EL TİPİ OTOMATİK NOKTA KAYNAK KONTROL CİHAZI GELİŞTİRME

Transkript

1 EL TİPİ OTOMATİK NOKTA KAYNAK KONTROL CİHAZI GELİŞTİRME İsmail DURGUN 1, Emre DORUK 1 1 TOFAŞ ARGE Yeni Yalova Yolu Cad. No:574 Bursa / TÜRKİYE E-Posta ismail.durgun@tofas.com.tr ÖZET Günümüzdeki otomobil gövde imalatında kullanılan en yaygın birleştirme yöntemi nokta kaynağıdır. Komple gövde imalatında yaklaşık üç ile altı bin adet nokta kaynak uygulaması vardır. Nokta kaynakların uygunluğu araç kazalarında yolcu güvenliği için çok önemlidir. Otomobil üreticileri bu nedenle nokta kaynak kalitesi ile ilgili çok sayıda tahribatlı ve tahribatsız kontrol gerçekleştirmektedirler. Bu kontrollerden birisi de ultrasonik kaynak kontrolüdür. Bugün otomobil üreticilerinin bu kontroller için kullandığı cihazlar hem komplekstir hem de uzman kullanıcı gerektirmektedir. Satış sonrasında ise araç gövdesinde tamir gerektiğinde seri üretimde kullanılan kaynak makinalarından farklı parametrelerde çalışan kaynak makinaları kullanılabilir. Bunun sonucu olarak ta kaynak kalitesinin kontrolü daha fazla önem taşır. Tamir işlemini gerçekleştiren kişinin ise yapılan kaynağın kontrolü konusunda nadiren bilgisi vardır. Kompleks ultrasonik kaynak makinalarının satış sonrasında kullanımı hem mali hem de uzman personel gerekliliği nedeni ile zordur. Bu çalışmada satış sonrasında uzman personel gerektirmeyen ve kaynak kalitesi için uygun veya uygun değil bilgisi veren bir ultrasonik kontrol cihazı önerisi sunulmuştur. Cihazın nasıl çalışacağı ve kullanımı için ön gereklilikler verilmiştir. Anahtar Sözcükler: punta kaynağı, ultrasonik kontrol, araç gövdesi ABSTRACT Today s most common bodyjoining method used in automotive industry is the spot welding. There are approximately six thousand spot welding applicationsin body manufacturing. Suitability of spot welding is very important for passenger safety in vehicle accidents. Therefore, automotive manufacturers have been performing large number of destructive and non-destructive inspection on the spot welding quality. One of these controls is ultrasonic welding control. Today, automobile manufacturers that use these devices are complex and require expert users. If the vehicle body requires repairing in aftermarket phase, welding machines that use different parameters (apart from mass production welding machine) can be used. As a result of welding quality control is more important. The person performing the repair process is rarely made on the spot welding control information. The use of complex ultrasonic welding control machine is difficult due to the necessity of both financial and expert staff in after selling. In this study, it does not require specialized staff and an ultrasonic control device that the proposal not suitable or suitable for the spot welding quality information in after selling presented. Prerequisites are given for the use of the device and how it works. Keywords: Spot welding, ultrasonic control, vehicle body 107

2 1. GİRİŞ Günümüzde üretilen araçların gövde üretimlerinde birleştirme yöntemleri oldukça önemlidir. Gerek güvenlik ve gerekse de araç hafifletme çalışmaları nedeni ile farklı malzemelerin kullanımları ile birlikte farklı birleştirme yöntemleri de kullanılmaya başlanmıştır. Fakat yeni bir birleştirme yöntemi olmasa da hala en önemli birleştirme yöntemi nokta kaynak (elektrik direnç kaynağı) yöntemidir. Günümüzde üretilen sedan araç gövdelerinde ile arasında nokta kaynağı uygulanmaktadır [2-3-8]. Şekil 1. Punta kaynak tabancası ve otomobil uygulaması [4-5] Araç üreticileri özellikle istenilen güvenlik kriterlerini sağlaması için nokta kaynaklarının optimum sayısının tespiti ve uygulamadaki kontrolleri için çok sayıda faaliyet gerçekleştirirler. Oluşan bilgi birikimi yanında sanal analiz sonuçları da nokta kaynak sayısının tespiti için önemli girdiler oluştururlar. Her bir kaynak noktası ilave bir maliyet gerektirdiği için uygun nokta kaynak sayısının bulunması önemlidir. Araç geliştirme çalışmaları ile birlikte nokta kaynak uygulama parametreleri de geliştirilmeye başlanır. Nokta kaynak sayısına ve istenilen üretim sayısına göre gerekli olan aparatlar ve atölye yerleşimi belirlenir. Her bir nokta kaynağının hangi saclar (malzeme, kaplama, kalınlık) arasında gerçekleşeceği bilgisine göre parametre değerleri belirlenir. Belirlenen bu parametre değerleri ile geliştirme sürecindeki prototip ve diğer test araçlarının üretimleri gerçekleştirilir. Araçlar ile gerçekleştirilen testler ile de parametrelerin doğrulanması sağlanmış olur. Seri üretime geçildiğinde de araç gövdesi üretim hatlarında nokta kaynak kalitesinin kontrolünde en yaygın olarak ultrasonik test yöntemi kullanılır. Özellikle güvenlikle ilgili bölgelerdeki nokta kaynakları her vardiya da kontrol edilirler. Yine belirli periyodlarda tahribatlı testler ile nokta kaynak kontrolü yapılır. 2. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI Elektrik direnç kaynağı, metal parçalardan geçirilen elektrik akımına karşı, bu parçaların gösterdiği dirençten oluşan ısı yardımıyla iki metal parçanın birleştirilmesini sağlayan bir kaynak yöntemidir. Elektrik akımı sırasında parçalar kısmi olarak ergitilerek kaynak için gerekli kaynak banyosu oluşturulur. Kaynak banyosunun oluşumundan itibaren elektrik 108

