Vollmechanisiertes, sensorgestütztes Fallnahtschweißsystem für die Sektionsfertigung (FaSek)

Durchführende Stellen: RWTH Aachen, ISF (Prof. Reisgen)

Bearbeitungszeitraum: 01.01.2011 bis 30.06.2014

Abschlussbericht: CMT 29/2014


Motivation / Ausgangssituation

Um im stärker werdenden Wettbewerbsdruck durch den weltweiten Ausbau der Schiffbaukapazitäten bestehen zu können, müssen die deutschen Werften verstärkt hochproduktive und automatisierte Fertigungstechnologien einsetzen.

Eine solche Fertigungstechnologie ist das vollmechanisierte, sensorgestützte Fallnahtschweißen. Die Vorteile gegenüber dem Steignahtschweißen liegen neben einer höheren Wirtschaftlichkeit auch in einer höhere Nahtqualität. Des Weiteren werden die Werften durch ein mechanisiertes Verfahren unabhängiger von der Handfertigkeit der Schweißer.

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, der Industrie ein vollmechanisiertes, sensorgestütztes Fallnahtschweißsystem für die Sektionsfertigung zur Verfügung zu stellen. Mit diesem System soll es den Unternehmen ermöglicht werden, die zurzeit noch manuell hergestellten Vertikalnähte sowohl am Stumpf- als auch am T-Stoß vollmechanisiert herstellen zu können. Hierzu sollen zwei Teilsysteme entwickelt werden, ein beidseitiges MSG-Fallnaht- sowie ein Laser-MSG-Fallnahtschweißsystem mit beidseitigem MSG-Brenner. Die Vermessung der sich im Prozess ändernden Spalte zwischen den zu verschweißenden Blechen soll mit einem optischen Sensor im Online-Betrieb erfolgen. Dieser gibt die ermittelten Daten an eine Steuerung weiter, welche neben dem Positionieren des Hybridschweißkopfes die Anpassung der Parameter übernimmt. Gerade bei sich stark ändernden Spaltbreiten stellt dies eine große Herausforderung dar, da neben den MSG-Parametern die Laserleistung sowie die Schweißgeschwindigkeit angepasst werden müssen. Durch die Verwendung von zwei Brennern und einem Laser sollen Blechdicken bis zu 12 mm im I-Stoß mit bis zu 3 mm Spalt verbunden werden können.

Hierzu werden zunächst Vorversuche durchgeführt, um für jede Blechdicke und Spaltweite einen stabilen Parametersatz zu ermitteln. Der Einfluss der einzelnen Parameter auf das Schweißergebnis wird in einer weiteren Versuchsreihe mit Hilfe statistischer Prozessmodelle bestimmt. Die Stabilität des Schweißprozesses wird anhand der Strom- und Spannungswerte ermittelt. Diese werden für jeden Versuch aufgezeichnet. Ferner werden Untersuchungen durchgeführt um den Regelkreis zu erstellen. Hierzu werden in einer ersten Versuchsreihe die Fähigkeiten des Sensors zur Spaltvermessung und Nahtfindung ermittelt. Anschließend werden Versuchsreihen zum Erstellen der Regelung angefertigt. Abschließend werden Feldversuche bei den Projektpartnern unternommen. Die Anwendbarkeit des zu entwickelnden Systems in der industriellen Fertigung soll auf diese Weise untersucht und nachgewiesen werden.

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