Bevor wir heute mit der Folge loslegen, eine kleine Anmerkung. Ab jetzt werden im Podcast nicht nur Kto und ich zu hören sein, sondern auch regelmäßig Gästinnen zu verschiedensten Themen.
Das hat allerdings zwei Dinge zur Folge. Erstens, die Folgen werden deutlich länger.
Ihr habt vielleicht schon gesehen, dass diese hier fast eine Stunde lang ist. Die müsst ihr natürlich nicht am Stück hören. Dafür haben wir Kapitelmarken, dafür gibt es eine Pausefunktion.
Wenn die Plattform, auf der ihr uns hört, das nicht hat, dann ist es vielleicht Zeit, zu einem Podcast-Shut zu wechseln. Das würde ich jedenfalls empfehlen. Damit ist das ziemlich problemlos möglich.
Die zweite Folge ist, dass die Folgen selten herauskommen werden. Nicht wie bis jetzt wöchentlich, sondern nur noch alle 14 Tage.
Das hat einfach damit zu tun, dass das Abstimmen von Terminen und natürlich auch der Schnitt von längeren Folgen einfach etwas länger dauert.
Gut, das war es aber auch schon mit dem Vorgeplänkel. Jetzt geht es los.
Von Laser.
Heute das Laserschweißen.
Mit den Grundlagen sind wir jetzt so weit durch und jetzt können wir endlich über die Prozesse reden.
Und da haben wir uns heute gleich unseren Lieblingsprozess rausgesucht, das Laserschweißen.
Hallo Knut. - Hallo Sven, Moin.
Ich weiß nicht, ob das dein Lieblingsprozess ist. Es ist vielleicht auch nur meiner, aber das können wir vielleicht heute ergründen.
Nee, ich habe noch einen anderen Favoriten. Aber Laserschweißen ist auch gut. Auf Norddeutsch heute ist Butter bei die Fische.
Jetzt wird Metall geschmolzen und jetzt wird produktiv gearbeitet.
Genau, was meinen wir eigentlich mit Schweißen?
Das ist eine gute Frage. Das erkläre ich öfter mal. Also was ist das für ein Thema?
Das ist eine gute Frage. Das erkläre ich öfter mal, also auch in der Schweißtechnik und in den entsprechenden Laboren.
Schweißen ist das Vereinigen oder Fügen oder Beschichten von Werkstoffen in flüssigem oder plastischem Zustand unter Anwendung von Wärme oder Druck mit oder ohne der Verwendung von Zusatzwerkstoffen.
Schweißen bildet dementsprechend unlösbare Verbindungen.
Oft unterscheidet man ja, Mensch, Löten ist doch so ähnlich wie Schweißen. Das macht man doch auch irgendwie heiß. Also ich meine jetzt Hartlöten, so Dachrinnen oder so was.
Der Unterschied ist halt beim Löten schmätzen wir den Grundwerkstoff nicht mit auf. Beim Schweißen tun wir das.
Das heißt, wir bilden wirklich eine metallische, metallurgische Verbindung zwischen unseren zu verbindenden Bauteilen bzw. zwischen Bauteilen und Zusatzwerkstoffen.
Genau, das ist die Definition vom Schweißen. Wir wollen jetzt hier heute über den Fügeprozess sprechen.
Also dass wir Bauteile miteinander verbinden, das Beschichten mit Lasern gucken wir uns nochmal in einer anderen Folge an, weil sich da noch ganz viele andere Möglichkeiten mit Angliedern wie der 3D Druck und solche Geschichten.
Also wir reden heute über das Fügen durch Schweißen. Wir reden nicht über das Laserlöten.
Was da besonders ist und wofür man das einsetzen kann und was es da auch für aktuelle Forschung gibt, das schauen wir uns jetzt mal an.
Wenn man das so ganz grob auf schnöden Mammon runter bricht, dann kostet eine Lichtbogenschweißquelle ungefähr ein Zehntel von dem, was so eine Laserschweißquelle kostet oder Laserquelle kostet, mit der man schweißen kann.
Das kommt ungefähr hin, oder? Ja, ich glaube ja. Warum benutzt man Laser zum Schweißen, wenn das ja alleine von der Gerätetechnik so viel teurer ist?
Ja, also erstmal werden die Laser immer billiger. Ich glaube nicht, dass sich das irgendwann angleichen wird, aber erstmal werden die Laser mit der Zeit immer günstiger.
Das ermöglicht natürlich auch neue Einsatzgebiete. Beim Laser haben wir auch den Nachteil, dass wir natürlich ein sicherheitstechnisches Problem haben, was das Laserlicht angeht. Das ist auch nochmal auf der Downside.
Aber was ist jetzt der Grund dafür, um deine Frage zu beantworten, warum man es eben dennoch einsetzt? Man hat halt ganz viele Vorteile.
Beim Laser kann man die Energie einfach gezielter an den Ort des Geschehens bringen. Also wir haben eine geometrisch definiertere Energiedeposition, sodass wir auch den umgebenden Werkstoff nicht so sehr beeinflussen.
Also wenn man sich das in Stiften überlegt, ist der Laser eher der Fineliner und die anderen Schweißprozesse sind dicke Pinsel.
Natürlich entwickeln sich auch die Lichtbogenschweißprozesse weiter und es gibt auch Gründe einen breiten Laserstrahl einzusetzen. Aber in der Schweißtechnik arbeitet man in der Regel mit sehr feinen Laserstrahlen, die auch eine hohe Strahlqualität haben.
Denn beim Laserschweißen gibt es im Prinzip zwei Prozessregime, in denen man den Prozess fahren kann. Und das eine ist der Wärme-Leitung-Schweiß-Prozess.
Da hat man so einen Schmelzbad, das ist irgendwie doppelt so breit wie tief im Querschnitt und man erzeugt mit dem Laserstrahl eine Wärme, die irgendwo zwischen der Schmelz- und Verdampfungstemperatur liegt.
Das heißt wir machen unsere Bauteile flüssig, aber wir bringen sie nicht in die gasförmige Phase. Aber den Laser kann man so stark fokussieren, wie man es auch mit dem Elektronenstrahl machen kann.
Also beim Elektronenstrahl schweißen. Es geht auch teilweise beim Plasmaschweißen, beim Plasmaschlichlochschweißen. Aber beim Laser geht es halt wirklich sehr gut und kontrolliert, dass man eben den Strahl so klein fokussiert, dass man das Material sogar verdampft.
Und dann passiert etwas ganz Spannendes, nämlich durch das Verdampfen entsteht eine sogenannte Dampfkapillare. Also es sieht ein bisschen im Querschnitt aus wie so ein Tornado. Also Keyhole heißt es im Englischen, aber im Deutschen sagt man Dampfkapillare.
Und man schweißt auf einmal sehr tief ein, deswegen nennt man es auch Tiefschweiß-Prozess. Und das bedeutet Tiefe zu breite Verhältnis nicht mehr 1 zu 2, sondern eher so was wie 5 zu 1 oder 6 zu 1 oder 7 zu 1.
Ok, hier nochmal ein kleiner Nachtrag aus der Post Production. Die Frage, ob man einen Wärmeleitungsschweißprozess oder einen Tiefschweißprozess hat, hängt zum einen von der Laserleistung ab und zum anderen von dem Strahlquerschnitt auf der Oberfläche.
Es ist also eine Frage, auf welche Querschnittsfläche fokussiere ich den Strahl. Die Intensität/Leistungsdichte wird gemessen in Watt pro Quadratzentimeter und die Grenze ist bei ca. 2 x 10 hoch 6 Watt pro Quadratzentimeter ab, der man dann das Material verdampft, insbesondere bei Stahl und dann einen Tiefschweißprozess fährt.
Also ein Keyhole erzeugt eine Dampfkapillare mit all diesen Effekten wie beschrieben. Der Wärmeleitungsschweißprozess findet dann bei Intensitäten bei ca. 10 hoch 5 Watt pro Quadratzentimeter statt.
Man kann es also zum einen über die Laserleistung steuern, die hat in der Regel eine obere Grenze, und dann zum anderen über den Strahlquerschnitt auf der Oberfläche, also der Größe des Fokusspots.
