Zehn Jahre Laserschweißen im Schiffbau ‑ Ein Erfahrungsbericht

SCHIFFBAU & SCHIFFSTECHNIK | SCHWEISSTECHNIK Zur Produktpalette der Hamburger Werft Blohm+Voss gehören insbesondere Marineschiffe und Megayachten Zehn Jahre Laserschweißen im Schiffbau – Ein Erfahrungsbericht BLOHM+VOSS Seit einem Jahrzehnt nutzt die auf den Bau von Marineschiffen und Megayachten spezialisierte Hamburger Werft Blohm+Voss die Lasertechnik in der Neubau- fertigung und hat damit positive Erfahrungen sammeln können Jens Keil F ür die stahlschiffbau- der Längsfestigkeit) werden Trend zur Leichtbauweise auch malgröße eines längs- und liche Vorfertigung der im Laser-Bearbeitungszentrum im Stahlschiffbau vor. So wer- querausgesteiften Plattenfeldes Schiffsinnenstruktur der Vorfertigung produziert. Im den vornehmlich Profile und beträgt 12 m x 4 m. wird auf der Hamburger Werft nachfolgenden soll über die Er- Bleche geringer Materialdicken Blohm+Voss GmbH seit 2001 fahrungen bei der Einführung verwendet, die auf thermische Anlagenkonzept [5] das Laserstrahlschweißen und und Weiterentwicklung der An- Einflüsse außerordentlich emp- Der Aufbau der Laseranlage -schneiden erfolgreich in ei- lage berichtet werden. findlich reagieren. Typische (Abb. 3) umfasst eine Ver- ner Fertigungslinie eingesetzt. Blechdicken liegen beispiels- bindung aus fliegender Op- Die Anfänge gehen zurück Produktpalette weise bei der Korvette K130 für tik (Portal) und beweglichem bis auf das Jahr 1997, so dass Die Werft Blohm+Voss GmbH die Aufbauten und Masthäuser Werkstückträger (Palette). Die Blohm+Voss mittlerweile auf in Hamburg hat sich auf die im Bereich von 3-4 mm. Kon- Laserstrahlquellen stehen orts- gut zehn Jahre Erfahrung in Herstellung von High-Tech- ventionelle Schweißverfahren fest. Der Rohstrahl wird über der Lasertechnik zurückblickt. Schiffen spezialisiert, dazu zäh- stoßen hier hinsichtlich des Spiegelsysteme zu Manipula- Die charakteristischen Vorteile len Fregatten, Korvetten und Verzuges der Bauteile an ihre toren gelenkt und an deren der Lasertechnologie wie hohe Mega-Yachten. Neben dem technischen und wirtschaftli- Schnittstellen mit speziellen Bearbeitungsgeschwindigkei- hohen Ausrüstungsgrad dieser chen Grenzen. Optiken auf das Bauteil fokus- ten, geringer Verzug, präzise Schiffe zeigen sich konstruktive In der Vorfertigung werden siert. Vorausgerüstete Schneid- Trenn- und Fügeergebnisse in- Gemeinsamkeiten in erster Linie passgenaue orthogonal ausge- und Schweißpaletten durch- folge hoher Leistungsdichte bei in der Innenstruktur des Stahl- steifter Blechfelder innerhalb fahren auf einem eigens hierfür kleinem Strahldurchmesser, schiffkörpers. Diese besteht aus einer Fertigungslinie herge- entwickelten Transportsystem leisten einen erheblichen Bei- zahlreichen Decks, Längswän- stellt. Die Aussteifung erfolgt die Laserzelle. Durch die Ver- trag zur Produktivitätssteige- den und Querelementen (Abb. durch aufgesetzte Steifen oder wendung von zwei CO2–La- rung. Alle ebenen ausgesteiften 1). Um dem gewichtskritischen Rahmen, die alle mittels La- serquellen mit jeweils 12 kW Blechfelder der Schiffsinnen- Anspruch der Produktpalette sertechnologie verschweißt werden die unterschiedlichen struktur (auch tragende Teile Rechnung zu tragen, hält der werden (Abb. 2). Die Maxi- Applikationen durch die An- 64 Schiff & Hafen | November 2007 | Nr. 11 wendung verschiedener Bear- ten. Aus diesem Grund wurden hen- und Seitenrichtung hat sich Prozessparameter erfolgte mit beitungsoptiken ermöglicht. alle Schweißkanten mittel Laser- als unbedingt erforderlich her- Hilfe einer Hochgeschwindig- Im Einzelnen sind das: schmelzschnittes hergestellt. ausgestellt. keitskamera. Hierbei zeigte die Oberflächenbearbei- Das Schneidgas besteht aus sich, dass der Schweißprozess tung, die den Abtrag des Pri- Stickstoff, da Reaktionen des Laserstrahlschweißen von I- so spritzerarm wie möglich mers mit einem Linienfokus Werkstoffes mit Sauerstoff Nähten als Stumpfstoß Zu- gestaltet werden musste, damit und das Markieren von Auf- unerwünscht sind. Im Ver- nächst wurden I-Nähte durch