Effiziente Schweißverfahren und Automation in der modernen Fertigung

1.    Einleitung:
Für ein außenhandelsorientiertes Land wie Deutschland ist ein leistungsstarkes, international wettbewerbsfähiges, metallverarbeitendes Gewerbe von hoher gesamtwirtschaftlicher Bedeutung. Der Begriff „Made in Germany“ steht noch heute als Qualitätssiegel für in Deutschland produzierte Waren und hebt das produzierende Gewerbe auf einen international hoch anerkannten Sockel. Es ist daher erforderlich, die Effizienz und Produktivität der Unternehmen langfristig auf einem hohen Standard zu halten und zu steigern, um insbesondere mit den globalen Wettbewerbern auf Augenhöhe zu bleiben. Gleichzeitig darf die Wirtschaftlichkeit in der Produktion nicht unter dem enormen Druck leiden, damit auch zukünftig Waren mit dem Sigel „Made in Germany“ die Weltmärkte erreichen.
Da die Schweißtechnik für diese Unternehmen eine Schlüsselrolle spielt, müssen sich Unternehmer stets mit den Entwicklungen und Neuerungen der für sie sinnvollen Technologien beschäftigen. Auf der einen Seite liefern die Hersteller für Schweißtechnik mit kontinuierlichen Innovationen immer wieder Möglichkeiten, die eigene Fertigung zu optimieren. Allerdings ist es nicht immer einfach, aus der Vielfalt des Angebotes die richtige Lösung für die eigene Herausforderung auszuwählen. Auf der anderen Seite fordern Unternehmen immer wieder neue Lösungen, weil auch sie Vorgaben stellen, die mit aktueller Technik nicht realisierbar sind.
So kommen zum Beispiel immer häufiger neben normalen Baustahl (S235 oder S355), auch hochfeste Feinkornbaustähle (S690 und höher) und nichtrostende Chrom-Nickel-Stähle zum Einsatz. In Bereichen, in denen Leichtbau eine wesentliche Rolle spielt, werden Aluminiumwerkstoffe und Leichtbaukonstruktionen zunehmend interessant.
Auch was die Materialdicken betrifft bietet das metallverarbeitende Gewerbe eine große Vielfalt. Während für einige Brachen ein Blech mit 2 mm Wanddicke schon als Dickblech eingestuft wird, werden in anderen Brachen 10 mm allen-falls für die Typenschilder verwendet.
Somit bietet das metallverarbeitende Gewerbe zahlreiche Einsatzmöglichkeiten und ein hohes Entwicklungspotential für fertigungstechnische Entwicklungen im Allgemeinen und in der Fügetechnik im Besonderen.
Im Folgenden soll erstens auf vorherrschend eingesetzte Schweißverfahren eingegangen werden. Zweitens werden die Schweißverfahren betrachtet, die sich aufgrund technologischer Vorteile zunehmender Beliebtheit erfreuen, jedoch noch nicht so verbreitet sind. Darüber hinaus werden einzelne Beispiele für den automatisierten Einsatz von Robotern mit Sensoreinsatz vorgestellt.

2.    Metallschutzgasschweißen (MSG)
Die wohl meist verbreiteten Schweißverfahren im metallverarbeitenden Gewerbe sind die Metallschutzgasschweiß-(MSG)-Verfahren. Hierbei wird in erster Linie zwischen den klassischen Lichtbogenarten „Kurzlichtbogen“, „Übergangslichtbogen“ oder „Sprühlichtbogen“ und diversen „Pulslichtbögen“ unterschieden. Während die klassischen Lichtbogenarten auch mit einfachen Stufenschaltergeräten erzeugt werden können, sind für moderne Lichtbögen vorranging digitale, geregelte Stromquellen erforderlich. Die Vorteile dieser Lichtbögen sind eine besser kontrollierbarere Wärmesteuerung sowie eine sichere und kontrollierte Tropfenablösung am Ende der Pulsphase des Schweißstromes. Dadurch wird sichergestellt, dass sich der Tropfen vom Drahtende ablöst, bevor das Drahtende in die flüssige Schmelze eintauchen kann. Dies würde zu Kurzschlüssen und somit zu starker Spritzerbildung führen. Der Impulslichtbogen ist für viele Schweißaufgaben gut geeignet, da er sehr stabil läuft und einen tiefen, sicheren Einbrand gewährleistet. Er wird sowohl manuell als auch mechanisiert eingesetzt. Die meisten Stromquellenhersteller bauen bei der Pulsregelung auf eine I/I-Regelung auf, bei der sowohl die Pulsphase, als auch die Grundstromphase stromgeregelt wird. Einige Hersteller bieten zusätzlich eine U/I-Regelung ihrer Impulslichtbögen an, bei denen die Pulsphase spannungsgeregelt und die Grundstromphase stromgeregelt wird. Die Abbildung zeigt den stilisierten Stromverlauf eines Pulsprozesses mit den dazugehörigen Aufnahmen aus einer Highspeed-Kamera. Die durch den Stromfluss erzeugten magnetischen Kräfte trennen den Tropfen in der höchsten Phase des Pulses ab, bevor das Drahtende in die Schmelze eintaucht. So wird der Kurzschluss vermieden.

 

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