Natürlich spielen nachgelagert auch Größen wie Material, Oberflächenbeschaffungheit, Verfahrengeschwindigkeit und so etwas eine Rolle, aber es reicht erstmal in erster Näherung, das über die Leistungsdichte zu betrachten. Nun zurück.
Das heißt wir schießen also wirklich tief ins Material rein, verdampfen den oberen Teil und im unteren Teil machen wir es flüssig und dann können wir zum Beispiel zwei Bleche einfach übereinander legen und durchnageln?
Nee, dampfförmig ist das bis unten hin und der Gag ist eben, dass sich in dieser Dampfkapillare der Strahlen natürlich rechts und links an den Wänden reflektiert und durch diese Reflektionen tot läuft und man eine sehr hohe Absorption bekommt. Also damit sind wir auch in der Lage auf einmal Materialien zu schweißen, die sehr reflektiv sind. Also wir haben eine Absorption der Laserstrahlung von nagel mich da jetzt nicht fest, aber irgendwie 90% oder so.
Ja wenn man erstmal im Material drin ist, dann wird es halt schwierig wieder rauszukommen.
Richtig und das ist der Tiefschweißprozess und damit ermöglicht man halt einmal sehr lokal zu arbeiten, also dadurch sehr präzise und sehr geringe Beeinflussung des umgebenden Materials und man kann damit halt auch Prozesse fahren, die ansonsten vielleicht mehrere Schweißnähte übereinander gebraucht hätten. Also man spart Zeit, Durchläufe und man kann das Ganze auch mit sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten machen oder Förderraten wenn man so will.
Also das heißt man man man schweißt auch deutlich schneller als bei Lichtbogenschweißprozessen und das ist in Industrieprozessen immer eine gute Sache.
Ich will zu dem ganzen Thema beeinflussen, das umgebenden Werkstoss nochmal ganz kurz was sagen, das ist für Leute die mit der Schweißtechnik nicht so viel zu tun haben, vielleicht nicht sofort klar.
Wir haben beim Schweißen ja das Problem, dass wir unser Materialschmerzwürstchen machen müssen und diese Hitze oder diese diese Energie diese Wärme an eine Stelle bringen wollen, aber überall sonst macht die uns eigentlich Probleme, denn sobald ich ein Metall zum Beispiel in irgendeiner Art und Weise wärmetechnisch behandle, dann habe ich halt genau das eine wärmetechnische Behandlung.
Das möchte ich ja nicht. Ich glaube wir kennen alle diese Bilder von irgendwelchen Schwertern, die geschmiedet werden und dann in so ein Eimer mit Wasser oder Öl getaucht werden und dann sind die hinterher ganz hart.
Härte ist was, was ich in der Nähe von der Schweißnaht eigentlich gar nicht haben möchte oder was das eigentlich die möchte ich da nicht haben, denn Härte bedeutet auch immer, dass Zähigkeit rausgeht und so Materialien dann im Bereich von Schweißnähten zum Brechen neigen.
Das heißt ich will eigentlich zwar mein Material an der Stelle schmerzwürzlich kriegen und das verschweißen, aber den Rest vom Material soll eigentlich am besten überhaupt gar nicht beeinflusst werden und das ist immer das Problem, das man beim Schweißen hat.
Das geht beim Laser natürlich, wenn man das so präzise einbringen kann, vergleichsweise gut im Vergleich mit anderen Prozessen.
Das ist richtig. Die Ingenieurtechnische Fragestellung ist, wenn wir zwei Werkstoffe miteinander verbinden, hält das so gut wie der ursprüngliche Werkstoff oder ist es schlechter? Das ist die Güte der Verbindung und dann ist die Frage, reißt es in der Schweißnaht oder reißt es in der Wärme Einflusszone?
Das ist genau die Zone, von der du gerade gesprochen hast, die bei bestimmten Stählen aufhärtet. Dann haben wir da also eine höhere Härte und damit auch eine höhere Sprödigkeit oder bei Aluminiumlegierung kann es halt sein, dass es dort zu Härteabfall führt.
Das ist halt total werkstoffabhängig und ein sehr, sehr komplexes Thema und eins, was das Ganze auch schwierig macht.
Aber trotzdem ist auch dieses Laserschweißen zwar schon sehr lange bekannt und wird auch in der Industrie vielseitig genutzt. Also man kann das kaufen sozusagen.
Aber es gibt da trotzdem noch Forschung und deswegen wollen wir bei den Prozessen jetzt auch hier auf ein paar Forschungsthemen hinweisen.
Die Links zu den Papers findet ihr in den Show Notes. Die sind alle Open Access. Das heißt, ihr müsst also nichts bezahlen oder so. Die könnt ihr euch so runterladen.
Ja, das heißt, es ist vielleicht, wenn ihr die Möglichkeit habt oder richtig tief einsteigen wollt, gar nicht so verkehrt, sich die Niveau aufzumachen, muss aber nicht mehr erklären, glaube ich, alles.
Ja, alles können wir nicht erklären, aber wir müssen mal so einen kleinen Einblick zu geben.
Das, worüber wir reden wollen, das erklären wir umfänglich.
Das erste Paper, das wir uns angucken, ist von einer Arbeitsgruppe aus Großbritannien und behandelt das Schweißen, also das Laserschweißen von hochfesten Aluminium-Profilen aus der Automobilindustrie.
Und da geht es um Chancen und Herausforderungen.
Was sie gemacht haben, ist, dass sie sich eine bestimmte Schweißverbindung angeguckt haben, also von praktischer Relevanz mit einer praktischen Legierung
und haben einfach mal geschaut, mit welcher Einflussnahme können sie das Rissverhalten, nämlich die Rissbildung ist oft ein Problem in der Schweißtechnik, und die Festigkeit der Schweißnaht beeinflussen.
Und haben zum Beispiel Dinge getan, wie den Laserstrahl gependelt.
Also wir können ja mit dem Laserstrahl über die Oberfläche fahren, aber wir können ja den Laserstrahl auch mit einem Spiegel oder mit einem Roboter pendeln lassen.
Mit einem Spiegel ist es besser, weil man da höhere Frequenzen erreicht.
Und das macht man in der Tat relativ häufig heutzutage, dass man dieses Keyhole nimmt und auch noch hin und her bewegt, um damit nämlich das Temperaturprofil zu beeinflussen
und durch diese Beeinflussung des Temperaturprofils halt lokal die Abkühlbedingungen zu steuern.
Das klingt sehr kompliziert, ist praktisch gesehen gar nicht so schwer zu machen, aber theoretisch zu beschreiben, ist schon relativ aufwendig,
um sowas zum Beispiel zu simulieren. Da reden wir auch nochmal drüber, aber in einer anderen Folge.
Aber hier geht es einfach nur darum, dass Sie das mal untersucht haben.
Was passiert eigentlich, wenn ich mit dem Strahl pendel bei dieser Verbindung oder wenn ich den Zusatzwerkstoff verändere oder sowas.
Und dann haben Sie das Ganze bewertet.
Ja, da gibt es eine sehr schöne Tabelle, die mir als eher praktisch veranlagte Menschen und mit den praktischen Dingen befassten Menschen sehr entgegenkommt.
Da haben Sie am Anfang einmal gesagt "technological capability", also was man da entsprechend ändern kann und dann "advantages and disadvantages"
und haben dann immer aufgeführt, dass man zum Beispiel mit dem oszillierten Strahl eine bessere Spaltüberbrückung hinbekommt,
aber dafür die Mikrorisse weniger gut im Griff hat und was man dann mit dem Füllhydrat machen kann,
was man mit verschiedenen Strahlformen machen kann, was man mit verschiedenen Schutzgasen machen kann.
Und ja, das ist auf jeden Fall sehr spannend und dann an der Stelle natürlich auch sehr, sehr praxisrelevant, wenn man so einen Prozess in den Griff kriegen möchte.
Ja, ich bin auch ein Tabellenfan. Das ist die Tabelle 5.
Das stimmt, das ist ganz gut. So eine Bewertung vor und Nachteile der einzelnen Einflussnahmen.
