Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGPAssistenzsystem zur Qualitätssicherung im Schweißprozess
In verschiedenen Bereichen der maritimen Fertigung sowie des schweren Stahlbaus kommen sowohl manuelle als auch automatisierte Schweißprozesse zum Einsatz.
Herausforderung
Neuartige Werkstoffe wie höherfeste Baustähle, Stähle mit gesteigerten Zähigkeitseigenschaften sowie Druckbehälterstähle für kryogene Tanks stellen zunehmend höhere Anforderungen an die Prozessführung beim Schweißen. Zur sicheren Verarbeitung werden Schweißverfahren mit eng definierten Prozessfenstern qualifiziert, innerhalb derer insbesondere der streckenspezifische Energieeintrag präzise einzuhalten ist. Dieser wird bei Einhaltung der Leistungsparameter maßgeblich durch die Schweißgeschwindigkeit beeinflusst. Beim manuellen Schweißen steht dem Schweißer bislang keine praktikable Methode zur Selbstkontrolle der eigenen Schweißgeschwindigkeit zur Verfügung, sodass die Einhaltung der qualifizierten Prozessfenster weitgehend der persönlichen Erfahrung überlassen bleibt. Bei automatisierten Schweißanlagen hingegen führen Verschleiß und Verschmutzung der Schweißdüse durch anhaftende Schweißspritzer und thermische Belastung zu ungeplanten Anlagenstillständen. Da konventionelle, erfahrungsbasierte Wartungsintervalle die große Varianz der Schweißaufgaben in der Unikatfertigung nicht zuverlässig abbilden, entstehen erhöhte Nebenzeiten sowie zusätzliche manuelle Nacharbeiten.
Zielstellung und Lösungsweg
Im Rahmen des Verbundvorhabens WeldTrack werden zwei aufeinander abgestimmte Assistenzmodule entwickelt, die jeweils gezielt auf diese Herausforderungen eingehen. Für das manuelle Schweißen wird ein kompaktes, nachrüstbares System entwickelt, das über am Schweißbrenner angebrachte Beschleunigungssensoren die Bewegungsdaten des Schweißers kontinuierlich erfasst und daraus in Echtzeit die aktuelle Schweißgeschwindigkeit berechnet. Dem Schweißer wird unmittelbar rückgemeldet, ob er sich innerhalb des qualifizierten Prozessfensters bewegt, wodurch die Prozesssicherheit signifikant erhöht und eine lückenlose Dokumentation der Schweißparameter ermöglicht wird. Für den automatisierten Bereich wird auf Grundlage der in der Anlagensteuerung bereits vorhandenen Prozessdaten ein KI-gestütztes Prognosemodell entwickelt, das frühzeitig den optimalen Zeitpunkt für Düsenreinigungszyklen oder den Austausch von Verschleißteilen empfiehlt, ohne den Einsatz zusätzlicher Sensorik.
Nutzen
Durch die kontinuierliche Auswertung relevanter Prozessparameter werden ungeplante Anlagenstillstände vermieden, Wartungsprozesse optimiert und die Gesamteffizienz des Schweißbetriebs nachhaltig gesteigert.