Die Schweißnahtverfolgungstechnologie zu verstehen bedeutet, alle möglichen intelligenten Lösungen zu kennen. Abhängig von Ihrem Schweißprozess, den verwendeten Materialien und den Anforderungen an die Zykluszeit ergibt sich die passende Lösung in der Regel mit der Zeit.
Aber kennen Sie alle verfügbaren Nahtverfolgungslösungen?
Was sind die Vor- und Nachteile der verschiedenen Nahtverfolgungslösungen?
Welche Nahtverfolgungslösungen sind aufgrund meiner Schweißsituation für mich ungeeignet?
Die Sensortechnologie bietet vielfältige Möglichkeiten für Ihre Schweißprozesse. Einige Systeme sind kostengünstig und haben begrenzte Funktionen, andere erfordern hohe Investitionen und eine durchdachte Konstruktion – ein großer Vorteil liegt in den Kosteneinsparungen. Im Folgenden erläutert Ihnen Hangao Tech (SEKO Machinery) die verschiedenen Arten von Schweißüberwachungssystemen für Edelstahl-WIG-Schweißanlagen, ihre Funktionsprinzipien sowie ihre jeweiligen Vor- und Nachteile.
1. Berührungserkennung
Die Berührungserkennung funktioniert, indem der Roboter eine geringe Spannung an die Schweißdüse oder den Schweißdraht anlegt. Die Funktionsweise ist dieselbe; der einzige Unterschied liegt in der Art der Datenverarbeitung. Durch die angelegte Spannung fährt der Roboter zum Werkstück, berührt es, es entsteht ein Kurzschluss, und der Roboter erfasst die Position des Messwerts und gibt so die Position seiner Oberfläche an. In den meisten Fällen sind für jede Schweißnaht mindestens zwei Berührungen erforderlich, um die Position – vertikal und horizontal – zu bestimmen. Der Roboter verbindet diese Suchvektoren und trianguliert so die Position der Schweißnaht.
An den Eck- oder Außenkantengelenken ist in der Regel ein dritter Kontakt des Roboters erforderlich, um alle korrekten Positionen zu erreichen, damit der Roboter das Gelenk finden und verfolgen kann.
Berührungssensorik ist eine äußerst nützliche und kostengünstige Lösung zur Gelenkverfolgung. Diese einfache, softwarebasierte Lösung lässt sich ohne zusätzliche Systeme über das Programmiergerät anwenden. Ein weiterer großer Vorteil der Berührungssensorik besteht darin, dass auch enge Bereiche erreicht werden können, da außer dem Anschluss, der durch die Düse des Roboterbrenners berührungsfrei wird, keine weitere Hardware erforderlich ist.
Die Berührungserkennung hat jedoch einige Einschränkungen, die sie zu einer sehr effektiven Lösung für die Verbindungsstellenerkennung und Nahtverfolgung machen. Zum einen ist die Berührungserkennung ein langsamer Prozess, da jeder Suchvektor 3 bis 5 Sekunden benötigt. Daher verlängert sich der Schweißzyklus bei der Berührungserkennung eines 2D-Teils um 6 bis 10 Sekunden, und bei einem 3D-Teil erhöht sich die Zykluszeit für den Beginn jedes Lichtbogens um 15 Sekunden.
Die Anzahl der Fehlerquellen bei der Berührungserkennung am Lichtbogenende ist deutlich höher als bei anderen Lösungen. Gebogene Drähte oder verschmutzte und verkalkte Materialien erschweren eine zuverlässige Berührungserkennung. Die Berührungserkennung dient lediglich der Bestimmung des Lichtbogenbeginns bzw. -endes und trägt nicht zur Längendifferenz der Schweißnaht bei. Daher kann sie Ungenauigkeiten bei Vorrichtungen oder Werkzeugen nicht ausgleichen.
Die Berührungserkennung ist auch durch die Art der Lötstellen begrenzt. Kehl- und Überlapplötungen sind die gängigsten und empfohlenen Lötstellen, aber auch bei Überlapplötungen muss die Materialstärke berücksichtigt werden. Bei Stärken unter 5 mm (1/4 Zoll) kann die Berührungserkennung problematisch werden, da die Drähte möglicherweise nicht die Materialstärke der oberen Platine erreichen – was zu einer Überschreitung des Bauteils führen kann – oder die untere Platine berühren und einen falschen Wert liefern.
Ihr Roboterschweißbrenner benötigt außerdem eine Drahtbremse und einen Drahtschneider, die im Brennerpaket enthalten sind, um den Draht in einem bekannten Abstand von der Spitze abzuschneiden, damit Ihre Messwerte während des gesamten Prozesses konsistent sind.
