Verbindungstechnik Laufende Kontrolle

Computergestütztes Messsystem zur Überwachung von Schweißprozessen für alle Lichtbogenverfahren. Die Situation ist bekannt. Ein Audit des Kunden steht ins Haus. Die Prozessstabilität der...

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Klinkhammer Intralogistics GmbH

Die Situation ist bekannt. Ein Audit des Kunden steht ins Haus. Die Prozessstabilität der Schweißfertigung soll nachgewiesen werden. Der Kunde fordert den Nachweis und die Kontrolle einer gleich bleibenden Fertigungsqualität. Und die Qualitätssicherung benötigt immer mehr Papier. Nun könnte jede Schweißnaht geprüft werden – im geregelten Bereich muss die Qualität für jedes Teil nachgewiesen werden – aber spätestens bei einer Serienfertigung kann das schnell teuer werden. Die Alternative heißt Stichprobenkontrolle: Aber was ist mit der Fertigung dazwischen? Das Beste wäre eine immer aktive Qualitätsprüfung schon während der Fertigung, eine so genannte In-line-Qualitätskontrolle. Eine Schweißdatenüberwachung gewinnt spätestens seit Inkrafttreten des Produkthaftungsgesetzes ständig an Bedeutung. Ein hoher Kostendruck insbesondere im Komponentenzulieferbereich und das Outsourcen komplexer Fertigungsprozesse teilweise ins Ausland erfordern eine stärkere Beachtung dieser Problematik. So sind daraus zum Beispiel für die Automobilindustrie höhere Anforderungen in der Dokumentation entstanden. Der Satz „Qualität wird nicht erprüft, sondern produziert“ gehört mittlerweile zu den meist zitierten Losungen in der Qualitätssicherung. Gerade technische Einrichtungen und Prüfverfahren können einen wesentlichen Beitrag zu einer hohen Produktqualität leisten. Ein erstes Problem stellt die Unkenntnis über die Einhaltung der vorgegebenen Arbeitswerte an den Schweißmaschinen dar. Nur optisch leicht erkennbare Fehler werden in der unmittelbaren Produktion bemerkt und ausgebessert. Gefährlich sind dagegen Arbeitswerteverschiebungen, die weiterhin einen stabilen Schweißprozess ermöglichen und die aufgrund von Abweichungen in den Schweißgeräten oder durch Bedienmanipulationen entstehen. Derart veränderte Arbeitswerte können veränderte mechanisch-technische Gütewerte hervorrufen, die oft unbemerkt bleiben. Noch größer werden die Anforderungen beim Einsatz von automatischen Schweißeinrichtungen. Dort ist durch die nicht mehr durchgängige Anwesenheit eines Werkers während der Schweißungen eine natürliche Beobachtung nur bedingt gegeben. Die Qualitätsmängel werden erst in der Endkontrolle bemerkt und viele Teile sind bereits verloren. Die Fehlerursachen sind mitunter nicht eindeutig zu ermitteln und die Wiederholung dieser Probleme ist sehr wahrscheinlich. Die Aufzeichnung der Schweißdaten, deren Bewertung und Dokumentation machen es möglich, wesentlich genauere Kenntnisse über die Schweißfertigung zu gewinnen und die notwendigen Maßnahmen zu ergreifen. Eine Schweißnaht kann entweder während oder nach der Schweißung zerstörend oder nicht zerstörend geprüft werden. Zerstörende Prüfungen (Zerreißproben, Schliffbilder) stellen zwar die beste Form einer Qualitätsprüfung dar, verbieten sich aber bei teuren Bauteilen oder einer Stückzahlfertigung von selbst. Alle anderen nicht zerstörenden Verfahren können nicht jeden Schweißnahtfehler zuverlässig erkennen. Eine Reihe typischer Fehler wie ein ungenügender Durchbrand in der Behälter- oder Spiralrohrfertigung lassen sich zum Teil gar nicht prüfen. Gerade durchschallende oder strahlende