Dicke Bleche besser schweißen: BIAS-Projekt zu Hybridsverfahren zeigt neue Möglichkeiten für Industrie

Viele Optionen bietet das Hybridschweißen, eine Kombination aus Laser und Lichtbogen. Damit lassen sich die Bleche nicht nur schneller verbinden. Auch die Schweißnähte werden qualitativ besser. Mit den Einsatzmöglichkeiten des neuen Verfahrens beschäftigt sich nun ein neues Vorhaben namens „HyBright“ am Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS) an der Universität Bremen. Heute zum Projekt-Auftakt treffen sich Schweißexperten aus ganz Deutschland im BIAS.

Beim Schweißen dicker Stahlwerkstoffe mit Lichtbogenverfahren wie im Schiff- und Stahlbau oder bei dem Bau von Pipelines ist die Mehrlagentechnik üblich. Das heißt, die Bleche werden in mehreren Durchgängen und zum Teil an mehreren Arbeitsstationen zusammengefügt. Die heute dabei noch vorwiegend angewendeten Verfahren: das Elektrodenhandschweißen sowie das Metall-Schutzgas(MAG)- und das Unterpulverschweißen.

So werden zum Beispiel im Schiffbau bei einer Blechdicke von 12 Millimetern und mehr bis zu drei Lagen geschweißt. Das ist sehr aufwändig. Beim Verlegen von Rohren mit Wandstärken von 12 Millimeter und mehr wie bei den großen Gas-Pipelines wird eine entsprechend große Anzahl von Arbeitsstationen entlang der Pipeline betrieben, in denen jeweils eine Lage geschweißt wird.

„Mit modernen Fügetechniken, die auf Hochleistungslasern basieren, lässt sich die Anzahl der Schweißlagen reduzieren – über eine deutlich größere Einschweißtiefe“, erklärt Dr. Mathias Schilf. „Blechdicken von bis zu 12 Millimeter sind rissfrei und mit einer auf ein zulässiges Maß begrenzbaren Aufhärtung schweißbar“, zeichnet er eine weitere Möglichkeiten des neuen Verfahrens auf. Außerdem könnten weitere Effekte wie ein geringerer Wärmeeintrag genutzt werden. Das führe zu weniger Verzug und damit unter anderem zu einem geringeren Aufwand beim Richten, sagt er. Der BIAS-Wissenschaftler hat das Projekt initiiert und leitet auch das BIAS-Team im Projekt.

Für das neue Verfahren sprächen auch eine höhere Materialausnutzung und die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte zum Beispiel bei der Kerbschlagzähigkeit und der Festigkeit, sagt Schweißexperte Schilf. „Mit neuen Laserquellen wie Scheiben- und Faserlasern sind jetzt mobile Geräte mit hohem Wirkungsgrad und sehr hoher Leistung verfügbar“, erklärt er. „Diese Geräte haben inzwischen ihre Eignung für den Einsatz in der industriellen Fertigung und auch beim mobilen Einsatz unter Feldbedingungen bewiesen – besonders bei großen Bauteilen mit langen Nähten und dicken Querschnitten.“

Das Projekt „HyBright“

Mit dem Namen „HyBright“ fassen die Wissenschaftler den Langtitel „Innovative Fügetechnologie für das Schweißen dicker Stahlwerkstoffe mit brillianten Laserstrahlquellen“ zusammen. Ziel des Vorhabens ist der Machbarkeitsnachweis von Laser-MSG-Hybridschweißungen an Bau-, Schiffbau- und Rohrstählen im Blechdickenbereich bis 32 Millimeter. Es ist ein so genanntes „Wissenschaftliches Vorprojekt“, aus dem heraus weitere Projekte mit Unternehmen entstehen sollen.

Neben dem BIAS sind drei weitere, namhafte Partner beteiligt: das Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) sowie Technologiebroker Bremen. Das Vorhaben läuft bis Ende 2007 und wird vom VDI Technologiezentrum Düsseldorf gefördert.

In dem Projekt wird experimentell die Eignung eines Laser-Lichtbogen-Hybridprozesses für das Einlagenschweißen an typischen Werkstoffen aus dem Schiff-, Stahl- und dem Behälterbau und der Rohrfertigung in Dicken bzw. Wandstärken bis zu 32 Millimeter untersucht. Der Prozess wird durch eine induktive Vor-/Nachwärmung unterstützt, um durch eine entsprechende Wärmeführung der Aufhärtungsgefahr zu begegnen.

Die Ergebnisse aus dem Projekt helfen bei der Entscheidung über mögliche Weiterentwicklungen in Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Ziel ist der spätere, kommerzielle Einsatz der neuen Technik. „Mit den Ergebnissen werden wir also schon während des Projektes auf die Unternehmen zugehen“, sagt Schilf. Zum Beispiel auch an die Hersteller von Windkraftanlagen. „Die neuen, großen Offshore-Windkraftanlagen haben bis zu 1.200 Meter Schweißnähte an 20 bis 90 Millimeter starken Blechen. Die Schweißnähte werden derzeit noch konventionell mit Lichtbogenverfahren in vielen Lagen geschweißt, was viel Zeit und Geld kostet …“

(Sabine Nollmann)

Ansprechpartner:
Dr.-Ing Matthias Schilf (BIAS)
Telefon: 0421 218-51 17
E-Mail: schilf@bias.de
Weitere Informationen:
http://www.bias.de
http://www.isf.rwth-aachen.de
http://www.bam.de
http://www.technologiebroker.de
http://www.vdi-tz.de