Risse ist auch nochmal ein Thema. Die haben sich auch Risseoberflächen angeschaut.
RASA Elektronenmikroskop steht jetzt hier nicht schätzig, aber es sieht so aus,
um daraus abzuleiten, was die Ursache für die Risse ist.
Ja, da gibt es ja ganz viele verschiedene. Da will ich jetzt nicht zu tief einsteigen, aber es gibt zum Beispiel wieder Aufschmelzrisse.
In so einem Fall ist es zum Beispiel ungünstig, den Strahl zu pendeln, weil man halt unterschiedliche Oberflächenpunkte einfach immer wieder flüssig machen würde.
Und das ist eben genau der Punkt. Eigentlich ist das der Kern des Problems dieser Technologie.
Man hat extrem viele Parameter und Einstellmöglichkeiten.
Und es gibt eben nicht diesen physikalischen 1 zu 1 Zusammenhang, dass man sagt, ich drehe an der Schraube und dann ist das und das besser.
Das muss man einfach immer wieder untersuchen. Da spielt auch viel Erfahrung mit rein und so weiter.
Aber es ist echt, glaube ich, ganz interessant.
Ja, es ist ein Willkommen in der Realität. Zu den Rissen nochmal ganz kurz eine Erläuterung.
Ich weiß nicht, ob das so allen so klar ist. Die Frage ist halt, wie sehen die Risse aus?
Aus dem Aussehen der Risse kann man herleiten, wann und wie sind sie entstanden?
Und danach richtet sich, wie man sie abstellen kann.
Das mit dem Wiederaufschmelzrissen ist natürlich klar. Wenn ich nicht wieder aufschmelze, habe ich keine Wiederaufschmelzrisse.
Ja, ich komme ursprünglich aus der Prozessüberwachung.
Und da ist es beim Laser natürlich ziemlich logisch, dass man sich anguckt, was denn für Licht im Prozess entsteht.
Wenn ich da Licht reinschicke oder elektromagnetische Strahlung reinschicke,
dann kann man sich auch gut angucken, was da für elektromagnetische Strahlung wieder rauskommt.
Und das haben die in dem zweiten Paper gemacht, das wir vorstellen wollen.
Da geht es um das Monitoring von Kupfer-Aluminium-Schweißungen bei, ich würde sagen Folien. Die sind also relativ dünn.
Und ja, wir lesen die Titel jetzt nicht immer ganz vor, denn die sind halt lang und englisch.
Und erstens machen wir uns dann wahrscheinlich lächerlich, indem wir uns die Zunge brechen.
Zum anderen hilft das niemandem was. Das ist das zweite Paper in den Show Notes.
Ja, das ist von einer Arbeitsgruppe aus Boulder, Colorado.
Mir fällt gerade auf, das ist von dem NIST-Institut, also National Institute of Standards and Technology.
Das ist auch das Institut, wo man die Elektronen, also die Spektren, die Übergänge von Elektronen als Wellenlängen nachlesen kann.
Das wäre für mich auch die Website, um dort quasi spektrometrische Daten abzufragen.
Also das ist eins von deren Hauptgebieten, wo die dran arbeiten.
Und was sie gemacht haben, ist, dass sie einfach beim Laserschweißen das Leuchten des Prozesses genutzt haben
und versucht haben aus den Leuchtsignaturen herauszulesen, was denn da eigentlich leuchtet.
Und wenn man zwei Folien aufeinander schweißen will, Kupfer und Aluminium, dann ist das sehr schwer.
Das hängt mit den intermetallischen Phasen zusammen. Kupfer und Aluminium lassen sich nicht sehr gut verbinden.
Aluminium auf Kupfer haben sie geschweißt, sie haben es auch mit einem Pulslaser gemacht.
Und dann ist natürlich die Frage, wie lange ist der Puls, welche Spitzenleistung hat der Puls usw.
Und wenn man gepulst arbeitet, hat man halt noch viel mehr Parameter.
Und wenn man sich die Plasmaflamme über dem Verbindeprozess anschaut und das Leuchten daraus,
kann man halt erkennen, welche Elemente leuchten da eigentlich.
Und dann kann man eben zurückschließen darauf, wie gut die Verbindung sein wird.
Und das ist halt besonders interessant, insbesondere bei Prozessen, wo man also artfremd schweißt.
Artfremd schweißt heißt, ich verbinde Werkstoff A mit Werkstoff B.
Und da ist es natürlich immer interessant, mit dem Spektrometer zu untersuchen,
wie viel ist denn von dem einen drin, von dem anderen, weil das natürlich der Schlüssel dafür ist, wie gut die Verbindung nachher hält.
Das dritte, was wir uns angeguckt haben, ist eine Veröffentlichung, die wir hier nochmal darstellen, aus Stuttgart.
Und bei der Veröffentlichung geht es darum, dass man mit sehr hohen Geschwindigkeiten schweißt.
Und das bis zu 50 Meter pro Minute, das ist irre schnell.
Wir haben mal zum Vergleich beim normalen Lichtbogenschweißen, also das Typische, was man so kennt, Metallschutzgas oder sowas,
da hat man auch 50, aber eher Zentimeter pro Minute.
Genau. Und da muss man wissen, dass Sie halt geguckt haben, was ist der Vorteil mit hohen Geschwindigkeiten in Bezug auf die Effizienz von dem Strahl.
Und da gibt es nämlich eine natürliche Grenze auch, die ist ganz wichtig immer.
Also wir haben halt quasi eine unbegrenzte Leistung zur Verfügung.
Der Schlüssel ist immer, um das Tiefschweißen zu erzeugen, dass man hohe Leistungsdichte hat, also eine hohe Leistung pro Fläche.
Dafür muss man zum einen viel Leistung haben und zu anderen eine kleine Fläche, also einen kleinen Fokus,
und den auch über eine ganze Länge halten, deswegen eine hohe Strahlqualität.
Ein geringes Strahlparameterprodukt, wenn ich jetzt ein paar Leute abgehängt habe, kein Problem.
Das haben wir in vorherigen Podcasts erklärt, wie sich das mit der Strahlqualität eben verhält.
Und das Ding ist, es ist also viel Leistungsdichte zur Verfügung.
Jetzt kann man ja sagen, jetzt können wir ja immer schneller fahren.
Warum machen wir nicht, warum machen wir es mit zehn Meter pro Minute nicht mit 20 oder 30 oder 40?
Es gibt nämlich irgendwann Instabilitäten, das sogenannte Humping, dann gibt es Schmelzbadauswürfe.
Aber deswegen ist es immer spannend zu untersuchen, wie man diese Prozessgrenzen in die Höhe treiben kann.
Und die haben sich halt angeguckt, wie sieht diese Dampfkapillare in der Länge aus, wenn man quer zum Schweißprozess schaut.
An der Stelle fehlt wahrscheinlich allen das Gleiche, auf was mir beim ersten Mal lesen des Paypass aufgefallen ist.
Moment mal, diese Dampfkapillare befindet sich ja innerhalb des Werkstücks, also in einem Block Metall.
Wie guckt man sich denn die Form der Dampfkapillare während des Prozesses an, wenn die Dampfkapillare umschlossen ist von Metall?
Yes, und da haben die einen sehr coolen Aufbau, mit dem die halt schon länger arbeiten. Dafür ist die Arbeitsgruppe bekannt.
Und das ist bösespannend, denn die schießen von oben mit dem Laser auf das Werkstück,
fahren in eine Richtung und quer dazu durchröntgen sie das Bauteil und schauen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera drauf.
Und schauen sich genau an, welche Dynamiken da entstehen, etc.
Und wie sich das mit dem Wirkungsgrad verhält, ist hier in dem Paper ganz gut beschrieben.
Und es sind tolle Aufnahmen drin und tolle Bilder. Also es ist auch auf jeden Fall ansehenswert.
Ja, so selbst wenn man das Paper jetzt nicht im Detail versteht, so wie ich, dann sind das auf jeden Fall sehr coole Darstellungen und sehr sehenswert.
Einfach mal alleine aufgrund der Technik.
Genau, was macht man in der Industrie? Warum wendet man das überhaupt an? Das Laser-Tiefschweißen ist überall.
