Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Schweißprozessabhängige Steuerung der Absaugleistung von Absaugbrennern für das MSG-Schweißen unter Berücksichtigung von Nahtqualität und Prozessstabilität

Die Anwendung von Metallschutzgas-Schweißprozessen ist mit der Entstehung von gesundheitsschädlichen Schweißrauchen verbunden. Durch neue Arbeitsplatzgrenzwerte sind Betriebe, bei denen das MSG-Schweißen eine Schlüsselposition in der Fertigung einnimmt, gezwungen geeignete Schutzmaßnahmen zu treffen. Absaugbrennersysteme, welche mit Hilfe eines einstellbaren Absaugvolumenstroms den Schweißrauch nahe an der Schweißstelle absaugen, stellen hierbei eine vergleichsweise kostengünstige und effektive Möglichkeit dar, um die Belastung für das Schweißpersonal zu reduzieren. Eine bisher ungelöste Problematik hierbei ist, dass ein Spannungsfeld zwischen einer effektiven Erfassung von Schweißrauchen und der Gewährleistung der erforderlichen Schweißnahtqualität besteht, die auf einer ungestörten Schutzgasabdeckung basiert. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer schweißprozessabhängigen Steuerung der Absaugleistung von Absaugbrennern, welche die Möglichkeit besitzt, eine individuell optimierte Abstimmung zwischen Schweißrauchabsaugung, Nahtqualität und Prozessstabilität zu erzielen. Auf diese Weise kann insbes. für KMU eine Basis geschaffen werden, den Arbeitsschutz der Mitarbeiter zu verbessern, ohne dabei den Schweißprozess und die damit verbundene Qualität der Schweißungen negativ zu beeinflussen. Des Weiteren werden die Forschungsergebnisse genutzt, um Aussagen darüber zu treffen, ob zusätzliche Absaugmaßnahmen unter bestimmten Anwendungsbedingungen notwendig sind.

Der Lösungsansatz wird mit Hilfe geeigneter Messtechnik sowie metallurgischer Analysen zur Bewertung der Schweißnahtgüte realisiert. Hierzu werden vorab Einflussfaktoren auf die Emissionsentstehung und den Erfassungsgrad von Absaugbrennern erarbeitet. Durch die darauffolgende Analyse von Wechselwirkungen zwischen Absaugleistung, Prozessstabilität und Nahtqualität wird ein funktionaler Zusammenhang zwischen den Eingangsgrößen und der Zielgröße Absaugvolumenstrom erarbeitet.

Ergebniszusammenfassung:

Brennerintegrierte Absaugungen erfassen Schweißrauchemissionen direkt an der Entstehungsstelle und können so wirksam das Expositionsrisiko reduzieren. Einer bestmöglichen Erfassung der Emission steht allerdings das Risiko der Erzeugung von Schweißnahtfehlern gegenüber. Im Rahmen des Projektes wurden deswegen grundsätzliche Einflussfaktoren auf Emissionsrate und Erfassungsgrad untersucht.

Aus den Untersuchungen geht hervor, dass die maximale Grenze des Absaugvolumenstromes, bis Schweißnahtfehler auftreten, maßgeblich von der Prozesscharakteristik abhängig ist und aufgrund von geometrischen Unterschieden der Absaugbrenner brennerspezifisch bestimmt werden muss. Der Erfassungsgrad der Absaugbrenner wird hauptsächlich von der induzierten Geschwindigkeit, der Prozesscharakteristik und geometrischen Faktoren des Absaugbrenners beeinflusst. Demnach ist eine prozessabhängige Steuerung des Absaugvolumenstroms unter Berücksichtigung der prozess- und brennerspezifischen Grenzen des Absaugvolumenstromes sinnvoll. Auf Basis der Ergebnisse kann ein prozess- und brennerabhängiges Steuerkonzept der Absaugleistung erarbeitet werden. In ihrer Gesamtheit zeigen die Ergebnisse, dass Ansaugbrenner richtig parametriert in einem großen Arbeitsbereich effektiv zur Senkung der Gefährdung des schweißtechnischen Personals beitragen. Die Erkenntnisse können direkt in die Informationen von Berufsgenossenschaft und Fachverbänden einfließen, sowie durch die Hersteller von Absaugbrennern genutzt werden. Insbesondere durch sie wird das Wissen in die Anwendungsbetriebe getragen, die zu einem großen Teil KMU sind. Des Weiteren können auf Basis der Erkenntnisse Absauggerätehersteller (überwiegend KMU) Verbesserungen an ihren Geräten vornehmen und brennerspezifische Steuerkonzepte implementieren.