Prüfverfahren setzen eine hohe Kenntnis und Erfahrung des Prüfers voraus. Nicht immer sind die zu prüfenden Stellen ohne weiteres zugänglich. Eine weitere Möglichkeit der Qualitätssicherung geschweißter Teile ist die Kontrolle der elektrischen Parameter des Schweißprozesses. Diese Parameter Schweißstrom und Schweißspannung sowie die Verbrauchsgrößen Draht und Gas lassen sich relativ leicht bei jedem Schweißprozess erfassen. Diese Größen spiegeln in einem hohen Maße die Qualität aller Werkzeugkomponenten (Schweißgerät, Brenner, Schlauchpaket) und nicht zuletzt des Schweißers wider. Aber auch bei diesem Prüfverfahren sind nur die Fehler erkennbar, die sich in den Schweißparametern abbilden. Unter einer In-line-Qualitätskontrolle versteht man die Überwachung aller qualitätsbeeinflussenden Faktoren während des Schweißprozesses. Am Beispiel eines WIG-Schweißprozesses soll die Leistungsfähigkeit einer Inline-Kontrolle dargestellt werden. Es existieren eine Reihe typischer Qualitätsfehler, die ihre Ursache entweder beim Schweißer, bei der Schweißanlage oder einer ungenügenden Nahtvorbereitung haben. Der weitaus größte Teil aller Fehler findet sich in den Schweißparametern Schweißstrom, Schweißspannung und Gasmenge wieder. Unabhängig von allen Einflussfaktoren wird eine gute Stromquelle immer die eingestellten Vorgabewerte sehr genau ausregeln. Typische, aus dem Schweißstrom erkennbare, Fehlerbilder sind:- Verstellung des Schweißgerätes, - defektes Schweißgerät, - Kurzschlüsse, - Lichtbogenabrisse, - Zündfehler, - geometrische Unregelmäßigkeiten der Naht und der Wurzel sowie- Bindefehler. Beim Schweißen lassen sich die meisten Prozessunregelmäßigkeiten an der Schweißspannung erkennen. Jede noch so kleine Änderung der Lichtbogenlänge spiegelt sich sofort messbar in der Schweißspannung wider. Typische, aus der Schweißspannung erkennbare, Fehlerbilder sind: - eine schlechte Naht- oder Fugenvorbereitung, - falsche Brennerhaltung,- defektes Nahtführungssystem (insbesondere Höhenregelung), - defektes Schweißgerät, - falsches Schutzgas, - Farb- oder Ölreste im Nahtbereich, - geometrische Unregelmäßigkeiten der Naht und der Wurzel sowie - Bindefehler. Ein ausreichender Gasschutz ist eine wesentliche Voraussetzung für ein gutes Schweißergebnis. Aber auch zuviel Schutzgas hat negative Auswirkungen, zum Beispiel auf die Stabilität des Lichtbogens. Typische im Verlauf der Gasmenge erkennbare Fehlerbilder sind zu wenig oder zu viel Schutzgas und nicht eingehaltene Gasvor- oder -nachströmzeiten. Eine ungleichmäßige Drahtförderung wirkt sich ebenfalls immer sofort auf das Schweißergebnis aus. Insbesondere beim MIG/MAG-Schweißen sind Unregelmäßigkeiten im Drahtfördersystem oft Ursache für erhebliche Qualitätseinbußen im Schweißergebnis. Schweißprozessüberwachungssysteme können aus dem Verlauf der Drahtförderung beispielsweise folgende Fehler erkennen: - falsch eingestellte Parameter, - Unregelmäßigkeiten im Drahtvorschubsystem (Andruckrolle, Schlauchpaket) und- Zündfehler.Außer der Leistung (Produkt aus Schweißstrom und Schweißspannung) bestimmt die Schweißgeschwindigkeit wesentlich die dem Schweißgut zugeführte Energie (Streckenenergie). Die während und nach dem Schweißprozess ablaufenden metallurgischen Vorgänge werden im hohen Maße von der eingebrachten Energie beeinflusst. Parameter geben Aufschluss über SchweißergebnisWie diese Erläuterungen verdeutlichen, lassen sich aus den Schweißparametern direkt und aus der Kombination