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2. August, 2016 08:30 CET SSAB World

Gegen die Ermüdung

Die Qualität einer Schweißverbindung ist für jede Stahlapplikation entscheidend. Das gilt besonders für Teile aus hochfestem Stahl, da diese höheren Belastungen ausgesetzt werden. Der schwedische Doktorand Thomas Stenberg hat nun eine neue Methode entwickelt, um die Schweißqualität zu sichern.

Wenn in produkten aus hochfestem Stahl ein Materialversagen oder Bruch auftritt, dann geschieht das in der Regel an den Schweißverbindungen. Teile, die sich bewegen oder vibrieren, sind anfälliger für Ermüdung und Verschleiß, da zwischen Schweißnaht und Grundmaterial höhere Belastungen entstehen. Bei minderwertigen Verbindungen kommt es daher irgendwann zu Rissen.

Wie Anders Ohlsson, Manager of Joining & Thermal Cutting Technologies beim SSAB Knowledge Service Center erklärt, ist eine zuverlässige Qualitätssicherung bei verschweißten Strukturen sehr kostenintensiv. Dementsprechend zählt die fehlende Möglichkeit, die Qualität der Schweißverbindungen zu überprüfen, heute zu den Herausforderungen der Stahlindustrie.

„Schweißarbeiten finden in der Regel während der Fertigung statt, lassen sich aber erst hinterher durch Sichtprüfung kontrollieren. Eine Komponente kann daher den gesamten Fertigungsprozess durchlaufen, bevor ein Schweißdefekt entdeckt wird. Sie muss dann repariert oder verschrottet werden“, sagt er.

„Aus Zeit- und Kostengründen kann meist nur ein Bruchteil der Produktion überprüft werden. Obwohl viel Zeit in die Prüfung von Schweißverbindungen investiert wird, besteht das Risiko, dass Teile mit Schweißdefekten auf den Markt gelangen“, erklärt Ohlsson. 

Dank Thomas Stenberg, einem Doktoranden an der Königlich Technischen Hochschule KTH in Stockholm, ist diese Gefahr bald gebannt. Stenberg und sein Team haben eine neue und zuverlässige Methode zur Qualitätssicherung entwickelt, bei der mit Hilfe eines Laser-Profilsensors die geschweißte Oberfläche abgetastet und die Qualität der Schweißverbindung gemessen wird. Das Besondere an dieser Methode ist, dass die Messung in Echtzeit online erfolgt – noch während des eigentlichen Schweißvorgangs.

„Dieses System gibt dem Schweißer eine unmittelbare Rückmeldung, ob die Schweißverbindung alle Anforderungen erfüllt“, erläutert Stenberg. „Falls nicht, kann der Schweißroboter die Schweißeinstellungen entsprechend anpassen, ohne dabei den Schweißvorgang unterbrechen oder wiederholen zu müssen.“

Laut Ohlsson bietet die neue Methode zur Qualitätssicherung den Kunden von SSAB völlig neue Möglichkeiten zur Anwendung von hochfestem Stahl, da nun mehr Applikationen von dessen Vorteilen profitieren können – etwa durch geringeres Gewicht oder verringerten Kraftstoffverbrauch.

„Durch die Minimierung von Materialversagen durch Ermüdung können hochfeste Stähle zukünftig in Applikationen angewendet werden, in denen das bisher nicht möglich war – beispielsweise in Maschinen und Komponenten, die hohen Belastungskonzentrationen ausgesetzt sind. Dazu zählen Chassis für die Fertigung, Forstmaschinen, Trailerchassis und Komponenten zur Energieerzeugung“, sagt Ohlsson.

Stenberg gewann 2015 die „University Challenge“ im Rahmen des Swedish Steel Prize von SSAB für seine bahnbrechende Arbeit an der neuen Messmethode. Sie soll den Anwendern erhebliche Vorteile bringen.

„Zunächst erwarten wir eine Steigerung der Produktivität um etwa 50 Prozent aufgrund der höheren Robotergeschwindigkeit. Gleichzeitig verringert sich der Verbrauch von Schweißzusatzstoffen um bis zu 30 Prozent“, erklärt er. „Darüber hinaus ermöglicht die Methode den Herstellern kürzere Durchlaufzeiten, da weniger Sichtprüfungen durchgeführt werden. Und schließlich wird die Notwendigkeit minimiert, Produkte nachzuarbeiten oder zu verschrotten.“ 

Anwendung 

Die neue Methode zur Qualitätssicherung ist auf eine Reihe von Schweißverfahren ausgerichtet, darunter das MMA, MIG/MAG, TIG, SAW, Laser- und Plasmaschweißen. Für SSAB ist sie damit vor allem für die hochfesten Stähle des Strenx Produktprogramms geeignet.

Neue Messmethode 

Die bahnbrechende Methode zur Qualitätssicherung nutzt einen Laser-Profilsensor, um die Oberfläche der Schweißverbindung zu überprüfen. Mit ihr lassen sich auch die Einstellungen ermitteln, die für die Qualität von Bauteilen erforderlich sind, die Ermüdungsbeanspruchung ausgestetzt sind. Bei unzureichenden Messergebnissen kann der Schweißroboter die Einstellungen entsprechend anpassen, damit die Qualität der Schweißverbindung den Anforderungen entspricht. Thomas Stenberg und sein Team arbeiten derzeit an der Entwicklung einer gewerblichen Version der Methode, die voraussichtlich in den nächsten ein bis drei Jahren zur Marktreife geführt wird.

Von Isabelle Kliger