Alles ganz leicht

Fokus/Laser

Die Prozessüberwachung wird in Pre-, In- und Post-Überwachung unterteilt. Die Weldmaster-Plattform von Precitec führt alle Prozessschritte zusammen.

02. Oktober 2018
© Precitec
Bild 1: Alles ganz leicht (© Precitec)

Zahlreiche Trends kennzeichnen den Einsatz von Lasern im Bereich des Automobils. Hochfeste Stahlsorten, gewichtssparende Aluminiumlegierungen, innovative Fügetechniken und ungewöhnliche Materialmischungen führen zum übergeordneten Ziel, Fahrzeuge sicherer und effizienter zu machen. 

Heutzutage spielen Prozessüberwachungssysteme im Umfeld des Laserfügens eine wichtige Rolle, um sowohl die Prozessstabilität als auch die Qualität zu gewährleisten. Die Prozessüberwachung wird in Pre-, In- und Post-Überwachung unterteilt. Die Precitec-Weldmaster-Plattform führt alle verschiedenen Prozessschritte zusammen. Sowohl die Online-Nahtfindung als auch Nahtkontrolle während des Laserschweißprozesses mittels Lasertriangulation und Graubildauswertung kann mit nur einer Kamera realisiert werden.

Das übergeordnete Ziel, die Masse von Fahrzeugkarosserien zu reduzieren, wirkt sich stark auf die verwendeten Materialien und Verbindungsgeometrien aus. Die Einführung von Aluminium in Kombination mit kurzen Flanschen verringerte einerseits die Masse, andererseits führte es zu komplexeren Fügeverfahren. Heißrisse sind an dieser Stelle als größte Herausforderung zu nennen. Stand der Technik ist die Verwendung siliziumbasierender Zusatzdrähte zur Verringerung der Anzahl der entstehenden Heißrisse.

Neue Prozessansätze

Durch Kombination der Tracking-Funktionen des Precitec-Weldmasters mit dem Scantracker-Scanmodul und der Laserleistungssteuerung können neue Prozessansätze adressiert werden. Der Scantracker wird verwendet, um den fokussierten Laserstrahl lateral zu oszillieren sowie mit hohen Frequenzen zu überlagern. Zusätzlich kann eine synchrone Laserleistungsmodulation appliziert werden. Als Folge wird eine präzise Leistungsverteilung in lateraler Richtung erreicht, die die Energieeinbringung in das Werkstück örtlich auflösbar macht und somit den Wärmeeintrag erheblich reduziert sowie das Zusatzwerkstück hinfällig macht.

Spaltüberbrückung

Bei Kehlnahtanwendungen kann basierend auf Lasertriangulation vor dem eigentlichen Laserprozess ein möglicher Spalt zwischen Ober- und Unterblech gemessen werden. Entsprechend werden dann Prozessparameter wie Laserleistung, laterale Lage oder auch Leistungsmodulation des Laserstrahls angepasst. Dies führt zu einer geregelten sowie robusten Spaltüberbrückbarkeit.

Qualitätsüberwachung

Die Nahtgeometrie ist ein wichtiger Indikator für die erreichte Qualität. Definierte geometrische Werte, wie Nahtbreite, Nahteinfall oder Nahtüberwölbung, können direkt in situ im Nachgang zur Bearbeitung gemessen und mit Hilfe der Bildverarbeitung bewertet werden. Diese basiert ebenfalls auf der Lasertriangulation und einer Graustufenanalyse. Somit ist die Information über die Bauteilqualität sofort vorhanden, Teile können instantan ausgeschleust und nachgearbeitet werden.

Kundennutzen

Durch die Nutzung des Weldmasters Scantrack & Inspect in der Aluminium-Türen-Produktion bei Audi konnte die Prozesszeit zur Schweißung der relevanten Kehlnähte um 53 Prozent reduziert werden. Als Folge der geringeren Energieeinbringung (-47 Prozent) und der damit verbundenen sinkenden Laserleistung wurde die immer wichtiger werdende CO2-Bilanz um 24 Prozent optimiert. Laufende Kosten, für beispielsweise Zusatzdraht oder Schutzgläser, konnten signifikant um 95 Prozent reduziert werden.

Durch die Möglichkeit der In-situ-Qualitätsüberwachung kann auf separate, im Produktionsdurchlauf nachfolgende Stationen gänzlich verzichtet werden. Somit wurde die Gesamtinvestition durch Einsparung der separaten Qualitätsüberwachungsstationen sowie des notwendigen Zwischenpuffers ebenfalls um 24 Prozent reduziert [Quelle: Audi AG, Dr. Jan-Philipp Weberpals, EALA 2015, EALA 2016]. 

Mittlerweile ist der Weldmaster Scantrack & Inspect weltweit in Applikationen rund um das Automobil im Serieneinsatz. Neben vielfältigen Aluminium-Applikationen ist der Weldmaster auch bei Stahl- oder Mischverbindungen einsetzbar.

Euroblech Halle 11, Stand B143

Erschienen in Ausgabe: 06/2018