Mit CAD-Software Schweißprozesse optimieren

Mit CAD-Software Schweißprozesse optimieren

Mit moderner Technik möglichst energieeffizient zu schweißen, ist eine Sache. Eine andere Sache ist, die Prozesse so zu optimieren, dass bestmögliche Ergebnisse erzielt werden. Doch das Schweißen spielt in der Konstruktion oft nur eine Nebenrolle. Der Schweißer erfährt mündlich oder durch eine Zeichnung, welche Anforderungen erfüllt sein sollen.

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Mit CAD-Software Schweißprozesse optimieren

Manchmal verlässt sich der Chef auch einfach auf das fachliche Knowhow des Schweißers. Dabei bietet CAD-Software diverse Funktionen, um Schweißnähte zu formen und zu protokollieren.

Dadurch wird es möglich, eine optimale Ausführung vorzubereiten und gleichzeitig das Qualitätsmanagement zu vereinfachen.

Gezielte Wärmeeinbringung in modernen Werkstoffen

Der Wandel am Markt stellt Unternehmen, die geschweißte Baugruppen herstellen, vor neue Herausforderungen. Wer auch in Zukunft erfolgreich agieren will, muss Lösungen finden, um zum Beispiel dem Fachkräftemangel zu begegnen und energieeffizient zu produzieren.

Ein erster Schritt in diese Richtung ist, effiziente Schweißverfahren einzusetzen, um ressourcenschonende Konstruktionen zu realisieren.

Es geht darum, eine ausreichende Aufschmelztiefe im Grundwerkstoff zu erzielen und dabei die eingebrachte Wärme auf das notwendige Minimum zu reduzieren.

Allerdings ist der Einbrand bei vielen Schweißverfahren und alten Geräten deutlich höher als notwendig. Dadurch wird nicht nur Energie verschwendet. Vielmehr beeinflusst die zu hohe Wärme auch die Qualität der Schweißnaht und kann zur Folge haben, dass größere Verformungen oder Spannungen im Bauteil auftreten.

Gerade moderne Werkstoffe machen es notwendig, dass die Wärme gezielt eingebracht wird. Sowohl die Temperaturen beim Vorwärmen und Zwischenlagern als auch die Geschwindigkeiten beim Abkühlen müssen präzise eingehalten werden.

Damit die Wärme besser verteilt wird und ein gleichmäßiges thermisches Feld entsteht, ist es erforderlich, die Schweißfolge festzulegen. Auch die Richtung beim Schweißen spielt eine wesentliche Rolle.

Um eine bestmögliche Wärmeverteilung zu erreichen, werden lange Schweißnähte in Abschnitte aufgeteilt und in einer bestimmten Reihenfolge gesetzt. Eine Möglichkeit dabei ist beispielsweise der sogenannte Pilgerschritt.

Auf diese Weise lassen sich Schrumpfungen, die durch Temperaturdifferenzen entstehen, deutlich reduzieren. Wenn das Schweißgut erstarrt und abkühlt, treten die Schrumpfungen auf und können ungewollte Verformungen verursachen.

In einigen Unternehmen gibt es Abteilungen, die nichts anderes machen, als solche Verformungen wieder zu richten. Dafür werden die Bauteile mit hydraulischen Pressen bearbeitet oder es erfolgt ein spannungsarmes Glühen, dass die Spannung zur Entlastung der Naht über die Wärme ableiten soll.

Mitunter wird auch der Versuch unternommen, Schrumpfungen und Verformungen erst gar nicht entstehen zu lassen. Doch das kann zu so hohen Eigenspannungen in den Bauteilen führen, dass sich ohne weitere Belastung Risse in Form von Sprödbrüchen, Ermüdungsbrüchen oder Spannungsrisskorrosion bilden.

Eine intelligente Lösung macht es möglich, sich die Schrumpfkräfte und den erwarteten Verzug zunutze zu machen. Weil sie als Längs-, Quer- und Winkelschrumpfung in drei Richtungen wirken, ergibt sich ein dreidimensionales Eigenspannungsbild.

Ist ein Verständnis davon vorhanden, kann der Schweißer vor dem Fügen durch Verformung im elastischen Bereich entgegengesetzte Eigenspannungen in das Bauteil einbringen. Die Schrumpfung hebt die eingebrachten Spannungen dann auf und das Bauteil entspannt sich.

Relevante Informationen im analogen Schweißfolgeplan

Damit die notwendigen Informationen für die schweißtechnische Fertigung bereitstehen, erstellen die Betriebe einen Schweißfolgeplan. Er hält fest, wann welche Nähte in welcher Form und in welcher Richtung geschweißt werden und wie sich die einzelnen Schweißnähte über das Bauteil verteilen.

Dabei besteht der Schweißfolgeplan entweder aus einem Fließtext oder aus Zeichnungen, in denen die Schweißnähte nummeriert sind.

Allerdings muss das, was dem Ersteller des Plans klar ist, für den Schweißer nicht zwangsläufig auch verständlich sein. Oft braucht er zusätzliche Angaben, damit er das gewünschte Ergebnis erzielen kann, ohne dass Nacharbeiten notwendig werden. Die fehlenden Informationen werden dann gerne im Gespräch mitgeteilt.