3 akımı kesilerek iş parçalarına uygulanan basınç yardımı ile soğuma gerçekleştirilirken parçaların sökülemeyen bir şekilde birleşimi sağlanmış olur. Bu yöntemle yapılan kaynak işleminin genel adı elektrik direnç kaynağı olarak adlandırılır. Nokta kaynağı, direnç kaynağı türleri içerisinde en çok kullanılan türdür. Nokta kaynağında kaynatılacak parçalar iki bakır elektrot arasına alınır ve belirli bir baskı uygulanmasıyla elektrik akımının geçişi sağlanır (Şekil 2). Eriyen parçalar baskı altında soğurken birleşme işlemi de gerçekleşmiş olur. Şekil 2. Nokta kaynak işlem basamakları[7] Şekil 3 de görülebileceği gibi otomobil gövdesini oluşturan çok sayıdaki sac parçanın bir araya getirilmesi sırasında farklı birleştirme formları ile karşılaşılmaktadır. Bu farklı formlardaki sacların bir araya getirilmesi için farklı formda kaynak tabancaları kullanılmaktadır. Bu birleştirme noktaların bazen iki bazen de üç sac birlikte kaynak edilmek zorundadır (Şekil 4). Şekil 4. Nokta kaynağı ile birleştirilmiş araç gövdesi [2] 109

4 Şekil 3. Nokta kaynağı farklı uygulama formları [10] 3. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI KONTROLÜ Uygulama sırasında proseste meydana gelen değişiklikler nokta kaynağından beklenilen performansın elde edilmesini engellemektedir (Şekil 5). Bu nedenle proses parametrelerinin sürekli kontrol altında tutulması gerekmektedir. Araç üreticileri belirledikleri periyotlar ile bu kontrol işlemlerini gerçekleştirirler. Fakat istenilen sonucun elde edildiğinden emin olmak için de nokta kaynaklarının istenilen özelliklerde gerçekleştirilip gerçekleştirilmediklerini kontrol etmek isterler. İyi kaynak Yanık kaynak, erime bölgesi yüzeye kadar uzanır Çubuk kaynak, iki parça arasında çok küçük eriyik bölgesi Kayıp kaynak, parçalar arasında bağ oluşmamış Çekirdek çapı küçük kaynak, erime yeterli değil Çatlak ve boşluklu kaynak Şekil 5. Uygulama parametreleri değişimine bağlı olarak farklı kalitede gerçekleşen nokta kaynak çeşitleri [1] 110

