Einseiten-Elektrogasschweißen an Blechdickensprüngen und unregelmäßigen Stumpfstoßgeometrien (Einseitig EGas) [IGF-Nr. 17415 BR]

Durchführende Stelle: Universität Rostock, Lehrstuhl Fertigungstechnik (Prof. Wanner)

Bearbeitungszeitraum: 01.03.2012 bis 31.05.2014

Abschlussbericht: CMT 28/2014


Motivation / Ausgangssituation

Um dem Wettbewerbsdruck auf dem globalen Schiffbaumarkt standhalten zu können, liegt die Herausforderung für den deutschen Schiffbau insbesondere nach der jüngsten Werftenkrise in der Sicherung und Eroberung von Marktanteilen durch entsprechendes Know-How und der Implementierung neuer und wirtschaftlicher Technologien. Bei der schiffbaulichen Montage von Großsektionsstößen wird im deutschen Schiffbau das teilmechanische und vollmechanische Metallschutzgasschweißen (MSG), im asiatischen Schiffbau häufig das Elektrogasschweißen (EGS) in steigender Position eingesetzt. Kennzeichnend für die durch EGS produzierten Schweißnähte und deren Nahtvorbereitung sind unterschiedliche Blechdicken der Außenhaut von Kimmgang über Schergang bis Lukensüll sowie unterschiedlich große Spaltmaße und relativ große Schweißvolumina.

Es existieren trotz Genaufertigung regelmäßig Abweichungen in den Spaltgeometrien der Block- und Sektionsstöße von bis zu 10 mm. Die steigend eingesetzten MSG-Mehrlagenverfahren können mittels hohem manuellen Aufwand darauf reagieren, sind jedoch relativ langsam und umständlich. Durch die Entwicklung einer für diese Problematik ausgelegten ESG-Verfahrensvariante können in Verbindung mit der ohnehin hohen Produktivität des Prozesses Fertigungsaufwand und Durchlaufzeiten gesenkt werden.

 

Zusammenfassung der geplanten Ziele und Lösungsschritte

Die Zielsetzung besteht in der Entwicklung eines reproduzierbaren EG-Einseiten-Schweißprozesses an unregelmäßigen schiffbaulichen Stoßgeometrien, der die Vorteile einer Produktivitätssteigerung durch einlagiges Schweißen mit der Fehlerreduzierung eines vollmechanischen bzw. automatischen Prozesses vereint. Dabei sollen auch Variationen bezüglich Drahtvariante (Eindraht, Doppeldraht, Tandem) und Pendelung untersucht und mit einbezogen werden.

Es sollen Schweißfehler, insbesondere des teilmechanischen MSG-Mehrlagenschweißens, wie Einschlüsse, Ansatzstellen, Endkrater durch einen reproduzierbaren Elektrogasprozess minimiert werden. Neben der Ermittlung mechanisch-technologischer Gütewerte, welche auch unter Praxisbedingungen auf z.B. einer Werft nachgewiesen werden sollen, besteht ebenfalls ein hoher Bedarf an Schwingfestigkeitsuntersuchungen.

Es soll eine Technologie erarbeitet werden, die unterschiedlich breite Spalte, Blechdickensprünge und gewisse Schrägstellungen der Schiffsaußenhaut ohne Prozessunterbrechung verschweißen kann. Dazu müssen neben eines neuartigen Regelkonzeptes für die Nahtverfolgung in Verbindung mit möglichst automatisierter Prozesssteuerung optimale Zusatzwerkstoff- und Regelparameter gefunden werden, um ausreichende Kerbschlagzähigkeiten in Schweißnaht, Schmelzlinie und Wärmeeinflußzone zu gewährleisten. Um die Anzahl der veränderbaren Parameter (Werkstoffen, Blechstärken, Zusatz- und Hilfsstoffen, Streckenenergie, Wurzelschutz, Luftspalte) einzugrenzen, soll die statistische Versuchsplanung angewendet werden. Dabei kann in Bezug auf den Einfluss verschiedener Parameter auf Erfahrungen früherer Elektrogasuntersuchungen zurückgegriffen werden.

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