Also es ist in der Automobilindustrie, in der Luftfahrtindustrie verbreitet. Schienenbau, Schiffbau, Automotive sozusagen.
Überall wo sich was bewegt. Und ist deswegen ein weit verbreitetes Verfahren und eins der wesentlichen Hauptverfahren neben dem Schneiden,
was auch den ganzen Laserprozesse so populär gemacht hat. Und ein häufiger Grund dafür, warum sich Leute große Laser kaufen.
Und was eben auch spannend ist beim Tiefschweißen, ist natürlich, wie schon erwähnt, man braucht die hohe Strahlqualität,
damit man den geringen Strahlquerschnitt über einen langen Bereich aufrechterhalten kann, wenn man dicke Bleche schweißen will.
Also im Schiffbau, also jetzt große Schiffe oder Kraftwerksbau oder so.
Und dicke Bleche schweißen ist da nochmal eine ganz besondere Herausforderung, weil man dann sehr viel Leistung braucht.
Und zum Teil auch um die Nahtüberbrückbarkeit zu haben. Denn wenn man dicke Bleche hat, die vielleicht 20-30 mm dick sind,
kann man sich vorstellen, kann es sein, dass die Kanten nicht so gut vorbereitet sind, dass dort mal ein Spalt entsteht
und der Laserstrahl einfach durchgeht. Denn wir haben ja einen Fineliner. Deswegen macht man es teilweise auch, dass man hybrid schweißt.
Dass man also zwei Schweißverfahren miteinander kombiniert. Ein Laserschweißverfahren und einen konventionellen Schweißprozess,
wie ein Metallschutzgass-Schweißprozess oder ein MSG-Prozess, also irgendeinen Lichtbogenschweißprozess.
Und auch das ist natürlich mit vielen Parametern gekoppelt und hat nochmal ganz eigene Herausforderungen.
Deswegen wollen wir auf das Dickblech schweißen im letzten Teil nochmal gesondert drauf gucken.
Um jetzt nochmal gesondert auf das Dickblech schweißen zu gucken, haben wir uns Verstärkung geholt. Wie du siehst Sven, wir sind ja gar nicht mehr allein.
Ja, da ist eine zusätzliche Spur aufgetaucht. Genau und diese Spur gehört Dr. Stefan Grünenwald. Hallo Stefan. Hallo zusammen.
Stell dich doch mal kurz vor. Ich heiße Stefan Grünenwald. Ich habe mich im Rahmen von meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter
und innerhalb von meiner Promotionsarbeit mit dem Thema Dickblech schweißen intensiv beschäftigt.
Und Knut und Sven haben mich eingeladen ein bisschen heute über das Thema zu sprechen. Danke für die Einladung.
Ja super. Schön, dass du da bist. Das ist doch klasse.
Dickblech schweißen. Wir haben ja schon im ersten Teil darüber gesprochen, dass man beim Dickblech schweißen eigentlich zusehen muss,
dass das Keyholen möglichst in eins durchgeht. Was sind denn da so die Herausforderungen?
Kann man einfach mehr Leistung nehmen oder wie geht das so? Was hast du so herausgefunden?
Herausforderungen beim Dickblech schweißen sind mit der Laserleistung einmal klar zu kommen.
Die extreme Laserleistung, die ich zur Verfügung hatte, das ging bis zu 30 Kilowatt Laserleistung, die mir zum schweißen zur Verfügung stand.
Die musste natürlich einmal ins Material rein. Mit der musste ich das Keyhol erzeugen.
Und die spezielle Herausforderung ist natürlich beim Schweißen mit der industriellen Anwendung,
dass man nicht nur eine Teilschweißung macht, sondern dass man einmal komplett durchschweißt
und dort auch unten an der Naht eine saubere Wurzel erzeugt.
Und da ist es sehr wichtig, dass man den Schweißprozess, insbesondere das Keyhol, gut unter Kontrolle hat.
Die Herausforderung, wenn man dicke Bleche schweißt, ist einmal, dass man mit dem Laserstrahl die Naht, also dort, wo die beiden Bleche quasi gestoßen werden,
dass man das sauber trifft, dass der Laserstrahl nicht vorbeischweißt, weil die Spaltüberbrückbarkeit von dem Laserstrahl alleine ist sehr begrenzt.
Ist dort irgendwo ein Spalt, fehlt ein bisschen Material, hat der Laserstrahl dadurch, dass es ja keinen Zusatzwerkstoff gibt, den ich dem Laserstrahl hinzugebe,
hat der Laserstrahl seine Probleme, diesen Spalt zu überbrücken.
Von daher ist es wichtig, dass die Bleche eine saubere Kante haben, die sauber gestoßen werden kann
und dass der Spalt zwischen den beiden Blechen so gering wie möglich ist.
Das heißt, dass wir natürlich einen sehr kleinen Laserstrahl auch brauchen, um eine kleine Querschnittsfläche zu haben,
damit die Leistungsdichte auch hoch ist, mit einer geringen Divergenz in Kombination, einer hohen Strahlqualität,
damit man die Leistungsdichte auch über die ganze Blechdicke nahezu aufrechterhalten kann.
Also wenn dann die Kante nicht gut genug vorbereitet ist, schießt man einfach durch.
Richtig.
Das meinst du mit Spaltüberbrückbarkeit, um die Vokabel hier nochmal.
Ganz genau. Ist der Spalt zu groß, ein Zehntelmillimeter, zwei Zehntelmillimeter, beim halben Millimeter zum Beispiel,
ist der Spalt schon so groß, dass genau das passiert, was du gesagt hast, man schießt mit dem Laserstrahl einfach nur durch.
Man würde die Kanten ein bisschen anschmelzen, aber mehr würde nicht passieren.
Von daher ist im Idealfall eine gefräste Kante erforderlich.
Die Bleche werden gestoßen, gespannt und dann wird mit dem Laserstrahl einmal geschweißt.
Habe ich nicht die erforderliche Energiedichte, das heißt kann ich meinen Laserstrahl nicht stark genug fokussieren
und habe ich nicht die Energie dahinter, werde ich es auch nicht schaffen, eine bestimmte Blechdicke durchzuschweißen.
Abhängig ist die Einschweißtiefe, die ich erzielen kann natürlich immer auch von der Geschwindigkeit,
von der Prozessgeschwindigkeit oder von der Schweißgeschwindigkeit.
Je schneller ich meinen Laserstrahl über das Werkstück bewege, desto geringer ist natürlich auch die Einschweißtiefe,
weil die Energie, die ich in den Werkstoff, in das Werkstück einbringen kann, die fehlt mir nicht an natürlich.
Da spricht man im Fachbegriff von der Streckenenergie.
Ich habe eine bestimmte Energie zur Verfügung, die ich pro Zeiteinheit in das Blech einbringen kann.
Und je schneller ich schweiße, desto weniger Energie steht mir dann zur Verfügung
und desto geringer ist dann letztendlich auch die Einschweißtiefe.
Von daher muss ich mit der mir zur Verfügung stehenden Laserleistung einmal die richtige Schweißgeschwindigkeit treffen.
Das ist mit der Hauptparameter. Ich muss natürlich meinen Laserstrahl so formen können,
dass ich, was du gerade schon sagtest, Knut, die entsprechende Energiedichte erziele
und dann auf die entsprechende Blechdicke auch komme.
Jetzt ist es natürlich speziell bei dicken Blechen ziemlich gemein, die Kante sauber vorzubereiten.
Wie du schon sagtest, am besten gefräste Bleche.
Jetzt habe ich richtig große, dicke Bleche, die möglichst auch noch richtig schön lang sind,
die dann auch noch so sauber zu fräsen, dass die ordentlich zusammenpassen.
Das ist nochmal eine ganz andere Herausforderung.
Und jetzt wäre ja der andere Weg, dass man sagt, naja gut, dann führe ich den Laser halt so, dass der immer sauber trifft.
Das ist aber auch nicht so einfach. Wenn der Spalt schön eng sein muss, dann ist es natürlich auch nicht so einfach, diesen Spalt zu detektieren.
Das ist, glaube ich, nochmal ein ganz anderes verfahrenstechnisches Problem von dem Prozess abgesehen.
