In einem Forschungsprojekt zum mechanisierten Metall-Schutzgas-Schweißen mit adaptiver Einbrand-Regelungs- und Überwachungs-Technologie konnten durch das Zusammenwirken mehrerer Industriepartner sowie des Instituts für Werkstoff- und Fügetechnik der Otto-von-Guericke-Universität Kompetenzen gebündelt und neue Maßstäbe gesetzt werden.
Dabei lieferte SMELA den Aktuator für die geregelte Pendelbewegung des Schweißbrenners. Durch eine optische Überwachung der Naht können variable Nahtbreiten gependelt und somit auch beim Driften des Schweißtraktors über den positionierbaren Hub von bis zu 56 mm ausgeglichen werden.

Das MAG-Schweißen einer V-Naht-Wurzel ohne Badsicherung ist für einen vollmechanisierten Schweißprozess bis heute eine Herausforderung. Darum wird dieser Arbeitsschritt entweder dem Schweißer überlassen oder auf eine Badsicherung zurückgegriffen. Der erfolgreiche Einsatz eines vollmechanisierten Systems erfordert eine exakte Anpassung von Schweißleistung und Schweißgeschwindigkeit an die Nahtfugengeometrie. Die im Stahlbau typischen Toleranzen stellen die Herausforderung, die Prozessparameter in einem breiten Feld zu variieren. Um ein wirtschaftliches Arbeiten ohne Prozessunterbrechungen gewährleisten zu können, muss der Prozess zusätzlich überwacht und bei Bedarf regelnd eingegriffen werden.

Die Entwicklungsarbeit eines solchen sensorbasierten Regelsystems für den automatisierten MAG-Wurzel-Schweißprozesses bringt diverse Herausforderungen mit sich, die Kompetenzen und personelle Kapazitäten auf Seiten der schweißtechnischen Anwender häufig übersteigen. 

In dem Projekt "System zum mechanisierten Metall-Schutzgas-Schweißen mit adaptiver Einbrand-Regelungs- und Überwachungs-Technologie (S-MAUT 4.0)" wurden die bewährten Schweißtraktoren der Firma iweld Systems mit einer neuen Pendlerfunktion durch die SMELA Aktuatoren ausgestattet. Geschäftsführer Dr. Pinkernelle (iweld) liefert seit über 20 Jahren Traktoren an nationale und internationale Industriekunden. Den Schritt zur weiteren Automatisierung hat er, als auch SMELA mit Hardware und Knowhow intensiv begleitet.

Die Systemintegration und Konzeption mit projektbegleitender Auslegung der Elektronik und Programmierung lag dabei maßgeblich bei der FSH Automation GmbH aus Magdeburg. In dem Aufbau werden mittels Sensoren die Zustände der Fugengeometrie und des Prozesses bestimmt. Für das prozesssichere Schweißen der V-Naht-Wurzel ohne Badsicherung werden die Parameter Drahtvorschubgeschwindigkeit, Schweißgeschwindigkeit und Pendelbreite in Abhängigkeit vom Spalt angepasst.

Reglerverhalten

Um Instabilitäten des Schweißprozesses auszugleichen, der durch Sensorfusion der Signale des Lasertriangulationssensors und des Strom-/Spannungssensors gesteuert wird, greift die programmierbare Logikeinheit (PLE) regelnd in den Schweißprozess ein. Dabei wird angestrebt, eine bindefehlerfreie Wurzel zu schweißen, ohne einen Durchbrand zu verursachen. Sobald die PLE einen bevorstehenden Durchbrand erkennt, wird die Schweißleistung kurzzeitig gedrosselt und der Schweißprozess in den stabilen Bereich zurückgeführt.

Ergebnis

Die V-Naht-Wurzel konnten prozesssicher für Spalte im unteren einstelligen Millimeterbereich hergestellt werden. Im Vergleich zu den am Markt verfügbaren Produkten konnte damit ein System zum gependelten Schweißen einer V-Naht-Wurzel an Baustählen mit variierendem Spaltmaß ohne Badsicherung geschaffen werden. 

Die durch den eingesetzten Traktor und die liteECO^® Aktuatoren erreichte kompakte Bauweise gestattet die Installation des gesamten Systems in Modulbauweise, was den dezentralen Einsatz am Bauteil erlaubt und besonders bei großen, schweren Bauteilen eine flexible Lösung mit geringen Anlagenaufwand darstellt.
Der Pendler wurde dabei unabhängig von der Traktorsteuerung entwickelt und kann flexibel  in unterschiedlichen Systemen und Anlagen eingesetzt werden.

Quelle: Auszüge aus "Sensorfusion beim adaptiven MSG-Schweißen im Stahlbau", Hieke, Sebastian;  Schlosser, Benjamin;  Imkhaimer, René;  Jüttner, Sven;  Leidhold, Roberto;
in: DVS Congress 2021/ Deutscher Verband für Schweißen und Verwandte Verfahren - Düsseldorf: DVS Media GmbH, 2021 . - 2021

Beteiligte Partner:
Mansfeld Anlagenbau und Umwelttechnik AG
Institut für Werkstoff- und Fügetechnik
FSH Elektrotechnik GmbH

Schweißtraktor: iweld systems
Pendelaktuator: SMELA GmbH

Projekt: System zum mechanisierten Metall-Schutzgas-Schweißen mit adaptiver Einbrand-Regelungs- und Überwachungs-Technologie (S-MAUT 4.0)

gefördert durch: durch Mittel aus dem Europäischen Fond für Regionale Entwicklung und des Landes Sachsen-Anhalts.