Lichtbogenschweißen -Physik und...
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gefördert durch:
ForschungsvereinigungStahlanwendung e.V.
Lichtbogenschweißen -Physik und Werkzeug-
TU Berlin - Füge- und Beschichtungstechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J. Wilden
AntragstellerWirtschaftliche AusgangssituationFabrik der ZukunftForschungsbedarfLösungsansatzRoadmap
Antragsteller
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe FüsselLehrstuhl für Fügetechnik und MontageInstitut für Oberflächen- und FertigungstechnikTechnische Universität Dresden
Prof. Dr.rer.nat. habil. Johannes KruschaFachbereich Informatik-Elektrotechnik- MaschinenbauFachhochschule Lausitz
Prof. Dr.-Ing. Uwe ReisgenInstitut für Schweißtechnik und FügetechnikRWTH Aachen
Prof. Dr. –Ing. Jochen Schein Institut für Plasmatechnik und Mathematik (LPT)Universität der Bundeswehr München
Dr. rer. nat. Dirk UhrlandtLeibniz-Institut für Plasmaforschung undTechnologie e.V. (INP),Greifswald
Prof. Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Weltmann Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP) Greifswald
Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes WildenFachgebiet Füge- und BeschichtungstechnikTechnische Universität Berlin(Sprecher, Koordinator)
Beschäftigungszahlen Gesamtmetall 2008
Betriebe und Beschäftigte nach Branchen 2008
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BeschäftigteBetriebe
Branchen und Marktentwicklung für die Schweißtechnik [Fro 06]
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E-Hand MIG/MAG UP Plasma Arc WIG
20032013
Marktentwicklung für Lichtbogenschweißanlagen [Fro 06]
Marktentwicklung für Lichtbogenschweißanlagen [Fro 06]
Bis 2020 werden Hersteller in der Lage sein, aus einer Idee in einem Bruchteil der heute notwendigen Zeit ein fertiges Endprodukt zu entwickeln. Der Grund: Selbst die komplex- esten Produkte und Fertigungsprozessewerden dann in der virtuellen Welt entworfen und so lange getestet, bis alles perfekt ist.
Anforderungen der Fabrik der Zukunft an die Fügetechnik
Pictures of the Future Siemens AG Szenario 2020
MANUFUTURE Schlüsselthemen
Digitalisierte Verfahren werden hochkomplexe Arbeitsabläufe bestimmen und erleichtern.Im produzierenden Gewerbe hat sich die vollständige Simulation und 3D- Visualisierung aller relevanten Prozessabläufe als ganzheitliches Planungs-, Realisierungs-, Steuerungs- und Optimierungsinstrument durchgesetzt.Sensorik zur Echtzeitsimulation und die erforderlichen Schnittstellen sind verfügbar.Die Produktion kann virtuell durchlebt werden
Zukunftsbild: Digitale Fabrik
Umfassende Simulation unterstützt Verbesserung der WertschöpfungsketteDurchgängige Simulation der Maschine und des Fertigungsprozesses sowie der Fertigungsplanung; Verfahrenskette mit allen Nebenzeiten bis zur Simulation der FabrikEntwicklung optimieren mit virtueller Realität (VR)Höhere Entwicklungsgeschwindigkeit in kmU durch VRIntelligenter Produzieren
VDMA Verlag, 2006/4
Zukunft in der digitalen Fabrik
Kosten, Produktivität, MarktwachstumKostenreduktion um 33%Erhöhung der Schweißanwendungen um 25%
ProzesstechnologieIntegration des Schweißens auf allen Ebenen mit anderenFertigungs- und Konstruktionsprozessen
WerkstofftechnologieEntwicklung neuer Schweißtechnologien im Hinblick auf neue Materialien, so dass entsprechende Fertigungstechnologienverfügbar sind
QualitätswesenSchweißtechnologien sind Teil einer 6 - sigma Umgebung
Energie und UmweltVerringerung des Energiebedarfs um 50%
Welding Technology Roadmap AWS
Strategische Ziele der Schweißindustrie
Integrierte Technologie Roadmap
Integration des Schweißens/Fügens in die Werkstoffentwicklung, Produktentwicklung und Fertigung als Schlüsselfaktor für die Produktqualität