5 Nokta kaynak kalitesini ölçme yöntemlerinden birisi tahribatlı kontroldür (Şekil 6). Tahribatlı kontrol sonucunda nokta kaynağının gerçekleştiği kaynak çekirdek çapı ve iki parçanın kopma şekli bize kaynak kalitesi hakkında bilgi vermektedir. Eğer uygun parametreler kullanılmış ve uygun bir işçilik yapılmış ise başarılı bir nokta kaynağı elde edilebilir. Fakat elektrotlar sac parçalara dik tutulmamış ise deformasyonlu nokta kaynağı, elektrotlar arasında istenilenden fazla bir kuvvet uygulanmış ise kuvvet yükselmeli nokta kaynağı ve kaynak sırasında elektrotun iletken bir yüzeye teması ise şaseli nokta kaynağı elde edilir. İstenilmeyen bu kaynaklarda nokta kaynağının çekirdek çapı küçük olduğundan kaynak kopabilir. Bu yöntem genellikle parametreler belirlendikten sonra parametrelerin başarılarından emin olmak için kullanılmaktadır. Ayrıca araç üreticileri belirli periyotlar ile üretim hattından altıkları komple bir araç gövdesine tahribatlı kontrol uygulayaraknokta kaynak kontrol işlemlerini gerçekleştirirler. Fakat takdir edilmelidir ki bu yöntem hem pahalı hem de zaman alıcı bir yöntemdir. Günde binden hazla araç üretimi gerçekleştiren firmalarda hem ucuz ve hem de kolay uygulanabilmesi nedeni ile tahribatsız bir yöntem olan ultrasonik kontrol yöntemi uygulanmaktadır. Böylece bir uygunsuzluk yakalandığında geriye dönüp önlem almak ve çok az sayıda hatalı üretimi yakalayarak müşteriye gitmeden düzeltmek mümkün olmaktadır. Normal Nokta Kaynağı Deformasyonlu Nokta Kaynağı Kuvvet Yükselmesi Nokta Kaynağı Şekil 6. Tahribatlı nokta kaynak sonuçları 111 Şaseli Nokta Kaynağı Nokta kaynağının kalitesi hakkında bir tahminde bulunabilmek için bilinmesi gereken en önemli şey kaynak çekirdeğinin üç boyutlu ölçüleridir [9]. Ultrasonik kontrol yönteminde kaynak çekirdeğinin bu ölçüleri kaynak çekirdeği içerisinde ana metale dik ilerleyen ultrasonik dalgalara ait yankıların ses mesafesi ve zayıflama özellikleri ölçülerek belirlenebilir. Tipik bir ultrasonik nokta kaynağı test sistemi iki ana elemandan oluşur; bir normal prop ve bir ultrasonik test cihazı (Şekil 7). Bununla birlikte hem prop hem de ultrasonik test cihazı standart ultrasonik testler için gerekli olmayan bazı ek özelliklere sahip olmalıdır. Örneğin kullanılan prop test edilecek malzeme kalınlığına uygun frekans ve kristal çapına, ultrasonik test cihazı ise yüksek çözünürlüklü bir ekrana sahip olmalıdır.

6 Şekil 7. Ultrasonik test kontrol ekipmanları [1] Araç üreticilerinin kullandığı ultrasonik test ekipmanları oldukça karmaşık ve pahalı ekipmanlardır. Fakat çok sayıda sac çeşidi içeren araç gövdesinde başarılı sonuçlar alınabilmesi için gerekli bir donanıma sahiptirler. Bu ekipmanları kullanabilmek ve sonuçlarını yorumlayabilmek için uzman kullanıcılar gereklidir. Araç üreticileri bu uzmanların yetiştirilmesi için uzun süreli hem teorik hem de pratik olarak eğitimler gerçekleştirirler. Bu uzmanlar tüm vardiyalarda ve özellikle emniyet noktalarından başlamak üzere belirlenen miktarda nokta kaynağı kontrollerini gerçekleştirir ve kayıt altına alırlar. 4. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI KONTROLÜ İÇİN KONTROL CİHAZI GELİŞTİRME Bir aracı oluşturan binlerce nokta kaynağı olduğu düşünüldüğünde kaza sonrasında araç gövdesinin tamiri için nokta kaynağı gerekli olacaktır (Şekil 8). Tamir işlemlerinin yapıldığı servislerde yapılan bu kaynakların kalite kontrolleri için tahribatlı bir kontrol yapmak mümkün değildir. Ultrasonik kontrol ise hem ekipman maliyetlerinin pahalı olması hem de uzman çalışan gerekliliği dolayısı ile uygulanmamaktadır. Yapılan kontrol sadece kaynak makinası parametrelerini mevcut kaynak makinası üzerinden ayarlamaktır. Çok sayıda araç çeşitliliği ile her bir araçta kullanılan sac malzeme ve kombinasyon farklılıkları nedeni ile doğru parametre ayarı yapılmasını da pek mümkün kılmamaktadır. Gövde tamiri tek bir markaya ait araçlar değil de birden fazla markaya hizmet ediyorsa doğru parametreler ile nokta kaynağı yapmak daha da zorlaşacaktır. Şekil 8. Araç gövde tamirinde nokta kaynak uygulaması [6] 112

