ReVeBa – Rechnergestützte Verzugsminimierung beim Laserstrahlschweißen komplexer Bauteilstrukturen

Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht in der Erarbeitung und Überprüfung einer Methode zur effizienten Identifikation von verzugsoptimierten Fertigungsparametern beim Laserstrahlschweißen an komplexen Bauteilstrukturen.

Motivation

Bauteilverzüge stellen eine Herausforderung für die Einhaltung der Maßhaltigkeit dar. Mit zunehmender Komplexität einer Fügeaufgabe steigt die Anzahl der Schweißmöglichkeiten. Die Identifikation von verzugsoptimierten Fertigungsparametern ist bei einer konventionellen Vorgehensweise mit einem hohen experimentellen Aufwand verbunden. Rechnergestützte Methoden können bei der Auswahl dieser Parameter unterstützen.

Zielsetzung

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein neues, methodisches, allgemeingültiges und effizientes Vorgehen zur Bestimmung von verzugsoptimierten Fertigungsparametern für das Laserstrahlschweißen von komplexen Bauteilgeometrien zu erarbeiten und am Beispiel eines Demonstrators hinsichtlich der erzielbaren Genauigkeit zu überprüfen. Fernerhin soll gezeigt werden, wie das komplexe Vorgehen innerhalb einzelner Schritte (z. B. Schweißnahtkontur-Erfassung, Modellaufbau, Wärmequellenkalibrierung und Ermittlung der verzugsoptimierten Fertigungsparameter) automatisiert werden kann. Diese Automatisierung der Methode soll den Umgang mit großen Datenmengen ermöglichen und zu einer einfachen und vor allem effizienten Anwendung führen.

Vorgehen

Um mithilfe von Schweißsimulationen die geeigneten Fertigungsparameter zu bestimmen, sollen komplexe Bauteilgeometrien in Teilbereiche gegliedert und der Verzug sowie die Eigenspannungen dieser Teilbereiche mit automatisch kalibrierten, numerischen Modellen im Rahmen von simulationsgestützten Versuchsplänen analysiert werden. Die Reduktion des zeitlichen Aufwands für die Vorhersage der Bauteilverzüge soll über den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI), d. h. über den Einsatz von Künstlichen Neuronalen Netzen (KNN) erreicht werden. Daran anknüpfend sollen genetische Algorithmen (GA) dazu dienen, die verzugsoptimierten Fertigungsparameter aus den Versuchsplänen zu ermitteln.

Ergebnisse

Basierend auf bisherigen Arbeiten am Institut zur Kalibrierung von Temperaturfeldern beim Schweißen wurde ein allgmeingültiger Ansatz zur automatisierten Wärmequellenkalibrierung am Beispiel von Stumpf- und Kehlnähten erarbeitet. Darüber hinaus konnte an einer exemplarischen Geometrie mit mehreren Schweißnähten dargestellt werden, wie sich die numerische Simulation mit einem genetischen Algorithmus zur Findung von verzugsoptimierten Fertigungsparametern koppeln lässt. Des Weiteren wurde eine Methode erabeitet, mit welcher wiederkehrende Berechnungen aus bereits durchgeführten Teilsimulationen effizient verwertet werden können.

 

Danksagung

Die vorliegenden Ergebnisse entstehen im Rahmen des Forschungsvorhabens ReVeBa („Rechnergestützte Verzugsminimierung beim Laserstrahlschweißen komplexer Bauteilstrukturen“). Das iwb dankt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die finanzielle Förderung der Arbeiten. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.