Application of laser welding in shipbuilding

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Application of laser welding in shipbuilding

Andersen, H.J. / Holm, H.

Die Anwendung des Laserstrahlschweißens zur Fertigung von T-Stößen im Schiffbau wird vorgestellt. Dabei wird für den Prozeß eine adaptive Regelung eingeführt, um eine Kompatibilität zwischen den relative kleinen Werkstücktoleranzen des Laserstrahlschweißens und den vergleichsweise großen Werkstücktoleranzen im Schiffbau herzustellen. Das vorgestellte Verfahren toleriert Variationen der Spaltbreiten zwischen 0,0 mm und 0,5 mm bei Blechdicken von 10 mm. Das Laserstrahlschweißsystem umfaßt einen CO2-Laser mit einer Schweißleistung von 8 kW, ein Strahlenführungssystem, ein Robotersystem, ein Sichtsystem und ein Prozeßregelsystem. Das Strahlenführungssystem besteht aus 11 Spiegeln, die im Robotersystem integriert sind. Der Portalroboter hat drei Translations- und zwei Rotationsachsen; die Arbeitsfläche erstreckt sich über 16 x 4 m². Die Sichtkamera zur Positionsabtastung der Werkstücke im Fugenbereich ist am Roboter in Schweißrichtung 150 mm vor dem Laserstrahlaustritt angebracht. Die im Echtzeitbetrieb aufgenommenen Daten, zu denen auch Informationen über Haftstöße gehören, werden an den Prozeßregler weitergegeben. Diese bilden die Grundlage zur Ermittlung der Prozeßregelungsvariablen (Schweißgeschwindigkeit, Drahtzufuhrgeschwindigkeit und Abstand zwischen dem Laserstrahl und der Versteifung). Diese Ermittlung fußt auf der Anwendung eines inversen Prozeßmodells zum Laserstrahlschweißen. Experimente zeigen, daß unter der Wärmeeinwirkung des Laserstrahls eine Kontraktion des Spaltes eintritt, wenn die Werkstücke nicht unter Zwang auseinandergehalten werden. Dieser Kontraktionseffekt, der experimentell noch bei Spaltabständen von 3,5 mm beobachtet wird, läßt sich für eine Ausdehnung der Toleranzen ausnutzen. Die Genauigkeit der Schweißausführung wird nicht beeinträchtigt, wenn die Schweißparameter nicht adaptiv geregelt werden, sondern wenn der Spaltabstand auf null festgelegt wird. (Görges, U.)