Czinege Imre: a járműipari anyagvizsgálat szerepe

A vázolt felelősségi láncnak megfelelően a vizsgálatok a következőkre terjedhetnek ki: technológia fejlesztés, első darab átvétel, mintavételes ellenőrzés sorozatgyártásban, káreset elemzés futó gyártmányoknál. A vizsgált járműipari alkatrészek köre nagyon széles, a karosszéria esetében a lemezek szilárdsága és alakíthatósága, valamint a kötések megfelelősége áll a vizsgálatok középpontjában, a többi előgyártmányok között jelentős arányt képviselnek az öntvények, kovácsolt termékek, műanyag és kompozit alkatrészek. A befejező megmunkálások területéről a forgácsolt és köszörült alkatrészek, a felületi kérgek és a hegesztett szerkezetek varratai emelhetők ki.

Az anyagvizsgálat szempontjából ez azt jelenti, hogy a vizsgálatok célja is jelentősen bővül. A klasszikus anyagvizsgálatok feladatköre az anyag megfelelőségének ellenőrzésére és a méretezéshez használt jellemzők meghatározására terjedt ki, a bővített funkciók sorában megjelenik a kutatás és gyártástechnológia fejlesztés támogatása, valamint a szerkezet működésének ellenőrzése. Emiatt az anyagvizsgálat olyan komplex mérnöki tevékenységgé válik, melyben az anyagvizsgáló nem csupán a műszer működtetője és a vizsgálati eredmények szolgáltatója, hanem a kutatási/gyártási folyamat alkotó résztvevője is.

Fejlődési tendenciák a járműgyártásban
A személyautó gyártásban a fejlődés irányát a fogyasztás és károsanyag kibocsátás csökkentése, a biztonság növelése, valamint a minél kedvezőbb érték/ár arány elérése jelenteti napjainkban is. E szempontok kielégítésének egyik eszköze a jármű tömegének csökkentése, amely új, nagyszilárdságú anyagok alkalmazásával, az alkatrészek optimális méretének és alakjának meghatározásával érhető el. Például egy 1500 kg össztömegű gépkocsi karosszériája a 2000-es évek elején még 280 kg volt, 2010-re ez 25%-kal vált könnyebbé és 2020-ra elérhetőnek látszik a 35%-os tömeg csökkenés, miközben a karosszéria merevsége és a törésteszteknek való megfelelősége lényegesen javul. Nyilvánvaló, hogy ez csak a használt lemezek szilárdságának jelentős növelésével érhető el, amely a kutatást támogató szilárdsági és alakíthatósági vizsgálatok bővülését is eredményezte.

Egy másik jellegzetes fejlődési irány a felületi kezelések intenzív alkalmazása az egymáson elmozduló felületek kopásának mérséklése és a súrlódási veszteségek csökkentése érdekében.

Ezek közül kiemelkednek a lézeres és elektronsugaras kezelések, valamint a kopásállóságot javító és súrlódást csökkentő bevonatok. Ezek vizsgálata ismert hagyományos eljárásokkal – például keménységméréssel – történhet, de új roncsolásmentes technikák is kialakultak például a rétegvastagság meghatározására.

A megnövekedett garanciális kötelezettségek teljesítése érdekében felértékelődik a komplett részegységek vizsgálata, például a teljes körű motor hidegteszt, a vezérlő és működtető egységek funkcionális ellenőrzése, vagy akár egy kisebb szerkezet roncsolásmentes ellenőrzése is. A továbbiakban a bevezetésben vázolt vizsgálati feladatok közül néhány esettanulmány fogja demonstrálni a vizsgálati feladatok sokszínűségét.

Esettanulmányok a járműipari alkatrészek és részegységek köréből

Futómű komplex vizsgálata
Az 1. ábrán látható a Rába Futómű Kft teherautó futóművének robbantott ábrája és a komplett tengely. Az ábráról látható, hogy a gyártási folyamatban lemezalakítás, kovácsolás, forgácsolás, hegesztés és szerelés egyaránt szerepel, tehát a vizsgálati feladatokat ezek folyamatos ellenőrzésére kell tervezni.

A ház gyártása lemezalakítással kezdődik, itt vizsgálati feladatként jelentkezik a lemezanyag szilárdsági vizsgálata és a melegalakíthatóság ellenőrzése. A kötési technológia fejlesztés során a plazmahegesztéssel készült varratok mikroszkópos vizsgálata és keménységeloszlása, valamint a dörzshegesztett kötés vizsgálata kap szerepet, a termék ellenőrzése a varratok roncsolásmentes vizsgálatával, nevezetesen hagyományos röntgen és ultrahang vizsgálattal történik. Az elkészült szerkezet működési paramétereit lehajlás méréssel, fárasztó vizsgálattal és dinamikai vizsgálattal ellenőrzik. Ez a példa jól szemlélteti, hogy egy komplex gyártmány ellenőrzése milyen sok fázist foglal magában.

