SB_21887NLP

Seite 9 des Schlussberichts zu IGF-Vorhaben 21.887 N
Stand Wissenschaft und Technik
Im Folgenden wird ein Überblick über den Stand der Technik und die aktuellen Erkenntnisse und
Probleme, die sich bei der Prozessüberwachung von EBW ergeben, beschrieben.
Das Inline-Monitoring von Schweißprozessen ist seit Jahren Stand der Technik. Bei verschiedenen
Lichtbogenschweißverfahren kann über die elektrischen Ströme und Spannungen ein direkter
Zusammenhang zum Prozess (z. B. Kurzschluss, Tropfenablösung) hergestellt werden [5].
Auch optische Methoden mittels Kameras o.ä. können aufgrund der großen Schweißzone relativ
einfach Auffälligkeiten im Lichtbogen oder in der Schmelze erkennen. [6, 7]. Allerdings ist die
Inline-Prüfung von Strahlschweißprozessen deutlich schwieriger, da die elektrischen Parameter
im Strahlgenerator nur einen indirekten Zusammenhang mit dem Prozess zulassen. Darüber hinaus
sind die resultierenden Schmelzbäder deutlich kleiner und tiefer [8–10], der Energieeintrag
ist viel gezielter [8] und auch die Abkühlraten sind deutlich höher [9, 11–13]. Die Überwachung
eines Strahlschweißprozesses geht daher in der Regel mit der Erfassung von Prozessemissionen
einher, die vom Prozess selbst ausgehen [14]. Darüber hinaus können typische Methoden der
nachgeschalteten zerstörungsfreien Prüfung, wie beispielsweise die Durchstrahlungsprüfung, in
der Regel nicht während eines Schweißprozesses in der Industrie durchgeführt werden [15].
Grundsätzlich emittieren Schweißprozesse verschiedene Emissionen in Form von Schallwellen,
elektromagnetischen Wellen und Partikeln, wobei sowohl die akustischen als auch die elektromagnetischen
Emissionen zur Erkennung von Prozessereignissen genutzt werden können [8, 14,
16]. Darüber hinaus kann die Abbildung der Werkstückoberfläche mittels rückgestreuter Elektronen
(oft als elektronenoptischer Einblick oder ELO-Überwachung bezeichnet) zur Erkennung
oberflächlicher Risse [17] oder anderer Inhomogenitäten genutzt werden. Das Signal einer oft
eingebauten CCD-Kamera kann auch zur Erkennung von Schweißfehlern genutzt werden, z.B.
Risse, obwohl Kontrast und Auflösung solcher Kamerabilder oft schlechter sind als die des elektronenoptischen
Bildes. Darüber hinaus handelt es sich bei diesen Prozessen bis auf die Überwachung
der Anlagenparameter nicht um echte Inline-Prozesse, da zur Erkennung von oberflächlichen
Fehlern ein dem eigentlichen Prozess nachgeschaltetes Abbild der Nahtoberfläche erforderlich
ist. Eine Ausnahme hiervon bildet das sogenannte „ELO-Online“, bei dem der Elektronenstrahl
durch schnelle Strahlablenkung für einige Millisekunden die Schweißnaht verlässt, um ein
Bild der Schweißnaht mit ihrer Umgebung aufzunehmen [18].
Auch wenn der Elektronenstrahl im Vergleich zur Schweißzeit für die Bildgebung nur für einen
sehr kurzen Zeitraum die Schweißnaht verlässt, kann eine Rückwirkung auf den Prozess nicht
ausgeschlossen werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die entstehenden Röntgenstrahlen
zur Prozessüberwachung zu nutzen. Ähnlich wie bei den rückgestreuten Elektronen lassen
sich durch die Auswertung der Strahlungsintensität Rückschlüsse auf die Fokuslage im Prozess
bzw. die Position des Strahls relativ zur Schweißnaht ziehen [19].