HANSA 04-2018

Schiffstechnik | Ship Technology
Abstract: Automated three-dimensional laser welding
In Hamburg, application researchers have been working on innovative manufacturing
solutions using lasers for shipbuilding for years. A particular challenge to using lasers
is welding technology for the third dimension. Fraunhofer IAPT, founded in 2009 as
LZN Laser Zentrum Nord, sees itself as a link between basic research and industrial
application. Laser beam technologies still play a marginal role in shipbuilding compared
to car manufacturing. Now, German research funds enable IAPT to meet the
challenge of actual three dimensional welding by combining metal active gas (MAG)
welding, arc welding and laser beam welding. info: redaktion@hansa-online.de
und Scanner-Optik, die es ermöglicht, in
einer Distanz von über einem Meter die
Lage der Schweißnähte am Bauteil im Mikrometerbereich
zu vermessen und anschließend
in einem Bauraum von 20 m
Länge sowie 3 m Höhe und Tiefe mit dem
Laser zu fügen.« Zur Anwendung kommt
dabei das sogenannte Laser-MSG-Hybrid-Schweißverfahren.
Bei dieser Technik
würden das klassische Metall-Aktivgas-
Schweißen (MAG) mittels Lichtbogen
und das Laserstrahlschweißen verknüpft,
so Steinmeier.
Schneller, besser, effizienter
Das Hybridschweißverfahren biete einige
Vorteile: »Der Laser erreicht eine hohe
Schweißgeschwindigkeit und ist um den
Faktor vier schneller als der Mensch«,
betont Cerwenka. »Beim Handschweißen
sind maximal 0,5 m pro Minute
möglich, dauerhaft allerdings nur
0,3 m. Beim Hybridverfahren sind es
durchschnittlich 2 m pro Minute.« Deren
spezifische Nachteile, wie die geringe
Spaltüberbrückbarkeit beim Laser-Only-
Schweißen, werden durch den Lichtbogen
kompensiert. »Überdies ermöglicht
die vollkommene Automatisierung eine
gleichbleibende Qualität, da der Faktor
Mensch wegfällt, was nicht zuletzt
auch aufgrund des Fachkräftemangels
von Bedeutung ist«, ergänzt Steinmeier.
Weitere Vorteile sind der geringere Energieeintrag
und dass die Bauteile besser
zusammen passen. Stand der Technik
ist dieses Verfahren beispielsweise bei
der Meyer Werft und beim Wettbewerber
Fincantieri. »Bei der Meyer Werft
können mit dieser Technik 36 Segmente
pro Woche mit einer Größe von maximal
25 mal 30 m fertiggestellt werden«,
so Steinmeier.
Das hybride Schweißverfahren ist erforderlich,
um das von der Klassifikationsgesellschaft
DNV GL vorgeschriebene
a-Maß zu erreichen. »Allerdings
funktioniert unsere Portalanlage nur
in der labormäßigen Anwendung, da
die im Schiffbau auftretenden Spalte zu
groß sind für das hier angewendete Hybridverfahren«,
so Cerwenka. »Bei 3D-
Anwendungen auf der Werft ist es sehr
schwierig, mit dieser Technik Spalte aufzufüllen
und aufgrund des fehlenden Zugangs
zum Bauteil dessen Ecken zu erreichen«,
erklärt Steinmeier.
Zweites Projekt wird validiert
Genau hier setzt nun das seit 2015 und
noch bis Mitte/Ende 2018 laufende und
ebenfalls vom BMWi geförderte Forschungsprojekt
Shiplight mit einem Volumen
von 10 Mio. € und insgesamt
14 Partnern, wie Meyer Werft und Lürssen,
an. »Unser Ziel ist es hier, eine bessere
Zugänglichkeit zu den Bauteilen zu
ermöglichen und Spalte auffüllen zu können,
denn derzeit ist erst 2,5D-Hybridschweißen
State of the Art«, sagt Cerwenka.
»Um auch die Wände zu fügen,
wollen wir mit dem neuen Projekt nun
3D erreichen«, so Steinmeier. Dazu sollen
der Automatisierungsgrad innerhalb der
Produktionskette erhöht und das Verfahren
für den Einsatz dünnerer Bleche mit
weniger technisch bedingten Verformungen
für den Sektionsbau genutzt werden.
»Wir wollen das ganze Schiff dünner machen,
das heißt beispielsweise von jeder
Blechstärke einen Millimeter wegnehmen
und innovative Schiffskonstruktionen
realisieren«, erklärt Steinmeier.
Während es der Fraunhofer-Einrichtung
gelungen ist, die Parameter hinsichtlich
der Leistung und der Geschwindigkeit
zu entwickeln und eine deutlich höhere
Schweißgeschwindigkeit als beim konventionellen
Schweißen zu erreichen, obliegt
es nun den Werften, den Prozess zu
erproben und zu beurteilen.
M
Die Spezialanlage im LZN
Fotos: Fraunhofer IAPT
HANSA International Maritime Journal – 155. Jahrgang – 2018 – Nr. 4 57