mehrerer Parameter wertvolle Rückschlüsse auf das zu erwartende Schweißergebnis noch während des Schweißens ziehen. Ein leistungsfähiger Überwachungsrechner als zentraler Bestandteil einer In-line-Prozesskontrolle muss die Informationen aus dem Schweißprozess verknüpfen, Fehler und Unregelmäßigkeiten erkennen und diese dem Bediener in geeigneter Weise mitteilen. Für eventuell spätere Nachweise müssen die Ergebnisse der Überwachung auf Massenspeichern dokumentiert werden.Für diese Aufgaben bieten sich die von der HKS-Prozeßtechnik GmbH, Halle, entwickelten Prozessüberwachungs- und Schweißdatendokumentationsgeräte an. Für verschiedene schweißtechnische Mess- und Überwachungsaufgaben existieren optimierte Lösungen. Das System Weld-QAS ist ein computergestütztes Meßsystem zur Überwachung, Bewertung und Dokumentation von Schweißprozessen für alle Lichtbogenschweißverfahren (MIG/MAG, WIG, UP, Plasma). Dabei werden alle Schweißdaten erfasst und können als einzelne Nähte, sowie in statistischen Zusammenfassungen ausgewertet werden. Die Überwachung erfolgt auf der Basis einstellbarer Prüfanweisungen, die den zu schweißenden Parametern und den zulässigen Toleranzgrößen für eine Schweißnaht oder einen Schweißnahtabschnitt entsprechen. Der Aufruf dieser Prüfanweisungen erfolgt nach den üblichen Kommunikationsprinzipien zwischen Stromquelle und Maschinensteuerung (digital I/O, Bussystem, Leitspannung). Die integrierte Überwachung arbeitet auf der Basis eines Qualitätsindexsystems, das die Schweißabweichungen in Form einer Note im Bereich 1 bis 7 beurteilt. Eine integrierte Fuzzy-Bewertung der Schweißdatenabweichungen ermöglicht für viele Schweißverfahren ein schnelles Auffinden der Fehlerursachen. Mit einem Gerät können bis zu acht Schweißanlagen überwacht werden. Schweißtechnische Sensoren ermöglichen dabei einen schnellen und unkomplizierten Abgriff der Schweißdaten, ohne in die Stromquellen oder Schweißgeräte einzugreifen. Eine Adaption an verschiedene Schweißverfahren ist sehr einfach möglich. Die Sensoren sind für einen dauerhaften Einsatz in der Produktion ausgelegt. Fehleranzeige schon während des SchweißprozessesZur Überwachung werden die aktuellen Schweißparameter (Istwerte) sowie eine Reihe während des Schweißprozesses berechneter dynamischer Parameter (Lichtbogenstabilität, Leistung) mit den Vorgabeparametern (Sollwerte) verglichen. Die Ermittlung der Sollwerte für jeden Schweißprozess kann der Anwender aus aufgezeichneten guten Schweißprozessen weitgehend automatisiert einlernen. Stellt der Überwachungsrechner Abweichungen des Schweißprozesses zu den Vorgabewerten fest, werden die Fehler schon während des Schweißprozesses angezeigt und dokumentiert. Fehlerhafte Teile können frühzeitig aussortiert und gegebenenfalls nachgearbeitet werden.Die ermittelten Schweißdaten, Schweißergebnisse und Fehlermeldungen können zusammen mit auftrags- und bauteilbezogenen Daten registriert und automatisch auf einen zentralen Datenserver archiviert werden. Diese zentrale Datenhaltung ermöglicht es, sowohl am Gerät als auch an den autorisierten Arbeitsplatzrechnern von Schweißverantwortlichen oder Fertigungsleiter während der laufenden Schweißfertigung die Parametrierung zu ändern oder detaillierte Berichte über die Produktion und die Fertigungsqualität abzurufen. Die verfügbaren Protokolle reichen dabei von statistischen Zusammenfassungen der Fertigungsergebnisse bis hin zur Nachverfolgung von Fehlern in jeder einzelnen Schweißnaht.