keine Fehlpositionierungen des setzspuren und –zeichen gleich zu anderen thermischen Laserschweißen mit Kalt- Nahtfolgesensoren zu Binde- beinhaltet, Schneidverfahren entsteht eine drahtzufuhr hergestellt. Hier- fehlern führte. das Hochdruck-Laserstrahl- sehr schmale, nahezu parallele, bei wurde ein drahtförmiger schmelzschneiden (oxid- oxidfreie Schnittkante. Schweißzusatzwerkstoff direkt Anforderungen an die Kon- frei) bei allen Blechzu- Die Vorbereitung der Wulst- in das Keyhole zugeführt. Es struktion schnitten, flachprofile geschieht auf einer zeigte sich jedoch, dass das Bei Rahmen und Profilen er- das Laserstrahlschweißen vorgeschalteten automatisier- Prozessfenster sehr klein war setzt der lasergeschweißte T- von I-Nähten als T-Stoß, ten Bearbeitungslinie. Bevor und extreme Bedingungen an Stoß eine Doppelkehlnaht. Die das Laser-Hybridschweißen die Profile mit einem Plas- die Werkstoffe selbst, sowie der Anforderung diese Stöße voll von I-Nähten als Stumpf- maschneidroboter auf Länge Vorbereitung bestanden. Kon- durchzuschweißen erfolgte aus stoß. konfektioniert werden, durch- stante Fügespalte von 0,3 mm Gründen der Prüfbarkeit. laufen sie eine Fräsanlage und mussten auf 12 m Schweiß- Umfangreiche Untersuchungen Oberflächenbearbeitung von eine Strahlstation. nahtlänge eingehalten werden. [1], [2] zum Ermüdungsver- beschichteten Platten Da- Porenbildung im Schweißgut, halten von lasergeschweißten bei brennt ein 20 mm breiter Laserstrahlschweißen von I- verursacht durch einen hohen Stumpfnähten und Quersteifen Linienfokus im Bereich von Nähten als T-Stoß Für den T- Druck in der Dampfkapillare zeigte, dass die Ermüdungsfes- Aufsetzspuren der Versteifungs- Stoß (t = 3 – 12 mm) werden waren unter Kontrolle zu be- tigkeit bei lasergeschweißten elemente – wie Profile oder Schweißnahtlängen von bis zu kommen. Nähten günstiger zu bewerten Stegelemente – über das Blech 12 m realisiert. Der Schweißpro- Im Jahre 2004 wurde für das ist (Abb. 4). hinweg (v=15 m/min) und zeß der Verbindungen der I-Naht Schweißen von I-Nähten als Generell wird eine Beurteilung entfernt die Grundierung. Fer- als T-Stoß geschieht zeitgleich Stumpfstoß dem Laserschwei- der Nahtunregelmäßigkeiten ner markiert der Laser mit stark mit zwei Schweißoptiken im ßen ein MAG-Prozess parallel gemäß der DIN EN ISO 13919-1 reduzierter Leistung Aufsetzli- Simultanschweißprozeß ohne geschaltet; das sogenannte La- „Elektronen- und Laserstrahl- nien und -zeichen. Schweißzusatzwerkstoff. Dabei serhybridschweißen. Hierdurch Schweißverbindungen Leit- wird aus Gründen der Prüfbar- konnte gegenüber dem konven- faden für die Bewertung für CO2-Laserstrahl-Schmelz- keit ein Vollanschluß zwischen tionellen Laserstrahlschweißen Unregelmäßigkeiten“ vorge- schneiden Die sensible Siche- Platte und Stegelement ange- mit Zusatzwerkstoff eine er- nommen. Die Anforderungen rung der Nahtqualität erfordert strebt. Für die Nahtlagekontrolle höhte Prozesssicherheit erlangt an die erforderlichen Bewer- im Vergleich zu konventionellen (Luftspaltmessung) bzw. Positi- werden. Die Überbrückbarkeit tungsgruppen sind abhängig Schweißverfahren einen erhöh- onierung der Bearbeitungsoptik von fertigungsbedingten Fü- von den Bauteilgruppen auszu- ten Aufwand in der Positionier- zeichnet zwei Lichtschnitttsen- gespalten wurde um bis zu 50 wählen. Der Leitfaden enthält und Spanngenauigkeit sowie soren verantwortlich. Insbeson- Prozent verbessert. Die Ermitt- eine Vielzahl unterschiedlicher der Vorbereitung der Fügekan- dere die Überwachung der Hö- lung und Synchronisation der Bewertungsmerkmale für Naht- Schiff & Hafen | November 2007 | Nr. 11 65 SCHIFFBAU & SCHIFFSTECHNIK | SCHWEISSTECHNIK Abb. 1: Stahlschiffsinnenstruktur ungänzen, die jedoch keinen Schiffstypen Schiffbaustähle A Toleranzen beim Besäumen 3. Nahtlagekontrolle und Bezug zur Bauteilbelastung bis D36, die vergleichbar sind der Kanten und erschwert die Luftspaltmessung mittels haben. Einzelne Merkmale der mit einem S235JR bzw. S 355 Einhaltung des notwendigen lichtoptischem Sensor für DIN sollten mit Bezug auf die J2G3.