ProEBSchall

Projektbeschreibung

Das Vorhaben „ProEBSchall“ befasst sich mit der Entwicklung eines akustischen In-Line-Monitoringsystems, mit dem es möglich ist, die während des Elektronenstrahlschweißprozesses auftretenden Unregelmäßigkeiten anhand ihrer spezifischen Klangsignatur detektieren zu können und so die nachgelagerte Qualitätskontrolle zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden.

Das Elektronenstrahlschweißen wird aufgrund der hohen erreichbaren Nahtqualität (z. B. geringes Nahtfehleraufkommen, minimaler Schweißverzug) und der endkonturnahen Fertigungsmöglichkeit, häufig innerhalb der letzten Fertigungsschritte einer Prozesskette eingesetzt. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) nehmen häufig Aufgaben als Elektronenstrahl-Lohnfertiger von Mittel- und Großserien in der Zulieferkette der Automobilindustrie und dem Behälter- und Apparatebau wahr. Die Nutzung der vollautomatisierten Fertigung kann bei nicht erfassten Prozessschwankungen zu folgenschweren Fertigungsausfällen führen. Aus wirtschaftlicher Sicht fordern die Anwender der Elektronenstrahltechnologie eine grundsätzliche Reproduzierbarkeit durch maximale Prozessstabilität. Diesbezüglich wird seitens der Anlagenhersteller sukzessive die Weiterentwicklung der Technologie betrieben. Moderne Maschinen bieten die Möglichkeit, anhand primärer Sollgrößenregelung und sekundärer Prozessgrößenmessung den Schweißprozess zu überwachen. Prozessbeeinflussende Maschineneinstellungen wie Strahljustage und Kalibrierung werden zunehmend vom Maschinenbediener zu Softwareroutinen verlagert. Allerdings wachsen die Anforderungen an Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit mit den Möglichkeiten. Komplexe Fügeaufgaben erfordern so immer konstantere Randbedingungen. Trotz der Tatsache, dass beim Elektronenstrahlschweißen alle Prozessparameter als gut mess- und protokollierbare elektrische Größen (z. B. Strahlstrom, Linsenstrom, Beschleunigungsspannung) vorliegen, kann allein aus der Erfassung dieser Parameter nicht auf eine hinreichende Qualität der erzeugten Schweißnaht geschlossen werden. Neben der nicht ausreichenden Entmagnetisierung mit unzulässiger Strahlablenkung können kathodeninduzierte Schweißnahtunregelmäßigkeiten zu einer ungewollten und derzeit nicht erfassbaren Abweichung in der Schweißnahtqualität führt. Auch Fehler bei der Nahtkantenvorbereitung und bauteil- oder werkstoffbedingte Prozesseinflüsse, die zu Poren oder Rissen führen, können über die Parameterüberwachung der Elektronenstrahlschweißanlage nicht oder nur unzureichend detektiert werden. Die bisherige, mangelnde Detektierbarkeit führt dazu, dass bei steigendem Automatisierungsgrad der nachgelagerte Prüfaufwand deutlich erhöht werden muss. Diese Erhöhung geht zwangsläufig mit gesteigerten Kosten pro Bauteil und / oder einer geringeren Produktivität einher.

An dieser Stelle setzt das Projekt „ProEBSchall“ an, mit dem Ziel der Entwicklung eines akustischen In-Prozess-Monitoring zur Detektion von Schweißnahtunregelmäßigkeiten beim Elektronenstrahlschweißen. Des Weiteren soll es ebenfalls möglich sein, die auftretenden Defekte mit den daraus resultierenden Klangsignaturen zu korrelieren. Weiterhin ist geplant, eine Handlungsanweisung zur Eingrenzung möglicher Fehlerursachen für Qualitätsverluste zu erarbeiten.