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TU Berlin

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Sensorgestütztes MSG-Engspaltschweißen von Feinkornstählen mit modifizierter Prozessführung im Dickblechbereich

Automatisiertes MSG Engspaltschweißen
Automatisiertes MSG Engspaltschweißen
Lupe
Schliff einer MSG Engspaltschweißung
Schliff einer MSG Engspaltschweißung
Lupe

Bleche mit großen Wandstärken über 50 mm werden in vielen industriellen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der chemischen Industrie, dem Behälterbau und bei Offshore-Windenergieanlagen. Das Schweißen dickwandiger Bauteile mittels Lichtbogenverfahren erfordert dabei die Mehrlagentechnik. Um den Fertigungsaufwand sowie Energie- und Zusatzwerkstoffbedarf des Schweißverfahrens zu senken und damit die Wirtschaftlichkeit zu steigern, wird versucht den Nahtquerschnitt möglichst gering zu halten. Das MSG-Engspaltschweißen mit parallelen Flanken eignet sich dabei gegenüber konventionellen Nahtvorbereitungen besonders für das Fügen bei hohen Blechdicken. Die spezielle Schwertkonstruktion mit mechanisch pendelnder Drahtelektrode ermöglicht das sichere Fügen von Spaltbreiten zwischen 18 mm und 24 mm und bietet entscheidende technologische Vorteile. Um die Prozesssicherheit und Automatisierbarkeit des komplexen Verfahrens zu steigern, wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens unter Einsatz unterschiedlicher Sensorik innovative Steuer- und Regelprinzipien entwickelt und angewendet.

Das Vermeiden von Flankenbindefehlern durch eine sichere Anbindung der Nahtflanken mit dem pendelnden Lichtbogen ist eine der wesentlichen technologischen Anforderungen. Um die Flankenanbindung für ein möglichst breites Spektrum an Prozessparametern zu gewährleisten und gleichzeitig die Bedienbarkeit zu vereinfachen, wurde eine ereignisgesteuerte Lichtbogensensorik entwickelt, welche unabhängig vom aktuellen Kontaktrohrabstand und den gewählten Prozessparametern sowohl für Sprühlichtbogen- als auch für Impulslichtbogenprozess die Pendelbewegung reguliert und neben Änderungen der Spaltbreite auch vertikale oder horizontale Verschiebungen kompensiert.

Zum Erreichen eines gleichmäßigen Lagenaufbaus bei variierender Spaltbreite wurde eine Füllgradregelung auf Basis der optischen Vermessung der Spaltgeometrie entwickelt. Diese ermöglicht durch Anpassen der Schweißgeschwindigkeit und der Drahtvorschubrate das präzise Einhalten einer vorgegebenen Lagenaufbauhöhe selbst bei Variation der Nahtquerschnittsfläche von 30%. Die Kombination aus Messdaten der optischen Sensorik sowie der gleichzeitigen Aufzeichnung des Lichtbogensensors in Einheit mit der geregelten Pendelkinematik ermöglichte darüber hinaus den Entwurf eines neuartigen Lichtbogensensors zur Spaltbreitenerkennung unter Einsatz künstlicher neuronaler Netze, welcher in zukünftigen Anwendungen die optische Sensorik ersetzen könnte.

Projektträger: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen - AiF

Forschungsvereinigung: Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren – DVS (FA3)

Förderzeitraum: Januar 2014 - Juli 2016

Projektpartner: CLOOS, Borsig PHE, Siemens AG, Scansonic MI GmbH, Fronius Int. GmbH, Lorch Schweißtechnik GmbH, EWM AG, PPS Pipeline GmbH

Ansprechpartner: Cagtay Fabry

Abschlussbericht

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