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Nicht klotzen sondern kleckern Digitale Vermessung von Schweißnähten spart extrem viel Stahl

Quelle: Fraunhofer IWM 3 min Lesedauer

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Fraunhofer IWM

Im vom BMWE geförderten Verbundprojekt „ORka3D“ hat man etwas entwickelt, das per 3D-Scan und künstlicher Intelligenz die echte Geometrie von einzelnen Schweißnähten erfassen und individuell bewerten kann ...

Wenn es darum geht, dass eine Schweißverbindung möglichst lange hält, dann wurde das bisher über sogenannte Kerbfallklassen pauschal beurteilt. Doch damit nahm man meist eine Überdimensionierung in Kauf. Forscher haben sich deshalb daran gemacht, das zu ändern ...(Bild: KI-generiert)
Wenn es darum geht, dass eine Schweißverbindung möglichst lange hält, dann wurde das bisher über sogenannte Kerbfallklassen pauschal beurteilt. Doch damit nahm man meist eine Überdimensionierung in Kauf. Forscher haben sich deshalb daran gemacht, das zu ändern ...
(Bild: KI-generiert)

Jede Schweißnaht ist ein Unikat und besitzt am Übergang zum Grundwerkstoff eine geometrische Kerbe, von der aus die meisten Ermüdungsrisse ausgehen. Weil diese Kerbe je nach Schweißverfahren, Brennerführung und selbst aufgrund der Tagesform des Schweißers individuell ausfällt, behelfen sich Regelwerke bisher mit einem pauschalen Sicherheitsabschlag – sie unterstellen grundsätzlich die ungünstigste zulässige Geometrie, um sicherzugehen. Die tatsächliche – oft deutlich bessere – Qualität der gefertigten Naht bleibt aber außen vor. Die Folge ist, dass mehr Schweißmaterial als nötig verbraucht. Das zu ändern, ist laut Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM), bringt aber enormes Potenzial für Ressourceneinsparungen in Sachen Stahl. Das oben genannte Projekt nennt sich ausgeschrieben „Optimierung des Ressourceneinsatzes bei Schweißkonstruktionen durch die automatisierte in-line Lebensdauerbewertung auf Basis von 3D-Scans“. Unter der Federführung des IWM wurde dabei ein Verfahren aus der Taufe gehoben, das die reale Schweißnaht-Oberfläche scannt und aus den Daten dann automatisiert eine bauteilspezifische und objektive Lebensdauerprognose der Schweißverbindung ableiten kann, wie es heißt. Damit könne die pauschale Beurteilung über die Kerbfallklassen (FAT-Klassen) sinnvoll ergänzt werden.

So funktioniert die neue KI-Schweißnahtbeurteilung in der Praxis

Ein 3D-Scanner erfasst dabei, wie schon erwähnt, die Nahtoberfläche mit einem Bildpunktabstand von bis zu fünf Mikrometern. Ein Algorithmus extrahiert daraus automatisiert zentrale Geometrieparameter – insbesondere den bisher normativ vernachlässigten Nahtübergangsradius, wie die Forscher erklären. Ein künstliches neuronales Netz leitet daraus die individuelle Kerbformzahl und eine bauteilspezifische Lebensdauerprognose ab, statt die pauschalen FAT-Klassen zu bemühen. Validiert wurde das Verfahren, wie betont wird, bereits an rund 400 Prüfkörpern sowie an Realstrukturen wie Rohrknoten und Kranauslegern. Mit der datenbasierten Bewertung der Ermüdungsfestigkeit könnte so schließlich die Kerbfallklasse von FAT90 auf bis zu FAT140 angehoben werden, was einer Verringerung der sonst üblichen Blechdicke von bis zu 40 Prozent und eine Halbierung der Schweißzeit entspricht – das bei gleichbleibender struktureller Sicherheit, weil der Nachweis auf individuellen Messdaten statt auf pauschalen Sicherheitsabschlägen beruht.

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