CMT-Bericht 29/2014: Vollmechanisiertes sensorgestütztes Fallnahtschweißen für die Sektionsfertigung (Sensorgestütztes Fallnahtschweißen)

RWTH Aachen – Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Reisgen, Dr.-Ing. Simon Olschok, Dipl.-Ing. Christoph Turner

Das IGF-Vorhaben 16865 N des Center of Maritime Technologies e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

Der Bericht kann beim FSM bestellt werden. Bitte senden Sie eine E-Mail an info(at)fsm-net.org

Zusammenfassung

Die deutschen Werften stehen unter einem enormen und stetig wachsenden Wettbewerbsdruck. Als Folge des Wettbewerbsdrucks war in den letzten Jahren eine Abkehr der deutschen Werften vom Containerschiffbau und Fokussierung auf den Bau von Yachten, Kreuzfahrtschiffen, Marineschiffen und den Spezialschiffbau zu beobachten. Doch auch in diesem Bereich drängen Konkurrenten, gerade aus dem asiatischen Raum, auf den Markt. Zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit des Hochlohnlandes Deutschland als Produktionsstandort für den Schiffbau sind die Entwicklung und der Einsatz innovativer und hochproduktiver Fertigungstechnologien von essentieller Bedeutung.

Eine solche Fügetechnologie stellt das vollmechanisierte sensorgestützte Fallnahtschweißen dar. Im Rahmen des hier vorgestellten Forschungsvorhabens werden zwei Fügekonzepte entwickelt: Das beidseitig gleichzeitige MSG-Fallnahtschweißen und das Laser-MSG Hybridfallnahtschweißen mit zusätzlichem gegenüberliegenden MSG-Brenner. Das Laserstrahl-MSG Hybridschweißen hat aufgrund seiner verfahrensspezifischen Vorteile bereits seit längerem Einzug in den europäischen Schiffbau gehalten und wird beispielsweise bei den Werften Meyer Werft, Aker Finyards und Fincantieri in der Paneelfertigung eingesetzt. Das Verfahren verbindet eine hohe Einschweißtiefe bei hoher Schweißgeschwindigkeit mit der Möglichkeit der Spaltüberbrückung und der metallurgischen Beeinflussung der Schmelze. Im Zuge des Forschungsvorhabens IGF 16.865 N soll der Mechanisierungsgrad beim MSG-Fallnahtschweißen und das Einsatzgebiet des Laserstrahl-MSG Hybridschweißens auf Anwendungen für Vertikalnähte in der Fallnahtschweißposition PG erweitert werden, um die zur Zeit meist mittels manuellem Steignahtschweißen gefügten Nähte hochproduktiv schweißen zu können.

Hierzu erfolgt im ersten Schritt die Prüfung der Prozessfähigkeit und Prozessentwicklung für die beiden Schweißprozesse beidseitig gleichzeitiges MSG-Fallnahtschweißen und beidseitig gleichzeitiges Laser-MSG Hybridfallnahtschweißen mit einem gegenüberliegenden zweiten MSG-Brenner. Im Zuge der Prozessentwicklung wird auf die Möglichkeiten der statistischen Versuchsplanung zur Bestimmung von Prozessmodellen zurückgegriffen. Im zweiten Schritt wird ein Mechanisierungskonzept erarbeitet und umgesetzt, welches auf Basis der optischen Detektion und Vermessung des Fügespaltes eine automatische Nahtfindung, Nahtverfolgung und vor allem eine automatische Auswahl der im ersten Arbeitsschritt ermittelten Parametersätze in Abhängigkeit von der ermittelten Fügespaltweite ermöglicht. Der Einsatz moderner Festkörperlaser erfordert insbesondere unter Berücksichtigung der zugrundeliegenden Schweißaufgabe in der Sektionsfertigung im Schiffbau (Nahtlänge, Bauteilvolumen, Schweißposition) besondere Anstrengungen zur Sicherstellung der Arbeitssicherheit. Aus diesem Grund werden im Zuge des Forschungsvorhabens Konzepte für den Arbeitsschutz (insbesondere die Lasersicherheit) im Werftumfeld erstellt. Dies erfolgt auf Basis einer detaillierten Aufarbeitung der aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen und des aktuellen Stands der Technik in Sachen Arbeitsschutz.

Es konnte nachgewiesen werden, dass durch das mechanisierte Fallnahtschweißen große Potentiale zur Produktivitätssteigerung erschlossen werden können. Darüber hinaus wurde ein Mechanisierungskonzept entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Zuletzt wurde der Stand der Technik in Sachen Arbeitssicherheit aufgearbeitet und Sicherheitskonzepte für verschiedene Anwendungsfälle erstellt.