Qualität als strategisches Ziel: - Zero Defect- 6-sigma- prozessbasierte Qualität
(ausreichendes Prozess- und Werkstoffverständnis zur Vorhersage der Eigenschaften unter allen Bedingungen)
Gewinnen und Halten qualifizierter Mitarbeiter
Strategische Ziele der Schweißindustrie
Fügen von LeichtmetallenFügen von MischverbindungenFügen beschichteter hochfester StähleFügen Korrosionsbeständiger LegierungenFügen von Polymer/Komposit
Prozessgrundlagen -> Mikrostruktur-/Eigenschaftskorrelation Schweißdesign und Prozessmanagement ToolsProzess- und StrukturmodelleEchtzeitdiagnostik und adaptive Regelung
Optimierte Robotik und mechanisierte SchweißsystemeReparaturtechnologien
Vision for Welding Industry America
Übergang des Schweißens von einem empirischen zu einem physikalisch basierten Prozess
Welding Technology Roadmap AWS
Trends und Bedarfe der Schweißindustrie
ProzessverständnisPlasmaphysikalische Prozesse im Lichtbogen sowie an Anode und KathodeWirkung der Stoffe im Lichtbogen (Gase, Elemente im Schweißzusatz und im Grundwerkstoff, Methodenentwicklung zur Simulation, Visualisierung und Planung von Lichtbogen-Schweißprozessen
Steuerung des WärmeeintragsEnergiequellen, -transport und -verlusteEnergieeinkopplung: Grundwerkstoff und ElektrodeEnergiedichte und deren zeitliche Verteilung
Prozesssicherheit (-fähigkeit)Reproduzierbarkeit von Lichtbogenprozessen bei realen Bedingungen (Oberflächen,Schweißzusätze, Klimata ...)
RegelkonzepteIdentifikation signifikanter LichtbogensignaleDiagnostik, Mess- und SensorikprinzipienUmsetzung von Regelkonzepten
Vermeidung schädlicher EmissionenReduzierung der Entstehung von Rauchen und Stäuben, UV- und IR-Strahlung und SchallSchutz vor nicht vermeidbaren Emissionen
Neue Anwendungsfelder für das Werkzeug LichtbogenNeue Werkstoffe (auch nichtmetallische, Beschichtungen, ...)Neue kombinierte Methoden wie z. B. Mikrowellenanregung, Flächenplasmen, Oberflächenvorbehandlung, ...
Forschungsbedarf aus Sicht der deutschen Industrie
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F&E-Aufwand
Reife Technologie
Prozessfähigkeit (Zero Defect)Prozessregelung (Sensorlos) EmissionenMetallurgie
Quantensprung?
Anwendung
Experimentelle Analyse
und Verstehen der Prozess-
zusammenhänge ProzessfähigkeitProzessführung
Metallurgie
Diagnostik ModellierungMathematisch- physikalische
Formulierung der Prozess-
zusammenhänge
Umsetzen des
Prozessverständnisses in:
„Zero Defect“ (Prozessfähigkeit)„Sensorlose“ ProzessregelungMetallurgische Effekte
Lichtbogenschweißen -Physik und Werkzeug-
Kopplung von inverser und direkter Modellierung
Prozessverständnis durch Modellierung und Visualisie-
rung der physikalischen ZusammenhängeDiagnostik zur Analyse des
Werkstoffübergangs
Entwicklung und Parametrisierung eines instrumentierten Modelllichtbogens
Plasmadiagnostik und –modellierung am MSG-Lichtbogen
Beeinflussung der Schmelzbaderstarrung
Ereignisorientierte Regelung zur robusten Prozessführung
Strömungstechnische Auslegung von Brennersystemen
Lichtbogenschweißen -Physik und Werkzeug-
Emissionsfreie Produktion
Fertigung individualisierter Produkte
Geringerer Energie-und Ressourcenbedarf bei erhöhter Produktivität
integriertephysikalische Prozess-,
Werkstoff- und Strukturmodelle
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Neue Sensorkonzepteund intelligente lernende Signal-
verarbeitung & Regelung
Hochautomatiserte FügetechnikAutomobilfertigung
Hohe Losgröße
2030
2020
2009Weitgehend manuelles Fügen
Chemie-, Stahl-, etc.. Losgröße Eins
Energierückgewinnung, 100 % Materialverwertung und -kreislauf
Handlingsysteme für eine wandlungsfähige Produktion
Integration in die virtuelleAbbildung des Lebenszyklus
Vollständige Integrationin Produktentstehungs- und
Herstellungsprozesse
Roadmap
05.10.2009