Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Akustisches Monitoring als prozessbegleitende Qualitätssicherungsmethode bei Pressschweißverfahren

 

Mit dem Projekt SOUNDWELD wird eine vielversprechende, in Echtzeit ablaufende und zerstörungsfreie Prüftechnik für Schweißprozesse untersucht. Dabei basiert diese Prüftechnik auf der Detektierung der während des Schweißvorgangs entstehenden akustischen Emissionen und der Umwandlung dieser hochfrequenten und elastischen Druckwellen in elektrische Signale. Gegenwärtig wird Acoustic Emissions Monitoring (AEM) zur Überwachung von industriellen Verfahren sowie zur Überprüfung von Strukturen verwendet. Ziel des Projektes ist es, AEM auf innovative Schweißprozesse anzuwenden.

Bedingt durch wachsende Kundenerwartungen gewinnt die Schweißqualität zunehmend an Bedeutung. Dabei sind traditionelle Prüfverfahren oftmals zeit- und kostenintensiv, was letzten Endes zu erhöhten Produktkosten führt. Der anhaltende Trend artungleiche Materialien bei hybriden Strukturen durch innovative Schweißverfahren, wie das Magnetimpulsschweißen oder auch endlochloses Rührreibschweißen, einzusetzen, geht mit der wirtschaftlichen Notwendigkeit einher. Dabei muss der vorliegende Qualitätsprüfaufwand der erzeugten Hybridstrukturen auf ein Minimum reduziert werden.

AEM als zerstörungsfreies Prüfverfahren geht mit dem Potential einher, genau dies zu bewerkstelligen. Es stellt eine absolute Notwendigkeit dar, die zeit-, und kostenintensiven konventionellen Methoden zu substituieren.

Das Projekt wird die Produktionskosten, insbesondere bei KMU, beim Schweißen von artungleichen Materialkombinationen reduzieren und die Wettbewerbsfähigkeit der KMU verbessern. Unternehmen werden in der Lage sein, hybride Komponenten mit dem neuesten Schweißverfahren in einem sicheren, schnellen und kosteneffizienten Weg zu erzeugen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts SoundWeid wurde eine zerstörungsfreie Qualitätssicherungsmethode (QS-Methode) entwickelt. Diese QS-Methode basiert auf der Analyse akustischer Emissionen, die während des Schweißvorgangs emittiert und mittels geeigneter Messtechnik erfasst werden. Insbesondere Pressschweißverfahren standen im Fokus der Untersuchungen, da diese Verfahren aufgrund ihrer Prozesscharakteristiken für aktuelle Fügeaufgaben besonders vorteilhaft sind. So können z. B. metallische Mischverbindungen hergestellt werden, die insbesondere für Leichtbauanwendungen relevant sind. Die untersuchten Pressschweißverfahren waren das Magnetpulsschweißen, das Widerstandsschweißen und das Reibpunktschweißen. Letztere wurden in Belgien vom Belgian Welding Institute und von der KU Leuven betrachtet. Das Magnetpulsschweißen wurde in Kassel akustisch analysiert. Anhand dieser drei Verfahren wurden QS-Methoden entwickelt, die geschweißte Verbindungen anhand ihrer Schweißnahtqualität klassifizieren. Beim Magnetpulsschweißen wurde eine Missklassifikationsrate von 13 % erzielt, obwohl sich das Verfahrens als äußerst fordernd für die akustische Überwachung herausstellte. Dies lag um einen an der extrem kurzen Schweißzeit (wenige Mikrosekunden) und zum anderen an der hohen Anzahl potentieller Störquellen. Um trotzdem eine Klassifikation anhand der Schweißnahtqualität durchzuführen, wurde deshalb die QS-Methode auf einem Machine Learning Modell aufgebaut, da klassische Ansätze der akustischen Überwachung, wie die Analyse von Zeitsignalen und Frequenzspektren, keine ausreichenden Informationen lieferten. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die QS-Methode auch auf andere Schweißverfahren anwendbar ist. So konnten erfolgreich Daten aus akustischen Emissionen des Widerstandspunktschweißen, aufgenommen von

und bei der KU Leuven, für eine Klassifikation genutzt werden. Ebenso konnten qualitative Aussagen beim AC-Bolzen schweißen von Aluminium getätigt werden.