Bis 30 Millimeter Schweißen dicker Bleche optimieren

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Am Laser Zentrum Hannover entwickelt man für das Dickblechfügen einen Multi-Laserstrahlschweißprozess mit Strahlformung und eine auf einem digitalen Zwilling basierende, integrierte Qualitätssicherung.

Das Schweißen im Dickblechbereich – etwa für den Schiffsbau – ist aufgrund der hohen Einschweißtiefen herausfordernd. Forscher des LZH wollen aber mit einem neuartigen Multi-Laserstrahlschweißprozess mit integrierter Qualitätssicherung das Schweißen von dickwandigen Bauteilen im Bereich 15 bis 30 Millimeter smart erleichtern. Mithilfe einer integrierten Qualitätssicherung wollen sie auch eine gleichbleibende, defektfreie und hohe Schweißnahtqualität gewährleisten. Dazu will man verschiedene Sensoren kombinieren, mit denen man Merkmale hinsichtlich der Charakterisierung der Schweißverbindungen erfassen kann. Dazu zählen etwa die Nahtüberhöhung, die Nahtbreite und der Verzug. Basierend auf diesen Daten sollen auch eine adaptive Schweißprozessregelung sowie ein integriertes Qualitätssicherungssystem entwickelt werden, mit denen die Schweißnahtqualität mit „in Ordnung“ und „nicht in Ordnung“ klassifiziert werden kann.

Dicke Bleche mit digitalem Zwillung und Multi-Laserstrahl fügen

Zusätzlich überführt das LZH die Sensordaten des Qualitätssicherungssystems in digitale Zwillinge. Diese werden Prozess und Schweißnaht anhand der verschiedenen Messdaten digital abbilden. Mit dem digitalen Zwilling können die LZH-Forscher den Prozess dann dokumentieren und nachverfolgen. Das Ziel ist, die Gesamtfehlerquoten beim automatisierten Schweißen im Schiffsbau sowie notwendige Bauteilprüfungen in der Produktion zu verringern, wodurch der ganze Fertigungsprozess wirtschaftlicher werden soll. Um auch bei Materialstärken bis 30 Millimeter qualitativ hochwertig und damit rissfrei schweißen zu können, setzt man auf einen Multi-Laserstrahlschweißprozess. Dazu kombinieren Experten drei Strahlquellen zu einem parallel ablaufenden Wurzel- und Fülllagenschweißprozess, wie es dazu heißt. Durch Strahlformung können sie die Ausprägung der Schmelzbäder, Temperaturen, Erstarrung und des Gefüges gezielt beeinflussen, um so Heißrisse zu vermeiden.

Einschweißtiefen, die über heutigen Stand hinausgehen

Das Endziel ist der One-Run-Prozess, mit über den Stand der Technik hinausgehenden Einschweißtiefen. So sollen auch Schweißnahtlagen, Fertigungszeit, Zusatzwerkstoff- und Schutzgasverbrauch signifikant reduzierbar werden. Das schont natürlich Ressourcen und Fertigungskosten. Sowohl die zu entwickelnden Prozesse als auch die neuartige Systemtechnik sollen später in industrielle Fertigungsanlagen der maritimen Branche überführt werden.

Das Teilprojekt „Digital Twin“-basierte Qualitätssicherung und adaptive Prozessregelung beim Multi-Laserstrahlschweißen“ ist Teil des Verbundvorhabens „Multi-Laserstrahlschweißprozesse mit „Digital Twin“-basierter Qualitätssicherung für maritime Anwendungen an Dickblechen“ („DIGIMAR“). Projektpartner sind neben dem LZH die Meyer Werft GmbH & Co. KG (Integration der Systemtechnik und Prozessentwicklung) sowie die Laserline GmbH (Multi-Laserstrahlquelle und kombinierte Bearbeitungsoptik). Alles wird vom Projektträger Jülich mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert (Förderkennzeichen 03SX617C).

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