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88. Laserstammtisch Berlin Brandenburg - Laser für die Materialbearbeitung - Qualitätsanspruch beim Laserschweißen

1.Vortrag: Die Einschweißtiefe der Laserschweißnaht als wesentliches Qualitätskriterium

Trotz herrlichstem Sommerwetter und Fußball-WM fanden sich erneut eine gute Anzahl interessierter Zuhörer am Abend im Stammrestaurant ein. Es spricht sich immer mehr rum, dass anspruchsvolle und erkenntnisbringende Vortragsthemen geboten werden. Und ein besonderer Vorteil ist, dass man im Anschluss die Referenten und Fachspezialisten persönlich ansprechen und offene Fragen diskutieren kann. Ein ganz wesentlicher Pluspunkt für den Laserstammtisch. Zuvor ergriff Prof. Eichstädt als  Vorsitzender des LVBB kurz das Wort, um an kommende Veranstaltungstermine zu erinnern, neue Teilnehmer vorzustellen und nicht den Hinweis zu vergessen, dass aus der Gastteilnahme auch eine Mitgliedschaft im LVBB werden kann.

Martin Stambke, Entwicklungsingenieur - Laser Prozess Sensorik - von der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, war gebeten worden, über den aktuellen Stand der Prozessüberwachung auf der Grundlage der Analyse der Einschweißtiefen zu referieren: Beim Laserschweißprozess kommt es darauf an, wie perfekt Strahlquelle und Bearbeitungsoptik mit einander kommunizieren und in welchem Zeitfenster  Abweichungen an die Steuerung bzw. den Bediener signalisiert werden können. Die Einschweißtiefenmessung mittels optischer Kohärenztomografie, kurz OCT, bietet vor allem die Option, während des gesamten Schweißprozesses eine eine kontinuierliche und Echtzeitüberwachung in den Laseranlagen zu installieren.

Die Frage, warum es ganz entscheidend ist die Einschweißtiefe zu überwachen und messbare, aussagekräftige Aussagen zu erhalten, ist begründet in einem nahezu  fehlerfreien Schweißnahtquerschnitt, da nur dieser eine sichere Bauteiltragfähigkeit garantiert. In das Innere einer Schweißnaht bereits während des Entstehungsprozesses hinein zu blicken, war schon immer ein Ziel in der Forschung. Hier bietet die Kohärenztomografie einen Top-Ansatz. Der OCT-Sensor warnt den Anwender, wenn der Prozess von der voreingestellten Einschweißtiefe und in den gesetzten Grenzwerten  abweicht. Entlang der gesamten Schweißnahtlänge kann eine 100 % - ige Überwachung erfolgen. Auf die übliche Kontrolle durch stichprobenartige Querschliffe  kann verzichtet werden, was zur Einsparung von Material und Kosten führt und den zeitlichen Rahmen der Qualitätsüberwachung minimiert. Ein sofortiges Eingreifen bei Abweichung von der geforderten Schweißnahttiefe führt somit  auch zur Vermeidung von Fehlteilen. Der Anwender erhält eine kontinuierliche Information über die gesamte Schweißnahtlänge, Fehler und Abweichungen können konkreten Positionen zugeordnet  werden. Durch die integrierte Lösung von Überwachung und Bildverarbeitung ist ein einfaches Handling der System- und Messtechnik möglich. Neben Kostenreduzierungen lassen sich auch weitere Applikationen erschließen, wie z. B. der Einsatz bei Laserschweißungen an Kupferwerkstoffen oder auch für Kehlnahtschweißungen im Karosseriebau.

Kontakt :

Martin Stambke

TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH

Prozess Sensorik

Weitere Informationen unter:

https://www.trumpf.com/de_DE/produkte/laser/sensorik/einschweisstiefenueberwachung/

als eingeloggtes Mitglied des LVBB können Sie an dieser Stelle die Vortragsfolien der Firma SITEC als PDF-file herunterladen

2.Vortrag: Schweißspritzer adé – clean welding by SITEC

Bisher kannte man das Elektronenstrahlschweißen ähnlich dem Laserprozess zumindest auch für Anwendungen unter atmosphärischen Bedingungen, mit dem Ziel neue Bauteil – oder Werkstoffkonfigurationen zu erschließen. Den Laserstrahl in eine Elektronenstrahlkammer zu integrieren und im Vakuum zu nutzen, ist dagegen ein Schritt in eine völlig neue Richtung. Herr Peter Leipe, Leiter der Applikation bei der Firma SITEC, einem Unternehmen des Mittelstandes in Sachsen, welches  seit mehr als 20 Jahren seine Erfahrungen im Maschinen- und Laseranlagenbau auf die Erfüllung spezieller Kundenanforderungen ausgerichtet hat, ist diesen Schritt gegangen. Im hauseigenen Lasertechnologie–Zentrum werden neue und innovative Lösungen erarbeitet, um die Qualität der Schweißergebnisse insbesondere an schwierig zu schweißenden Materialien, wie z. B. Einsatzstählen, zu verbessern. Ein ganz wesentliches Problem stellen dabei Schweißspritzer und Nahtdefekte wie Poren, Risse, Randkerben dar, die nicht nur optisch ein Problem sind, sondern auch eine hohen Nachbearbeitungsaufwand und Minimierung der Bauteilfestigkeit bedeuten. Eng damit verbunden ist eine verstärkte Kosten- und Preissteigerung.

Neben der Technologieentwicklung bietet die Firma SITEC dann auch gleich die anlagentechnische Lösung in Form von kundenspezifischen Lasermaschinen an, mit denen sich diese Zielstellung erfüllen lässt. Hierfür wurde der Laserkopf eines Festkörperlasers in eine Vakuumkammer installiert und mit einer flexiblen, steuerbaren Schweißvorrichtung kombiniert. Um die Evakuierungszeiten wirtschaftlich zu gestalten, sind diese Vorrichtungen für die Aufnahme komplexer Baugruppen ausgelegt, auf denen alle Schweißpositionen in einem Arbeitsschritt nacheinander abgeschweißt werden können. Bei einer kontinuierlichen Absenkung des atmosphärischen Drucks auf 10 mbar bei gleichzeitiger Steigerung der Schweißgeschwindigkeit konnte  die Anzahl der Schweißspritzer signifikant abgesenkt werden.

Anschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen wiesen nach, dass bei gleichzeitiger Einsparung von Nachbearbeitungskosten auch ein geringerer Energieverbrauch festgestellt werden konnte. Die Integration der Kammer in Laser Standard-Anlagen führte zu einer schnellen praxistauglichen, maschinellen Lösung und damit Realisierung der Projektergebnisse.

Die Vorteile des Verfahrens sind neben der Reduzierung der Schweißspritzer und der Einsparung aufwendiger Nachbearbeitung, auch im geringeren Energieeinsatz und damit verzugsarmen Laserschweißen zu sehen. Damit verbunden ist eine geringere Belastung und Beeinflussung der zu schweißenden Werkstoffe. Für Stähle mit schlechterer Schweißeignung, aber auch für Aluminium- und Kupferwerkstoffe, lassen sich in Zukunft die Einsatzpotentiale erweitern und ergänzen.

 

Kontakt:

Peter Leipe

Leiter Laser-Technologiezentrum

www.sitec-technology.de/Clean_welding.html

als eingeloggtes Mitglied des LVBB können Sie an dieser Stelle die Vortragsfolien von Herrn Leipe als PDF-file herunterladen

Bericht: Prof. Dr. Sonja Eckhardt