Effizient ist diese Vorgehensweise aber nicht, denn letztlich reicht ein Mitarbeiterwechsel aus und schon sind die Arbeitsabläufe nicht mehr nachvollziehbar.

Hinzu kommt, dass so mancher Ersteller dazu neigt, den Schweißfolgeplan noch knapper zu halten, weil er davon ausgeht, dass der Schweißer schon wissen wird, was zu tun ist.

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Bei der Dokumentation können ebenfalls Lücken entstehen. Denn die ausgeführte Schweißnaht wird meist nicht digital protokolliert, wodurch auch nicht vorhersehbar ist, welche Auswirkungen sich auf die Folgeprozesse ergeben.

Anstelle einer fundierten Ausführung der Schweißnähte bleibt so vieles der fachlichen Erfahrung des Schweißers und ein Stück weit dem Zufall überlassen. Dabei könnte eine Software optimale Lösungen liefern.

Mit CAD-Software modellierte Schweißnähte

Viele Unternehmen wissen nicht, wie umfangreich die Möglichkeiten sind, die CAD-Systeme für das Schweißen schon zur Verfügung stellen. So ist es möglich, alle Informationen über Schweißnähte digital zu erfassen.

Es gibt CAD-Software, die durch ein Schweißmodul mit Vorlagen für Baugruppen erlaubt, Schweißnähte dreidimensional zu modellieren. In zweidimensionalen Zeichnungen dokumentieren Symbole die Schweißnähte.

Ein Generator sorgt dafür, dass Schweißnähte schnell und übersichtlich vorbereitet und bei Bedarf angepasst werden können.

Schweißnähte sollten nicht nur in 2D-Zeichnungen abgebildet, sondern auch in 3D-Konstruktionen berücksichtigt werden. Eine virtuelle Komponente im 3D-Modell mit dem geschätzten Gewicht der Schweißnähte sorgt dafür, dass die Masse der Hauptbaugruppe stimmt.

Noch besser ist aber, die Nähte in einer Schweißbaugruppe ins 3D-Modell zu integrieren. Dadurch kann der gesamte Prozess ab der Vorbereitung über das Schweißen bis zur Nachbearbeitung dargestellt werden.

Die Schweißnaht kann über einen 3D-Scan gemessen und digital dokumentiert werden. Dabei erfolgt ein Abgleich der Punktewolke des Scans mit der Soll-Vorlage der CAD-Software. Dieses System ist wesentlich präziser als eine manuelle Messung und kommt ohne Fachkräfte aus.

Weniger Ressourcen und bessere Qualität

Eine CAD-Software hilft dabei, Zeit zu sparen, die Produktionskosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern. Auch anderen Abteilungen kommt das digitale Werkzeug zugute. Wenn die Schweißnähte kein Nacharbeiten mehr notwendig machen, entfällt das Richten.

Die Spritzerbildung und die daraus resultierenden Reinigungsarbeiten können ebenso reduziert werden wie der Verzug.

In den einzelnen Herstellungsphasen lassen sich die negativen Auswirkungen der Fertigung auf die Eigenschaften des Bauteils minimieren. Das Einhalten der festgelegten Schweißfolge stellt sicher, dass die Anforderungen innerhalb der Toleranzgrenzen erfüllt werden und die Eigenspannung im Bauteil gering bleibt.

Ein weiterer Pluspunkt ist, dass die CAD-Software eine abteilungsübergreifende Zusammenarbeit ermöglicht. Ingenieure und technische Zeichner, die für die Konstruktion zuständig sind, sind meist keine Schweißexperten.

Doch gerade bei umfangreichen Schweißarbeiten oder sicherheitsrelevanten Schweißbaugruppen kann es notwendig sein, die Lage und die Reihenfolge der Schweißnähte mit Experten abzustimmen.

Eine CAD-Software kann zu einer interaktiven Plattform werden, die alle beteiligten Experten zusammenbringt und ihnen Zugriff auf sämtliche relevanten Informationen ermöglicht.

Den Schweißfolgeplan mit einer Software darzustellen, wäre ebenfalls eine große Erleichterung. Die Schweißfolge kann digital einfach und nachvollziehbar abgebildet werden.

Ein Tool kann die hinterlegte Anweisung für den Schweißer für jede einzelne Schweißnaht beinhalten und per Klick abgerufen werden. Damit lassen sich Schweißfolgepläne schneller erstellen und eine aufwändige Einweisung des Schweißers wird überflüssig. Gleichzeitig werden vordefinierte Ziele reproduzierbar und die Fehlerquote sinkt.

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Rudolf Bozart, - Schweißfachingenieur, Gerd Meinken - Schweißwerkmeister, Thorsten Kamps, Schweißer, Coautor und Buchautor und Christian Gülcan Unternehmer und Betreiber der Webseite, 2 Jahre Vertrieb von Dienstleistungen in Mechanik- und Mettallbearbeitung, schreiben hier alles Wissenswerte zu Schweißtechniken und Schweißverfahren, geben Tipps und Anleitungen zu Berufen, Schweißgeräten, Materialkunde und Weiterbildung.

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