Ja, genau. Da arbeitet die Industrie gemeinsam mit Forschungseinrichtungen sehr stark dran,
zum Beispiel Nahtverfolgungssysteme zu entwickeln, die quasi mit einer Kamera auf den Bereich vor der Schweißnaht gucken
und dann sehen, wo läuft eigentlich die Naht entlang.
Wenn man nur ein gerades Stück Blech schweißt und weiß, wo ist mein Anfangspunkt, wo ist mein Endpunkt, dann ist das relativ einfach.
Aber ist da jetzt zum Beispiel eine Kurve drin, schweiße ich zum Beispiel in einen Prozess, der, wenn man ein Rohr betrachtet, einmal rund ums Rohr rumgeht,
ist es sinnvoll, so eine Nahtverfolgung zu haben, damit man das ausrichten kann, damit der Laserstrahl immer schön die Naht trifft und nicht irgendwo dran vorbeischweißt.
Das ist der eine Punkt. Der andere Punkt ist, wenn ich es nicht schaffe, mit dem Laserstrahl den Spalt zu überbrücken,
kann ich mir Hilfe holen, nämlich von einem konventionellen Schweißprozess, zum Beispiel ein MSG, Metall-Schutzgass-Schweißverfahren.
Das kann ich mit dem Laserstrahl kombinieren, dann komme ich zu einem hybriden Verfahren.
Und dann habe ich den Vorteil vom MSG-Prozess, der mir Zusatzwerkstoff in den Schweißprozess einbringt.
Der Laserstrahl erzeugt die Tiefe, der Zusatzwerkstoff, den kann ich dann dazu verwenden, um den Spalt zu überbrücken.
Das ist ein gängiges Verfahren mittlerweile, was gerne eingesetzt wird, um schlicht und ergreifend den Laserstrahl und den Schweißprozess,
den MSG-Prozess beide Vorteile von diesen beiden Verfahren zu nutzen und damit die Spaltüberbrückbarkeit zum einen,
aber auch natürlich um ein bisschen die Schweißwand, die dann hinterher entsteht, beeinflussen zu können.
Ich kann Zusatzwerkstoff gezielt aussuchen, den dort einbringe, ich gebe noch ein bisschen mehr Energie dazu,
was die Metallurgie von der Schweißwand noch ein bisschen positiv beeinflussen kann, Härte zum Beispiel, Zähigkeit, Festigkeit, diese Sachen.
Die Kombination aus beiden ist ein wirklich positiver Aspekt von einem Hybridschweißverfahren.
Man macht dann im Grunde genommen mit dem Lichtbunkenschweißverfahren die Wärmebehandlung, Vorbehandlung oder Nachbehandlung für das Laserschweißverfahren, kann man sagen, oder?
Ein Teil davon. Es gibt spezielle Stähle, die müssen zum Beispiel vorgewärmt werden, damit man sie vernünftig schweißen kann,
und es gibt auch Stähle, die brauchen nochmal eine Nachbehandlung. Also, dass man quasi nachdem das Schweißverfahren fertig ist, nachdem die Naht erstellt wurde,
muss nochmal mit Wärme nachbehandelt werden, um zum Beispiel die Härte zu beeinflussen, vielleicht auch Eigenspannungen oder so irgendwas ein bisschen zu reduzieren, je nachdem, was man gerade schweißt.
Im Schiffbau auch ein bisschen auf Eigenspannungen. Wenn man jetzt eine Pipeline schweißen möchte, dann insbesondere Härte und Festigkeit, die man dort beeinflussen möchte.
Was würdest du sagen, wie hoch ist das Hybridschweißen? Das Hybridschweißen kann man ja kaufen.
Es gibt Firmen, die bieten dafür komplette Lösungen an, wenn man jetzt sagt, wir nehmen eine Menge Geld in die Hand und sagen, wir haben hier eine schweißtechnische Aufgabe,
und wir wollen das jetzt Hybridschweißen, weil die Bauteile das eben erfordern und die Vorbereitung und Nachbereitung und so weiter.
Es sind ja so viele Parameter beim Schweißen einfach. Wo ist der Fokus? Strahlqualität, dann Leistung, dann Geschwindigkeit, dann überhaupt die Bewegung,
vielleicht lässt man Strahler pendeln oder sowas. Da gibt es ja auch zunehmend immer mehr Möglichkeiten.
Jetzt kommt auch noch ein zweiter Schweißprozess dazu. Der hat ja auch nochmal Strom, Spannung und Impuls und Drahtfördergerate und so weiter und so fort, Stickout und Schutzgas und Menge an Schutzgas.
Also es wird ja immer schlimmer. Und wenn man die beiden dann auch noch kombiniert, dann hat man ja auch noch kombinatorische Parameter.
Also wie weit steht dieser Lichtbogen zum Laser? Da gibt es Synergieeffekte, die können sich beeinflussen. Das Ganze hört ja nie auf.
Also wie viel schwerer ist es denn so einen Hybridschweißprozess zu beherrschen im Vergleich zu "Ich nehme nur einen Laser"?
Du hast schon jede Menge Parameter aufgezählt. Und in der Tat, man muss wirklich alle Parameter berücksichtigen.
Man muss sich einen Versuchsaufbau vorstellen, wo man diese einzelnen Parametersätze, die es gibt, einzeln durchfährt und guckt, wie wirkt sich der eine Parameter auf den gesamten Prozess auf.
Einen großen Einfluss hat zum Beispiel, ist, ob der Lichtbogen vorlaufend ist. Also zuerst der Lichtbogen kommt und danach der Laserstrahl geschweißt wird.
Einen anderen Einfluss kann es haben, wenn der Lichtbogen hinten dran quasi kommt. Dann ist die Frage, du sagtest schon, die Lichtbogenleistung, der Stick-out.
Wie weit guckt der Draht aus der Brennerdüse raus? Welchen Einfluss hat der Lichtbogen an sich auf den gesamten Schweißprozess, auf das Schmelzbad,
auf das Keyhole bzw. auf die Dampfkapillare? Ich habe mal verglichen und bei mir waren das insgesamt 27 Parameter, die mehr oder weniger den Hybridschweißprozess direkt beeinflussen.
Und was ich festgestellt habe bei den Versuchen, der Hauptparameter nach wie vor ist die Schweißgeschwindigkeit.
Natürlich muss der Prozess an sich selbst, der muss gut eingestellt werden, aber das muss man wirklich für jede Schweißaufgabe, für jedes Material, was ich schweiße,
für jede Laserstrahlquelle und für jede Schweißstromquelle, die ich benutze, muss ich das einmal einstellen. Der Haupteinflussparameter ist und bleibt die Schweißgeschwindigkeit.
Ändere ich jetzt die Schweißstromquelle, ändere ich jetzt meine Laserstrahlquelle, ändere ich meine Optik, mit der ich den Strahl fokussiere, mit der ich den Strahl auf das Werkstück bringe usw.
muss ich diese kleinen Einzelparameter jedes Mal aufs Neue einstellen. Habe ich die gefunden und der Prozess läuft soweit, ist und bleibt es bei der Schweißgeschwindigkeit.
Das ist der maßgebliche Einflussfaktor, mit der ich insbesondere die Tiefe, wie tief kann ich in das Blech reinschweißen, bestimme.
Wie ist das jetzt, wenn man jetzt nur mit dem Laser schweißt und Richtung 30 kW geht, also kann man das beliebig hochskalieren?
Ich habe mal irgendwie so, also meine naive Vorstellung ist, wir können ungefähr 1 mm schweißen mit einem Kilowatt bei einem Meter pro Minute.
Also können wir 3 cm dicke Bleche mit 30 kW schweißen, können wir auch mit 50 kW 5 cm dicke Bleche schweißen?
Die Probleme mit denen wir tatsächlich zu kämpfen hatten in den Versuchen ist natürlich aufgrund der extrem Tiefe, die wir geschweißt haben.
Wir waren bei 27 mm Blechdicke und das ist schon wirklich sehr, sehr viel, die man in einer Lage schweißen möchte, ist es natürlich das Keyhole oder die Dampfkapillare selber unter Kontrolle zu halten.
