Prozessüberwachung des EB-Schweißen im Vakuum durch körperschallbasierte In-Prozess-Sensorik

Vorhabenbeschreibung:

Die verfahrensspezifischen Eigenschaften des Elektronenstrahlschweißens (EBW) wie hohe erreichbare Leistungsdichte, das Schweißen im Vakuum und die trägheitslose Strahlablenkung prädestinieren das Verfahren für anspruchsvolle Fügeaufgaben. Obwohl alle Prozessparameter als gut mess- und protokollierbare elektrische Größen (Strahlstrom, Linsenstrom, usw.) vorliegen, kann allein aus den Parametern nicht auf eine hinreichende Schweißnahtqualität geschlossen werden, was letztlich in einem deutlich erhöhten Prüfaufwand resultiert. Diese Erhöhung geht zwangsläufig mit gesteigerten Kosten pro Bauteil und/oder einer geringeren Produktivität einher, was insbesondere Klein- und Mittelständische Unternehmen (KMU) vor einem Einsatz der Elektronenstrahltechnologie zurückschrecken lässt. Während bei anderen Schmelzschweißprozessen eine Prozessüberwachung schon seit Jahren zum Standard gehört, konnte sich bislang beim Elektronenstrahlschweißen kein Verfahren etablieren. Ein vielversprechender Ansatz in diesem Zusammenhang ist die Nutzung von Körperschallemissionen zur Qualitätsüberwachung. Ziel des Projektes ist es daher, etwaige Geräuschänderungen im Schweißprozess, welche eine Folge von Unregelmäßigkeiten oder Störungen in der Schweißnaht sind, durch akustisches In-Line-Monitoring zu erfassen und zu analysieren, so dass eine nachträgliche Qualitätskontrolle entfallen kann. Dazu sollen im Projektverlauf, möglichst preiswerte, maßgeschneiderte Sensoren und Frequenzbereiche ausgewählt und mit geeigneter Auswerteelektronik und –software versehen werden. Anhand definierter Testfehler wird eine Korrelation zwischen dem Schallereignis und der aufgetretenen Unregelmäßigkeit hergestellt. Späteren Anwendern, insbesondere aus dem Bereich der KMU, wird hierdurch eine Handlungsanweisung an die Hand gegeben, welche die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens wiedergibt und einen Katalog mit Beispielen von detektierten Fehlern enthält