Vad är DATLAS?

• Projektbeskrivning
• Deltagare
• Finansiär

Case 3

Detta Case är en stumfog i 12mm stål där två olika stål sammanfogas.

Svetsning sker med CO2-laser 14kW i ca 1.5m/min, och de defekter som är aktuella är blowout, insjunkning och rothäng

Fogtyp

En vanlig stumfog där ytorna är svarvade och frästa innan sammanfogning.

Material

Ett kallformningsstål: S420MC och ett seghärdnings stål: 25CrMo4.

Lasertyp och försöksuppställning

CO2 strålen levereras via speglar och optik till svetsstället. För att uppnå penetration på 12mm så används ca 75-85% av effekten på lasern.
För att få ett bra gasskydd används ett enkelt gasrör av grov diameter. Skyddsgasen gör att svetsen skyddas under dess stelnande för att undvika att svetsen oxiderar.

Svetsdefekt

Ett av problemen vid produktionen i dessa material är sprickor, detta undviks genom att både förvärma och eftervärma svetsen.
Övriga defekter kommer mer slumpvis och är svåra att undvika. De blowouts som skapar stora kratrar i svetsfogen är en defekt som förhindrar att detaljen godkänns,
den måste således omarbetas. Blowouts skapas pga av föroreningar i materialet eller att kvarlämnade rengöringsmedel på detaljen förångas och skapar denna defekt.
Andra allvarliga defekter är insjunkningar och rothäng. Insjunkningar beror mest troligt på variationer i absorberad lasereffekt, vilken kan variera.
Insjunkningar kan även bero på variationer i fogberedningen som gör att spalten varierar geometriskt. I många fall hänger insjunkningar och rothäng ihop,
men ibland skapas ett rothäng utan att det bildas en insjunkning.

Resultat

Flera olika försök har genomförts industriellt, flera detaljer har svetsats och signaler från en fotodiod som är känslig för området 400-600nm (Plasma)
har använts för att försöka detektera defekter. Tillsammans med fotodioden har en höghastighetskamera använts för att öka förståelsen för processen
och kunna verifiera vad som händer när man ser ett utslag på fotodiodsignalen.

Tvärsnittsbild                   

Det är inte bara blowouts som är problemet med föroreningar på ytan, svetsfogen kommer också att påverkas rent metallurgiskt av olika föroreningar.
En hårdare och sprödare struktur bildas i svetsen som riskerar att spricka. För att upptäcka detta krävs tvärsnitt av svetsen vilket av naturliga skäl inte
kan göras på alla detaljer man tillverkar. Nedanför ses två exempel på defekter där den till vänster inte detekteras av övervakningsutrustningen medan
den till höger gör det. Det beror på att i den högra bilden har en insjunkning skapats samtidigt med rothäng vilket gör att utrustningen ger utslag.

       Bra svets på ovansida men ett rothäng gör att svetsen måste omarbetas            Defekten detekteras pga att en insjunkning skapas samtidigt.

                                                                                                               ¨                     

Bland annat pga att utrustningen missar defekten till vänster har en extra station installerats, den detekterar defekter genom ultraljud.
I den stationen provas 100% av alla svetsar.

Makrobild 

På ytan av svetsarna av tvärsnitten ovan är det svårt att avgöra svetskvaliteten. På bilden till vänster ses en "normal" svets, men där ett rothäng finns.
Den högra bilden visar hur en insjunkning ser ut där det också har skapats ett rothäng.

Signaler

Här visas en plot på den signal som ges av fotodioden under svetsförloppet. På x-axeln visas tiden och på y-axeln visas utslaget i volt.
Den blå kurvan är signalen och de två röda kurvorna är de signalgränser som är satta för defektdetektering.

Under körningarna har ett antal defekter detekterats men ett antal har även missats av utrustningen.

Figur A visar en Blowout detektering, Figur B visar en blowout som är mindre men ändå ger en underkänd svets,
denna defekt detekterades inte av systemet, inte heller ultraljudstestning. Det tyder på att detekteringsgränserna är satta för vida.
Figur C visar signalens utseende när en insjunkning skapas och detekteras,
till skillnad från figur D där en mindre insjunkning bildas utan att systemet detekterar den.

Film

Två olika defekter visas här. Filmen sparas med en uppdatering på 1000 bilder per sekund. Den första filmen är en sekvens där en insjunkning
kan ses och där ett rothäng skapas.

Insjunkning med rothäng

I den andra sekvensen visas en blowout som också detekteras men inte är stor nog för att generera en underkänd svets.

Liten blowout

Analys och förklaring

Det enskilt största problemet är att gränserna i systemet är alltför vida, detta beror på den osäkerhet som finns hos operatören på hur systemet fungerar.
 Vid tidigare tillfällen har det förekommit att systemet har gett falsklarm i för stor utsträckning och därmed har gränserna för feldetektering ökats.
I de undersökta svetsarna har det, när signalen visat på att en defekt finns,
i alla fall utom i figur B varit en defekt som antingen hittats med ultraljudsutrustningen eller rent visuellt.

Signalernas beteende kan förklaras enligt följande med hjälp av höghastighetsfilmerna:

• När en blowout skapas ses en ökning av diametern på nyckelhålet före det sker.

• Före blowoutdefekten ses en liten kulle som ligger strax bakom nyckelhålet

• Det kraftiga signalökningen kopplas till den snabba ökningen av nyckelhålsdiametern och den därtill ökade mängden plasma

• När en insjunkning skapas sker en minskning av nyckelhålsdiametern

• Insjunkningen skapas under en längre tid än blowouten

• Insjunkningar har en lägre men längre påverkan på signalen från övervakningssystemet som kan kollas till bet mindre nyckelhålet

Frågor skickas till: Peter   20091008