geschaltet werden. Durch die simultane oder zeitversetze Aktivierung der Elemente wird ein lenkbares und fokussierbares Ultraschallfeld erzeugt. Dieses Feld kann digital in Durchmesser, Winkel und Fokuspunkt manipuliert werden und ermöglicht dem Prüfer so einen flexiblen Einblick in den Schweißpunkt.

Jede Ultraschallwelle des Ultraschallfelds erzeugt ein A-Bild. Auf Basis dieser A-Bilder generiert das Prüfgerät eine bildgebende Darstellung des Schweißpunktes, welche mögliche Fehlstellen sicher erkennen lässt (D-Bild). Grün bedeutet in diesem Fall verschweißt, rot bedeutet unverschweißt. Der gestrichelte Kreis um den verschweißten Punkt herum, zeigt den zuvor vom Benutzer festgelegten Mindestdurchmesser der Schweißlinse an. Weitere Kennzahlen, die PHAsis automatisch berechnet, sind: Schweißlinsendurchmesser, Restwanddicke und Schallschwächung als mögliches unterstützendes Bewertungskriterium für Zink-Haftverbindungen.

Die Phased Array Ultraschallprüfung von Schweißpunkten mit PHAsis hat im Gegensatz zur konventionellen Ultraschallprüfung diverse Vorteile. Die Bildgebende Darstellung (D-Bild) macht den Schweißpunkt „sichtbar“ und erleichtert die Beurteilung der Schweißpunktqualität. Durch die simultane Aufnahme von mehr als 700 Messpunkten ergibt sich für den Schweißlinsendurchmesser eine viel höhere Auflösung im Vergleich mit der konventionellen Ultraschallprüfung. Die reine physikalische Auflösung beträgt weniger als 0,35 mm. Durch die computergesteuerte Manipulation des Schallfeldes entfällt die Umrüstung des Prüfkopfes auf die zu erwartende Linsengrößen.

Eine weitere Besonderheit von PHAsis ist die Unterstützung des Bedieners mit einem automatischen und bildgebenden Bewertungsvorschlag auf Basis hinterlegter Parametersätze. Diese Funktion ermöglicht nun auch den Einsatz von Prüfpersonal ohne tiefes Ultraschall-Fachwissen.