Ich muss insbesondere, wenn ich horizontal schweiße, muss ich das Keyhole so kontrollieren können, dass mir die Schmelze, die dort drin entsteht, nicht nach unten durchrutscht und dann an der Wurzel quasi Wurzeldurchhang bildet,
würde der Fachbegriff heißen, wenn man sich die Schweißnaht von unten angucken würde, dann wären das so runde Knubbel.
Das ist quasi die flüssige Schmelze, die nach unten durchfließt, an der Wurzel erstarrt und dann so ein Knubbel bildet.
Das will man natürlich nicht haben. Man möchte eine saubere Wurzel haben und die Schmelze, die mir dann nach unten durchrutscht, fehlt mir natürlich auch in der Naht selber, um die Verbindung vernünftig herstellen zu können.
Und das sieht man dann wiederum oben, dass man einen Teil an der Oberfläche von der Naht hat, der quasi eingekerpt ist. Und das ist die große Herausforderung, das Keyhole, das Schmelzbad, was entsteht, so in Position zu halten, dass es für die Schweißnaht verwendet werden kann und dass es nicht nach unten durchrutscht.
Das ist der erste Punkt. Wenn man sich überlegt, was für Schwierigkeiten man beim Schweißen hat, jetzt geht es, wenn ich an die industrielle Anwendung denke, ja nicht immer.
Man geht nicht immer von Idealbedingungen aus, wie sie im Labor vorherrschen, sondern man muss auch Position anfahren, um zum Beispiel ein Rohr schweißen zu können, wo man einen Orbital-Schweißprozess ansetzt, der einmal komplett rundrum um ein Rohr geschweißt wird.
Dazu kann das Rohr zum Beispiel horizontal liegen und ich muss einmal 360 Grad rundrum schweißen oder das Rohr kann vertikal sein und ich schweiße dann einmal in vertikaler Position 360 Grad rundrum.
Die verschiedenen Schweißpositionen, die zu beherrschen, das ist was, was für die industrielle Anwendung sehr interessant ist und auch sehr wichtig ist.
Wenn ich an den Schiffbau denke, dort die ganzen Sektionen zu schweißen, kilometerlang Schweißnaht zu erzeugen, auch dort ist es wichtig, den Schweißprozess unter Kontrolle zu haben und eine vernünftige Schweißnaht herzustellen,
die auch den Qualitätsanforderungen von den Normen und Richtlinien entspricht, aber auch von den Klassifikationsgesellschaften, die hinterher diese Schweißnaht quasi prüfen und abnehmen.
Da habe ich mal direkt reingrätschen, da habe ich noch mal eine Frage.
Also dicke Bleche gab es ja schon vorher, bevor es 30 Kilowatt Laser gab und die hat man ja früher auch geschweißt oder macht es ja auch noch mit konventionellen Schweißverfahren und da kommt man ja nicht so tief rein.
Und das bedeutet, die Kanten werden vorbereitet in Form von einer V-Naht, einer Y-Naht oder so und dann setzt man eine Wurzellage und dann Lage für Lage für Lage und da geht es ja ganz oft auch drum, in welcher Schweißreihenfolge macht man das, um den Verzug zu beherrschen etc.
Und der Vorteil vom Laserschweißen ist natürlich, dass das One Path ist, also wir machen es einmal und das auch noch mit vergleichsweise hohen Geschwindigkeiten, also man ist in viel schnellerer Zeit fertig.
Aber welche Nachteile hat man gegenüber den konventionellen Schweißverfahren?
Ist der Verzug zum Beispiel, also Verzug oder Gefüge oder wie würdest du das so bewerten?
Also der Nachteil definitiv ist die geringe Streckenenergie.
Ich bringe Energie sehr konzentriert auf eine sehr kleine Fläche ein und ich sorge dafür, dass dadurch, dass die Energie sehr konzentriert eingebracht wird, sehr wenig Energie auf großer Fläche eingebracht wird, sorge ich dafür, dass die Schweißnaht selbst sehr schnell wieder abkühlt.
Und wenn ich sehr hohe Abkühlraten habe, im Fachbegriff würde man von der T85 Zeit sprechen, wenn die T85 Zeit sehr gering ist, dann sorgt das dafür, dass ich eine hohe Aufhärtung in meiner Schweißnaht habe und das möchte man natürlich vermeiden.
Und das ist der riesen Nachteil vom Laserstrahlschweißen, insbesondere wenn ich an die großen Blechdicken denke, die Wärme, die ich zur Verfügung habe, die ich einbringe in das Material, die wird sofort, wie soll man sagen, durch Wärmeleitung im Material selber verteilt.
Die Abkühlraten sind sehr hoch, ich habe eine hohe Aufhärtung in der Schweißnaht und dadurch sinkt Zähigkeit und Festigkeit von meinem Material in der Schweißnaht.
Und das hattet ihr ja schon vorher einmal diskutiert, dann kann es sein, dass man Risse bekommt, dass bei starker Beanspruchung die Schweißnaht direkt im geschweißten Material bricht oder halt in der Wärmeeinflusszone.
Und das ist das, was man unbedingt vermeiden möchte. Und deshalb ist es dann wichtig, sich zu überlegen, muss ich vorwärmen, bevor ich anfange zu schweißen oder muss ich natürlich auch nachwärmen nochmal, um das Gefüge, um die Metallurgie positiv dann beeinflussen zu können.
Ich glaube, ich muss das einmal ganz kurz erzählen für die, die mit Schweißen bis jetzt wenig zu tun haben, das kann man sich relativ einfach vorstellen. Ich habe ein dickes Blech, das ist kalt, ich bringe ziemlich viel Hitze an einen sehr kleinen Punkt und dann geht diese Hitze natürlich einfach in den Rest vom Blech, weil die saugt die da quasi raus, jetzt mal im übertragenen Sinne gesprochen.
Und T85 Zeit hat es ja gerade angesprochen, dass also die Zeit von 800, die Abkühlgeschwindigkeit von, die Abkühlzeit zwischen 800 und 500 Grad, das ist genau der Bereich, wo sich die Metallurgie verändert und wo sich die Werkstück-Eigenschaften beim Stahl verändern.
Und ja, das ist wieder der Klassiker mit dem Schwert, was in irgendeine Abkühlflüssigkeit gehalten wird und dann hart wird. Dann habe ich eine ganz tolle harte Klinge, das möchte ich in meiner Schweißnaht halt nicht.
Ja, genau, die T85 Zeiten dürfen nicht zu lange, nicht zu kurz sein, wenn sie zu beim Laserschweißen sind, sind sie zu kurz und man kann es eben nicht, vielleicht, also sagen wir mal, ob es richtig ist, aber man kann es eben auch beim Dickblechschweißen nicht damit kompensieren, dass man langsamer schweißt und größere Schmelzbäder erzeugt, weil dann auch die Gefahr ist, dass die ganze Schmelze unten draus läuft.
Ganz genau, schweiße ich zu langsam, erzeug ich zu viel Schmelze auf geringem Raum und die Schmelze würde mir dann, genauso wie du es gerade beschrieben hast, durch das Keyhole nach unten durchlaufen, würde sich an der Wurzel sammeln, würde eine Kugel bilden an der Wurzel, dieser Knubbel, von dem ich schon gesprochen habe, diese Kugel würde abkühlen und man hat dann schön aufgereiht wie an einer Perlenkette unten an der Wurzel, kann man sehen, dass man den Prozess,
dann nicht unter Kontrolle hatte, weil man eben die Schmelze nach unten durchlaufen lassen hat und dann die Wurzel nicht schön aussieht.
Das, was unten als Kugel an der Wurzel hängt, das fehlt einem oben an der Nahtoberseite natürlich und man sieht dann dort die Einkerbung.
Ich habe jetzt das schöne Bild im Kopf, wie irgendjemand mit so einem typischen Brenner vor dem Laser lang läuft und schön das Blech warmen macht zum Vorwärmen, so wird es wahrscheinlich eher nicht sein.
