Ableitung von Kennzahlen für die Prozessqualität und Prozesskenngrößen abhängige Regelung beim Laser-MSG-Hybridschweißverfahren
Peng Sha
Die von [99Ogu] für den MSG (Metallschutzgas)-Schweißprozess abgeleiteten Indizes SSI, ASI und PR wurden im CO2-Laser-MSG-Hybridschweißprozess verwendet. Die Indizes sind statistische Werte, welche aus der Spannung und dem Strom des Lichtbogens abgeleitet werden. Sie dienen als Indikatoren für den Lichtbogenzustand. Die Indikatoren repräsentieren somit auch die Prozessqualität. Wegen der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Lichtbogen korreliert die Veränderung dieser Indizes mit der Veränderung der Laserleistung.
Prozessabstand und Schweißrichtung beeinflussen den Einflusswirkungsgrad der Laserleistung auf die Indizes. Der Index SSI wurde bei 3 mm Prozessabstand und vorlaufendem MSG-Brenner für die Prozessregelung gewählt, da bei diesem Prozessabstand und Schweißrichtung der SSI am sensibelsten auf eine Veränderung der Laserleistung reagiert.
Ein Regelkreis wurde mit PID-Regler aufgebaut. Eine Dauer von 100 ms ist optimal für den Regelkreis geeignet. Die Abweichung zwischen Istwert und Sollwert des SSI bestimmt via PID-Regler die aktuelle Laserleistung. Diese durch die Regelung vorgegebene Laserleistung beeinflusst den Lichtbogen.
Eine geregelte Laserleistung hat die folgenden Vorteile: weniger Kurzschlüsse, weniger Stromunterbrechungen, sowie einen stabilen Spannungs-, und Stromverlauf.
Die Regelung ist robust bei Veränderung der Schweißgeschwindigkeit, sie kompensiert die Abweichungen der Streckenenergie und begünstigt eine Verringerung der Plasmafackel. Auch bei Veränderung des He-Anteils des Schutzgases innerhalb eines bestimmten Bereichs ist die Regelung robust. Durch die auf Grund der Regelung reduzierte Laserleistung verringert sich die laserinduzierte Plasmafackel. Die Regelung zeigt bei abrupten und graduellen Veränderungen der Spaltbreite mit Stumpfstoßverbindung nur in einem bestimmten Bereich robuste Eigenschaften.
Die Grenzen der Funktionsbereiche der Regelung sind immer abhängig vom verwendeten Sollwert. Jeder Sollwert entspricht einer gewünschten Laserleistung. Die Bestimmung des Sollwerts variiert abhängig von der Schweißaufgabe, wie zum Beispiel von der zu schweißenden Blechdicke, und muss vorher definiert werden.