7 Araç gövdelerinin tamirlerinde kullanılan nokta kaynakların kalite kontrolleri yapılamadığından araç sahipleri için daha sonrasında kazalarda güvenliğin azalması, ses ve yeniden tamir gerektirebilmesi nedeni ile memnuniyetsizlik oluşturmaktadır. Bu memnuniyetsizliği ortadan kaldırmak için uzman personel gerektirmeyen nokta kaynağı uygun ve uygun değildir diyen hızlı ve güvenilir bir cihaza tüm servislerde ihtiyaç duyulmaktadır. Uygun veya değil kriteri olarak nokta kaynak çekirdeğinin varlığı, boyutları ve kaynak kusurları değerlendirecek bu cihazı kullanmak için uzman bir personel de gerekmemelidir. Böyle bir sistemde en büyük zorluk uygunluk ve uygunsuzluk göstergesindeki güvenilirliği sağlamaktır. Bir onarım durumda, nokta kaynak bölgesindeki genellikle bozuk olan yüzeylerde probun konumlandırmasındaki zorluklar ve kaynak bölgesine ulaşılabilirlik buna neden olmaktadır. Bu çalışmada araç tamir istasyonlarında kullanılabilecek bir ultrasonik kaynak kontrol makinası geliştirme çalışması gerçekleştirilmiştir. Bunun için Şekil 9 de verilen probların kullanılmıştır. Kullanılan prob özellikleri iyileştirilerek daha hassas kontrollerde yapılabilir. Fakat bu cihazdan beklentiyi 6 halkalı probun test sonuçlarında da sağladığı doğrulanmıştır. Şekil 9. Kullanılan prob Prob boyutlarının seçiminde istenilen kaynak çekirdek çapı dikkate alınmıştır. Prob kaynak çekirdek çapından büyük yada küçük olmamalıdır. Nokta kaynağının kalitesinde kaynak çekirdek çapının istenilen değerde olması durumunda geliştirilen cihaz kaynak için uygun sinyali verir (Şekil 10). Eğer çekirdek çapı istenilen değerin altında ya da kaynak çekirdeğinin içerisinde boşluk var ise cihaz kaynak için uygun değil sinyali verir. Bunu yaparken de kaynak arkasından ve ara bölgelerden yansımaları değerlendiren geliştirilen bir algoritma kullanılır. 113

8 (a) (b) (c) Şekil 10. Halka şeklinde 6 farklı element kullanılarak üretilen dalgaların yayılma yolları ile kaynak geometrisi tespiti (a) uygun kaynak (b) çekirdek çapı küçük kaynak (c) boşluklu kaynak 114

9 5. SONUÇLAR Bir araç üzerindeki nokta kaynaklarının kalitesi aracın güvenliği için çok önemlidir. Bu nedenle tüm araç üreticileri bu kaliteyi sağlamak için firmalarında bir dizi kontrol gerçekleştirirler. Fakat araçlar kullanım ömürleri boyunca muhtemel kaza sonrasında tamir işlemlerinde nokta kaynak uygulamasına tabi tutulurlar ise ilk üretimlerindeki gibi kaynak kalitesinden emin olmak gereklidir. Fakat yaygın tamir atölyelerinde bunu sağlamak hem ekipman maliyetlerinin yüksekliği hem de geniş bir iş alanına sahip çalışanların kaynak kalitesi için kullanılan ekipmanların kullanımı konusunda yetişmiş eleman olmaması nedeni ile günümüzde pek mümkün olmamaktadır. Geliştirilen bu cihaz bu alandaki boşluğu kapatarak tamir sonrasındaki kaynak kalitesinin yükseltecektir. Sadece kaynak kalitesi için uygun ya da değil bilgisi vererek kolay kullanım olanağı sunan bu cihaz hem ürün geliştirme süresindeki prototip araç gövdelerinin imalatında hem de az sayıda üretim gerçekleştiren imalatlarda kaynak kalitesinin yükseltilmesine olanak sağlayacaktır. 6. KAYNAKLAR [1] Buckley, J., Servent, R., Improvements in Ultrasonic Inspection of Resistance Spot Welds, The 2nd International Conference on Technical Inspection and NDT, Tehran, Iran, October 2008 [2] Donders, S., Brughmans, M., Hermans, L., Tzannetakis, N., The Effect of Spot Weld Failure on Dynamic Vehicle Performance, IMAC-XXIII, the 23rd International Modal Analysis Conference, Orlando, February, 2005 [3] Geißler, G., Hahn, T., Process Development For Multi-Disciplinary Spot Weld Optimization With CAX-LOCO, LS-OPT and ANSA, 8th European Users Conference, Strasbourg, France, May 2011 [4] [5] ass_id_up=81 [6] [7] MEGEP, Metal Teknolojisi Elektrik Direnç Kaynağı, T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara 2007 [8] Ouisse, M., Cogan, S., Huang, S., Guillaume, B., An efficient procedure for spot welds optimization in automotive structures, IMAC-XXIV: Conference & Exposition on Structural Dynamics, SEM, pp , February 2006 [9] Sonat M., Doyum A.B., Direnç Punto Kaynaklarının Ultrasonik Muayenesi, Kaynak Teknolojisi II. Ulusal Kongresi, s , Kasım 1999, Ankara [10] 115

10 116