Nitridált és elektronsugarasan edzett kéreg vizsgálata
Egy komplex motoralkatrész nemesíthető acélból készül, a nemesített alapanyagot először nitridálják, majd az erősen igénybevett felületeken elektronsugarasan edzik. Ez így duplex felületkezelésnek tekinthető, mely egyre gyakrabban alkalmazott a járműiparban. A kétféle kezelés hatását keménység lefutási görbével lehet jellemezni, ahogy a 2. ábra mutatja. Látható, hogy a nitridált kéreg 600 HV feletti keménység maximumot mutat, az elektronsugaras edzés pedig 800 HV feletti keménységet produkál, és a kéregvastagság is lényegesen nagyobb.

2. ábra. Felületi technológiákkal kezelt alkatrész

Kompozit ház szivárgásának elemzése
A komputertomográfia mint viszonylag új eljárás számos járműipari alkatrész vizsgálatában olyan lehetőségeket nyitott, melyek a hagyományos technikákkal elképzelhetetlenek voltak. A 3. ábrán látható alkatrész esetében szivárgás volt tapasztalható néhány alkatrésznél.

A vizsgálat kimutatta, hogy a műanyag fröccsöntési technológia okozta a problémát, ugyanis az összecsapási vonal mentén keletkező légbuborék sor vezetett a repedés keletkezéshez és ezzel járó szivárgáshoz. Ezt a fröccsöntés technológiai szimuláció is alátámasztotta. Megállapítható volt, hogy a hibás alkatrészeknél helytelenül voltak megválasztva a meglövési pontok, ennek következtében az összecsapási vonal is kedvezőtlen helyre került.

Járműipari elektronikai alkatrészek CT-vizsgálata
Az elektronikai alkatrészek forrasztásainak ellenőrzése komoly kihívás az anyagvizsgálók számára, mivel a porozitásokat, összeolvadási hibákat hagyományos technikákkal igen nehéz kimutatni teljes alak- és mérethűséggel. A CT eljárás itt is előnyösen alkalmazható, ahogy a 4. ábrán látható példa szemlélteti.

A bal oldali képen a CT-vizsgálattal feltárt porozitás mikroszkópi képe látható, ennek a vizsgálatnak a célja a felvétel hitelesítése volt. A jobb oldali kép egy komplex alkatrész csoport robbantott ábráját mutatja, ahol jól látható a forraszanyag nem teljes felületre kiterjedő kötődése.

Járműipari alkatrészek tisztaság vizsgálata
A legtöbb jármű főegységbe (például motor, sebességváltó) beépülő alkatrészekre a megrendelő előírja az ISO 16232/VDA 19 szerinti tisztaság vizsgálatot. Ennek során cél az üzemi tisztítási folyamat után megmaradt szennyeződések kimutatása független laboratórium által. A folyamat során intenzív mosással oldják le az esetlegesen megmaradó szennyeződéseket, majd a mosó oldatot szűrőn áteresztve leválasztják a részecskéket. Ezeket speciális mikroszkópi eljárással osztályozzák méret szerint, illetve különbséget tesznek reflektáló (fémes) és nem reflektáló szennyeződések között. A vizsgálati eredmény akkor megfelelő, ha az egyes méretkategóriákra előírt részecske darabszám az előírt értékek alatt marad.

Az 5. ábrán látható alkatrész tisztítási folyamatára mutat példát a jobb oldali kép. A kék oszlopok mutatják az előírt megengedett részecske darabszámot a gyári tisztítási folyamat után. A lila oszlopok azt jelzik, hogy az eredeti technológia nem volt megfelelő, minden méretkategóriában meghaladták az előírt értéket az észlelt részecske darabszámok. A tisztítási folyamat fejlesztése utáni második ellenőrzésnél már közel megfelelőnek bizonyult a minta.

Összefoglalás
A járműiparban a termékfelelősség fokozott érvényesítése megköveteli a teljes körű minőségellenőrzést. Ennek legfontosabb eszközei a továbbfejlesztett roncsolásos és roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárások. A roncsolásos vizsgálatokkal meghatározhatók a számítógépes méretezési eljárások bemenő adataiként használt anyagtulajdonságok, valamit jól jellemezhetők az egyes technológiák alkalmazásával elérhető új alkatrész minőségek is. A roncsolásmentes anyagvizsgálati eljárások közül sokoldalúsága miatt kiemelkedik az ipari CT vizsgálat. E technikával a belső hibák feltárása és a 3D geometriai vizsgálatok együttesen valósíthatók meg. Természetesen az egyre tökéletesebb hagyományos roncsolásmentes vizsgálati technikák is komoly szerepet játszanak az alkatrész ellenőrzésben. Különös figyelmet kap a felületi kérgek roncsolásmentes ellenőrzése és a tisztaságvizsgálat is, mint a roncsolásmentes vizsgálatok új eljárásai. A bemutatott esettanulmányok az anyagvizsgálati eljárások sokszínűségét szemléltetik, melyek részletezése további publikációkban látható.

Dr. Czinege Imre, Professor Emeritus
Széchenyi István Egyetem