Es kommt auf die industrielle Anwendung an, ich denke da jetzt gerade an den Rohrleitungsbau, wo die Rohre in der Landschaft verlegt werden und bevor man dort tatsächlich die Rohre verschweißt, werden die mit Induktion vorgewärmt, auf die richtige Temperatur gebracht und dann fängt der Schweißprozess an.
Das heißt, es werden Kabel schlingen an der Nahtstelle um das Rohr rumgelegt, es wird Energie draufgegeben, das Rohr wird auf die richtige Temperatur erwärmt und dann fängt der Schweißprozess erst an.
Einfach um sicherzustellen, dass die Abkühlzeiten in dem richtigen Bereich sind und man natürlich die entsprechenden Werkstoffeigenschaften dann erreicht.
Die Qualität, man spricht dann von der Qualität der Schweißnaht, die muss den Anforderungen entsprechen, damit einfach vermieden wird, dass die Schweißnaht bricht und dann hinterher im allerschlimmsten Fall Öl zum Beispiel austritt.
Das ist natürlich super elegant, weil ich durch den Prozess selber nur relativ wenig Energie noch zusätzlich reingebe und damit meine Wärmeführung natürlich im Prinzip 100% über die Induktion machen kann.
Ganz genau.
Ich war mal an so Projekten beteiligt, wo man dann ganz gerne das alles an Roboter hängen wollte.
Vorne ein Induktor, der es mal warm macht, dann irgendwie ein MSG-Prozess, dann dahinter der Laser und dann hinten nochmal ein Induktor und ja, ich weiß nicht, wie man das dann alles wirklich bewegen wollte, aber das waren so die Visionen.
Keine Ahnung, ob das wirklich jemand macht, aber schöne Idee ist es.
Keiner hat gesagt, das ist einfaches.
Ja, das stimmt.
Aber Stefan, weißt du, ob das Schweißen von Pipelines mittlerweile mit Lasern gemacht wird, also im Feld?
Ich habe meine starken Zweifel, weil einfach die Werkstoffeigenschaften, die sind dort extrem wichtig.
Ich kann keine Pipeline auf dem Meeresboden verlegen, ohne mir 100% sicher zu sein, dass die Eigenschaften von meiner Schweißnaht auch absolut in Ordnung sind.
Und der Laserstrahl bzw. Laserstrahl oder Hybridlaserstrahlschweißen sind da einfach noch nicht so weit.
Es gibt noch nicht so viele Vergleiche, die man hat und ich glaube, keiner will der Erste sein mit einer gebrochenen Pipeline auf dem Meeresboden, die er dann zu reparieren hat.
Aber man kann ja erstmal an der Wüste anfangen oder an der Straße entlang oder so.
Ja, natürlich. Das könnte man machen.
Ich selber habe keine Veröffentlichung gefunden, die irgendwie berichten, dass tatsächlich für Pipeline in der industriellen Anwendung mit einem Laserstrahl oder mit einem Hybridlaserstrahlprozess geschweißt wird.
Das, was wir in der Forschung betrieben haben, war auf sehr großes Interesse gestoßen von ganz vielen Leuten von amerikanischen Firmen, die tatsächlich das Interesse hatten, das im Feld einzusetzen.
Das waren die ersten Interessenten, dann deutsche Rohrleitungshersteller für Großrohre, Salzkitter Mannesmann zum Beispiel, Europipe, die das Rohr herstellen.
Dort könnte es interessant werden, weil da kann ich die Schweißbedingungen sehr gut kontrollieren.
Und ich kann auch hinterher das Rohr, was ich gefertigt habe und die Schweißnaht, die ich zur Fertigung von dem Rohr hergestellt habe, die kann ich relativ gut auch, nachdem ich es produziert habe, nochmal kontrollieren.
Also ich kann zum Beispiel Ultraschallverfahren anwenden, um zu gucken, ob ich irgendwelche Poren in der Schweißnaht habe, ob ich irgendwelche Risse in der Schweißnaht habe.
Ich kann die Schweißnaht röntgen, auch das ist möglich.
All das kann ich machen, nachdem ich das Rohr gefertigt habe, um sicherzustellen, dass es auch in Ordnung ist.
Wenn ich aber das Rohr im Feld verlege, das Rohr wieder in den Boden einbuddelt und dann irgendeinen Fehler habe oder ich verlege das Rohr auf ein meeresboden und stelle dann einen Fehler fest,
dann ist es relativ schwierig dort noch irgendeine Korrektur vorzunehmen oder einfach das Rohr auszusortieren und ein anderes Rohr dafür zu nehmen.
Die Qualität von der Schweißnaht ist im Rohrleitungsbau von allerhöchster Wichtigkeit.
Und da möchte kein Hersteller derjenige sein, der in der Zeitung steht.
Hunderte von Millionen Liter Öl sind ausgelaufen, bis das tatsächlich dann irgendjemand gemerkt hat, weil die Rohrleitung auf 2000 Meter Tiefe im Meer liegt.
Da möchte keiner der Erste sein.
Ich weiß nicht, wie viel es bei Pipelines im Meer ist, aber an Land werden die, meine ich, auf jeden Fall auch 100 Prozent geröntgt und gescheit, wenn sie konventionell geschweißt worden sind.
Aber ich bin mir da gerade nicht 100 Prozent sicher.
Von daher würde man das dann ja auch machen.
Und natürlich Laser-Sicherheit, wenn man da irgendwo im Feld unterwegs ist und dann den Laser einmal ums Rohr kreisen lässt, vermutlich auch ein ganz interessantes Thema ist.
Im Feld werden die Rohre ja in Zelten quasi.
Es wird ein Zelt um das Rohr gebaut und dann wird in dem Zelt Naht für Naht geschweißt.
Von daher, man könnte das Zelt mit den entsprechenden Materialien ausrüsten.
Ich glaube, mit der Laser-Sicherheit würde man tatsächlich zurechtkommen.
Womit man noch nicht zurechtkommen würde im Feld ist tatsächlich das Schweißen in unterschiedlichen Positionen.
Wenn ich mir ein Rohr vorstelle, was im Boden liegt, dann muss ich quasi oben anfangen und dann einmal 360 Grad um das Rohr rundum schweißen.
Das heißt, ich habe einmal ein Schmelzbad, eine Dampfkapillare, die quasi in horizontaler Position ist und dann wandert die einmal komplett um 180 Grad.
Dann ist es genau umgekehrt. Das heißt, dann würde mir die Schmelze nicht unten rauslaufen, sondern sie würde oben, wo der Laserstrahl quasi eintritt, rauslaufen.
Das sind Parameter, die muss man wirklich sehr gut unter Kontrolle haben.
Was die Hersteller natürlich auch nicht möchten, ist, jede zweite Schweißnaht nochmal aufzuflexen und nachzubearbeiten.
Das kostet auch relativ viel Zeit und wenn ich mir nicht hundertprozentig sicher bin, dass ich die Qualität der Schweißnaht erreiche,
dann mache ich das mit einem altbewährten Verfahren, was auch von den, ich hatte das schon erwähnt, Klassifikationsgesellschaften GL Germanischer Leut, DNV, den Neuske Weritas,
das sind so die zwei größten, die mittlerweile auch verschmolzen sind, die solche Prüfungen durchführen.
Und wenn die bestimmte Härtewerte vorgeben, wenn die bestimmte Festigkeiten und Zähigkeiten vorgeben,
die ich mit meinem Laserstrahlverfahren einfach noch nicht erreichen kann aufgrund der geringen Wärme
und ich dann einen riesen Aufwand treiben muss, um das Rohr im Feld nochmal nachzuwärmen oder vorzuwärmen,
dann sagen die sich, da sehe ich keinen Nutzen darin, das ist alles viel zu teuer, da kann ich es auch mit einem altbewährten Verfahren weiterhin machen.
Von daher, da ist noch wirklich viel Arbeit drin, das Ganze für die industrielle Anwendung zu untersuchen und auch tatsächlich anwendungsreif zu Anwendungsreifen dann zu bringen.
Ja, das ganze Thema ist ja überhaupt auch mit dem konventionellen Lichtbogenverfahren schwierig genug,
also auch da hat die Automatisierung sehr viel länger auf sich warten lassen als bei anderen Geschichten,
also Orbitalschweißmaschinen oder sowas, die sind da noch gar nicht so lange groß im Einsatz,
also da war die gute alte Handarbeit noch sehr viel länger aktiv als in ganz vielen anderen Feldern.
