Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prädiktion von Schweißparametern für das Elektronenstrahlschweißen und das Laserstrahlschweißen unter Vakuum durch inverse Nutzung eines Ersatzmodells

Ziel ist es, Anwendern der Elektronen- und Laserstrahl-Technologie unter Vakuum (LaVa) eine Herangehensweise bereitzustellen, um Schweißparameter unabhängig von der verwendeten Schweißanlage für die, an die Schweißnaht gestellten Geometrieanforderungen bei hinreichender Nahtqualität über ein Ersatzmodell abzuleiten.

Dazu kommen Qualitätsmodelle in Verbindung mit Optimierungsverfahren zum Einsatz. Die Modelle können mit Hilfe der Ersatzmodellierung erstellt werden und erfordern eine geeignete Datenbasis, die auf der Basis einer statistischen Versuchsplanung generiert wird. Hierbei werden bei Variation der Schweißparameter die Einflüsse auf die sich ergebende Schweißnahtgeometrie über eine Sensitivitätsanalyse ermittelt und für die Ersatzmodellbildung herangezogen.

Angestrebte Ergebnisse: Bestimmung des dP90 ohne Strahlvermessungsgerät, Ermittlung des Einflusses von Legierungselementen auf die Nahtgeometrie, Ermittlung des Zusammenhangs Prozessparameter und Nahtausbildung/Prozessstabilität

Die Eigenschaften des EBW und LaVa wie hohe Leistungsdichte und Schweißen unter Vakuum prädestinieren die Verfahren für anspruchsvolle Fügeaufgaben. Das Projekt hilft Nutzern, kosten- und ressourcensparend zu arbeiten, da die Entwicklungszeit für neue Schweißaufgaben reduziert werden, und eröffnet flexiblen kmU neue Märkte im Dienstleistungsbereich. Durch die Einarbeitung der Projektergebnisse in deutsche Regelwerke können billigere Technologien aus dem Ausland ohne entsprechende Standards schwerer am Markt eingesetzt werden. Das hohe Interesse der kmU zur Mitarbeit verdeutlicht das große Potential zum Transfer der Ergebnisse in die industrielle Praxis, siehe auch die LOI der Firmen Josch (KMU), Evobeam (KMU) und Forschungszentrum Jülich (Vorsitzender der DVS/DIN AG V9.1, die maßgeblich bei der Initiierung dieses Antrages mitgewirkt hat). Die Ergebnisse können durch die Erarbeitung eines DVS-Merkblattes sofort bei allen EB- und LaVa-Anwendern umgesetzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das für den Werkstoff S355JR aufgestellte Modell liefert zuverlässige Schweißprozessparameter, mit denen trotz stark abweichender Anlagentechnik bei unterschiedlichen EB-Anlagen die geforderten Nahtgeometrien mit guter Näherung realisiert werden können. Der Einsatz der entwickelten Methodik bietet sich besonders bei Job-Shops für die Kleinserien- oder Einzelteilfertigung, da der Aufwand bei der Produktentwicklung sinkt.

Es konnte gezeigt werden, dass der Einfluss des dp90 im untersuchten Rahmen und der untersuchten Legierungselemente auf die Nahtgeometrie geringer ist, als ursprünglich vermutet. Der Erkenntnisgewinn bezüglich der Zusammenhänge von Strahlqualität und Schweißergebnis kann bei der Konzeptionierung und Anwendung von EB- und LaVa-Anlagen Anwendung finden.

Der Vergleich von EB und LaVa zeigt, dass der LaVa-Prozess in der Lage ist ähnliche Geometrien bei vergleichbarer Nahtqualität zum EB-Schweißen herzustellen. Das erweitert die Anwendungsgebiete von LaVa und macht das Verfahren wettbewerbsfähiger.