Für die Berührungserkennung sind außerdem saubere Kanten erforderlich, da schlecht verschweißte oder zugeschnittene Teile zu falschen Messwerten führen können.
2. Durchgehende Bogennahtverfolgung
Die Nahtverfolgung durch den Bogen (Through Arc Seam Tracking, TAST) ist der zweite Schritt Ihrer Anwendung der Berührungserkennung. Nach der Berührungserkennung ermitteln Sie den Anfangs- und Endpunkt des Bogens und wenden anschließend die Nahtverfolgung durch den Bogen an. TAST kann die Z- und Y-Achse der Verbindung verfolgen und eignet sich daher besonders für dickere Materialien.
TAST erfordert einen Pendelvorgang. Beim Übergang des Drahtes von einer Seite der Fügestelle zur anderen ändert sich die Spannung. Dies liegt daran, dass sich die Drahtlänge mit dem Wechsel der Düsenlänge zum Arbeitsabstand verringert. Dadurch kann der Roboter die Spannungsänderungen interpretieren und den Lernpfad anpassen, um die korrekte Schweißposition in der Fügestelle beizubehalten.
TAST eignet sich für dickere Überlappverbindungen, die mindestens 5 mm (1/4 Zoll) dick sein müssen, um Stabilität zu gewährleisten. Von der Anwendung von TAST bei geringeren Materialstärken wird abgeraten (tatsächlich habe ich dies in meiner langjährigen Berufspraxis mit einer Nahtverfolgungs-App noch nie beobachtet), da sonst die Gefahr von Schweißspuren oder ungleichmäßiger Schweißnahtbildung besteht, was die Schweißnahtqualität während des gesamten Prozesses beeinträchtigt.
Daher wird von der Verwendung dünnerer Materialien während des gesamten Schweißprozesses abgeraten, da diese die Schulter der oberen Platte abtragen oder beschädigen können. Diese Reinigung verursacht keine signifikante Spannungsänderung, was den Roboter zur Suche veranlasst – und genau hier entsteht das Risiko von Beschädigungen.
Eine weitere Einschränkung von TAST besteht darin, dass sich die Zykluszeit verlängert, da der Roboter die Verbindungsstellen durchfahren muss. Die Verfahrgeschwindigkeit von TAST ist in der Regel auf 35–50 Zoll pro Minute begrenzt. TAST ist zudem auf MIG-Schweißverfahren beschränkt – WIG- oder Plasmaschweißen ist nicht möglich.
Schließlich ist TAST auf Kohlenstoffstahl oder Edelstahl beschränkt. Die Spannung ist bei Aluminium nicht konsistent, und TAST kann nicht zuverlässig durchgeführt werden. Der Zustand des Materials ist ebenfalls sehr wichtig. Sauberkeit, Abmessungen oder Rost beeinflussen die Parametergruppe, da Sie den für Spannungsänderungen erforderlichen Standard festlegen. Daher führt bereits eine Spannungsänderung von 2 % bei negativem Y aufgrund von Oxidschichten oder Rost auf dem Metall zu inkonsistenten TAST-Eigenschaften.
Da der Roboter für die Positionsverfolgung verschweißt werden muss, kann TAST auch nicht trocken arbeiten. Auch die Haftung des Schweißdrahts ist problematisch, da sich der Überstand beim Überfahren der Heftnaht ändert und der Roboter so lange die Position verliert, bis er die andere Seite der Heftnaht erreicht.
3. 2D-Vision-System
Stellen Sie sich die 2D-Bildverarbeitung wie eine Kamera vor. Sie erstellt ein Referenzbild des idealen Werkstücks vor dem Zünden des Lichtbogens und vergleicht dieses mit jedem nachfolgenden Werkstück. Dabei erkennt sie Abweichungen und passt den Schweißweg entsprechend an. Sie liefert jedoch nur Schwarz-Weiß-Bilder, bei denen sich das Bild auf der Oberfläche befindet. 2D-Bildverarbeitung kann weder Höhe noch Tiefe bestimmen und gilt daher nicht als zuverlässiges Verfahren zur Nahtverfolgung.
Verbindungen wie V- und Überlappverbindungen stellen für die 2D-Bildverarbeitung ein großes Problem dar, da die Tiefe dieser Schweißnähte nicht bestimmt werden kann. Auch glänzende Materialien wie Aluminium sind für 2D-Systeme problematisch. Im Allgemeinen wird die 2D-Bildverarbeitung zur Bauteilidentifizierung und nicht zur Verfolgung eingesetzt. Da es sich um ein bildverarbeitungsbasiertes System handelt, ist die Störanfälligkeit gegenüber externem Licht für die Leistung der optischen Komponenten entscheidend. Darüber hinaus reagiert das Kameraobjektiv sehr empfindlich auf Schweißspritzer und Lichtbogenschäden.