Natürlich ist die Hürde groß, erstmal in eine neue Technologie einzusteigen.
Das Laserstrahlschweißen ist mit vielen Herausforderungen versehen, insbesondere bei dicken Blechen brauchen wir die hohen Leistungen
und in dem Keyholen der Dampfkapillare selbst sind ja auch eine ganze Menge physikalische Effekte, die dort eine Rolle spielen.
Mehrfachreflektionen von Laserstrahlung, es gibt Streuung an den Dampfpartikeln, die dort entstehen, an den Clustern, an dem Plasma,
Streuung der Laserstrahlung etc. etc. Da gibt es Oberflächenspannung und Marangoni-Konvektion und Strömung.
Das sind alles Sachen, die haben wir jetzt hier nicht phenomenologisch beschrieben,
weil wir auch nochmal eine Folge machen zu der Simulation von thermischen Prozessen.
Das ist natürlich ein sehr komplexes Thema, aber da werden wir nochmal gesondert drauf eingehen,
da haben wir auch schon zwei Experten für gewinnen können, die uns da unterstützen.
Aber hier nochmal die Frage, wenn doch das Laserschweißen viele Herausforderungen birgt, aber im Labor ganz gut funktioniert,
was ist denn jetzt der Vorteil? Was würde man denn den Klassifizierungsgesellschaften und so sagen, warum das Laserschweißen jetzt eine gute Sache ist?
Genau, die Firmen sind natürlich sehr heiß darauf, den Prozess, den Schweißprozess an sich so effizient wie möglich zu gestalten.
Die Ressourcen, die sie zur Verfügung haben, die wollen sie so sparsam wie möglich einsetzen und die Ressourcen beim Laserstrahlschweißen,
die Ressourcen beim Schweißen, das ist zum einen die Zeit, die einem zur Verfügung steht, um die Schweißen dann selber fertig zu kriegen.
Dann sind das Zusatzwerkstoffe, die ich benötige, um die Schweißnaht herzustellen.
Dann kommen die Gase mit dazu, die Schutzgase, die ich benötige, um die Schweißnahtoberfläche zu schützen.
Und diese Ressourcen möchten die Firmen so sparsam wie möglich einsetzen.
Mit dem Laserstrahl kann ich zum Beispiel eine einlagige Schweißnaht durchführen von einem sehr dicken Blech.
Im Vergleich, ich schweiße ein 20 mm dickes Blech in einer Lage durch mit einem Laserstrahlverfahren.
Gerne kombiniert mit einem Hybridverfahren würde ich das mit einem konventionellen Schweißprozess machen,
nur mit einem MSG-Verfahren, zum Beispiel Metallschutzgasschweißen.
Dann würde ich anstatt einer Schweißnahtlage mehrere Schweißnahtlagen brauchen.
Ich brauche eine komplexe Nahtvorbereitung.
Ich muss natürlich mit meinem Brenner bis ganz nach unten zur Wurzellage einmal kommen.
Das heißt, ich muss ein sehr breites V, also meine Schweißnaht, der Stoß sieht aus wie ein sehr breites V,
damit ich mit meinem Brenner bis ganz nach unten komme.
Und dann fülle ich Lage für Lage dieses V wieder auf.
Und je dicker das Blech ist, desto mehr Lagen benötige ich natürlich auch.
Es kann bis zu mehreren hundert Lagen sein, die ich für eine bestimmte Blechdicke auffüllen muss.
Und das natürlich komplett immer einmal um das Rot drum herum.
Lage für Lage fülle ich diese Schweißnaht auf.
Das kann man natürlich mit dem Laserstrahl um einiges schneller machen.
Wenn ich es tatsächlich schaffe, alle Parameter zu kontrollieren,
in allen Lagen, in denen ich mich befinde, eine vernünftige Schweißnaht herzustellen, spare ich den Faktor Zeit.
Dann spare ich natürlich auch den Faktor Zusatzwerkstoff, weil ich nur eine sehr schmale und tiefe Naht habe,
mit einem Aspektverhältnis, was sehr günstig ist dafür.
Und ich spare auch an dem Schutzgas, was ich dafür benötige, weil ich natürlich nur eine Lage schweißen muss
und das Schutzgas nur für einmal um das Rot drum herum schweißen benötige
und nicht für 50, 60, 70 Lagen jedes Mal ein neues Schutzgas aufbringen muss.
Also die Vorteile, die Ressourcen, die Zeit, die ich benötige, das ist das, was für das Laserstrahl-Schweißverfahren an sich spricht.
Die Nachteile, wie gesagt, die ungünstige Beeinflussung.
Und das ist das, was mit den Klassifikationsgesellschaften, mit der Normung usw. noch wirklich besprochen werden muss.
Stefan, das sind wirklich eine ganze Menge Vorteile, die du da genannt hast.
Und ich bin auch totaler Fan vom Laserschweißen.
Also du rennst bei mir offene Türen ein.
Aber ich glaube, Sven ist auch ein Fan vom Laserschweißen, sonst würde er hier nicht sitzen.
Ich habe keine Wahl, du hast mich gezwungen.
Nein, right to the job. Ganz ehrlich, ich bin da ziemlich emotionslos.
Also wenn der Laser besser funktioniert als der Lichtbogen, dann nehmen wir den Laser.
Und wenn der Lichtbogen besser funktioniert, nehmen wir den Lichtbogen.
Und wenn beides zusammen besser funktioniert, dann nehmen wir beides zusammen.
Hauptsache, es hängt alles am Roboter. Das ist das, was mir wichtig ist.
Ja, ich bin Team Laser. Aber der Kunde will das Loch und nicht den Bohrer.
Aber apropos der Kunde, wer ist überhaupt der Kunde vom ganzen Dickblechschweißen?
Vielleicht nochmal als abschließende Frage, wer macht das denn alles?
Also wo braucht man denn überall das Fügen von dicken Blechen?
Also ich bin auch definitiv im Team Laser.
Laserstrahlschweißen ist ein super interessantes Verfahren an sich.
Der Laserstrahl als Tool ist super interessant.
Die Kunden, die Kunden von dem Laserstrahlschweißen, wer setzt das Ganze schon ein?
Das ist zum Beispiel die Schiffbauindustrie.
In der Schiffbauindustrie kann man die Parameter, kann man auch die Position des Lasers relativ gut festlegen.
Man kann die Kilometer-Schweißen, die man machen muss, um die einzelnen Sektionen zu schweißen.
Alles das kann man gut berechnen. Wärmeeintrag und so weiter.
Das funktioniert wirklich gut.
Und ein Kunde, wenn man das so nennen möchte, vom Laserstrahlschweißen, vom Laserstrahlhybridschweißen,
ist zum Beispiel die Meyerwerft in Papenburg.
Die setzen das hybride Verfahren insbesondere dort standardmäßig schon seit Längerem ein.
Dann gibt es in Turku eine Werft, die auch Laserstrahlschweißen einsetzt.
In Asien gibt es definitiv jede Menge von, jede Menge Firmen, die das Laserstrahlschweißverfahren einsetzen.
Allerdings ist dort die Informationsweitergabe relativ schwierig.
Das heißt, ich weiß nicht ganz genau, wer dort alles tatsächlich mit dem Laserstrahlschweißen einsetzt.
Die Leute, die es gerne einsetzen möchten, wo es sicher interessant ist,
das wäre zum Beispiel die Windkraft, der Kraftwerksbau und das, was wir jetzt gerade schon sehr ausführlich behandelt hatten, die Rohrleitungsindustrie.
Von daher ist es Potenzial da und man kann es nutzen.
Und man muss noch ein bisschen mehr Forschung investieren und man muss insbesondere mit der Industrie zusammen kooperieren
und die Klassifikationsgesellschaften da in diesen Prozess mit einbeziehen.
Und dann kommt auch ein Prozess raus, ein Verfahren raus, das sich industriell anwenden lässt.
Danke für deine Zeit, Stefan.
Sehr gerne. Danke für die Einladung.
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