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PublicationDetektion von Bindefehlern beim DED-Arc( 2024-08)In dem Beitrag wird aufbauend auf Machine-Learning-Modellen, welche bereits zum Überwachen des Schutzgasschweißen erforscht wurden, ein tiefes neuronales Netz (DNN) zum Monitoring beim DED-Arc von Aluminium vorgestellt. Ziel ist die Detektion von Bindefehlern in den aufgebauten Volumina auf Grundlage von in Echtzeit gemessenen Schweißstromquellensignalen. Es werden Merkmalsvariablen durch Vorverarbeitung extrahiert sowie die Korrelation zwischen den Merkmalsvariablen und den Defekten analysiert. Durch den vorgestellten Algorithmus werden diese automatisiert als Input an ein DNN übergeben. Das entwickelte und trainierte neuronale Netz erkennt anhand signifikanter Merkmale aus den Strom- und Spannungsdaten Bindefehler mit einer Genauigkeit von ca. 90 Prozent.
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PublicationApplication of AI-based welding process monitoring for quality control in pipe production( 2024-07-29)The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing.
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PublicationVerschleißschutz einer Schneckengeometrie durch funktional gradierte Materialien( 2024-06)
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PublicationAI-based welding process monitoring for quality control in large-diameter pipe manufacturing( 2024-04-25)The paper presents the experimental results into the development of a multi-channel system for monitoring and quality assurance of the multi-wire submerged arc welding (SAW) process for the manufacture of large diameter pipes. Process signals such as welding current, arc voltage and the acoustic signal emitted from the weld zone are recorded and processed to provide information on the stability of the welding process. It was shown by the experiments that the acoustic pattern of the SAW process in a frequency range between 30 Hz and 2.5 kHz contains the most diagnostic information. In the spectrogram of the acoustic signal, which represents the time course of the frequency spectrum of the welding process, the formation of weld irregularities such as undercuts could be reliably identified. The on-line quality assessment of the weld seam produced is carried out in combination with methods of artificial intelligence (AI). From the results obtained, it can be concluded that the use of the latest concepts in welding and automation technology, combined with the high potential of AI, can achieve a new level of quality assurance in pipe manufacturing.
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PublicationKI zur Prozessüberwachung im Unterpulverschweißen( 2024-01-15)Beim Unterpulverschweißen sind die Prozessgeräusche ein Indikator für eine gute Fügequalität. Diese Beurteilung kann i.d.R. nur von einer erfahrenen Fachkraft durchgeführt werden. Eine kürzlich entwickelte künstliche Intelligenz kann automatisch das akustische Prozesssignal anhand vortrainierter Merkmale klassifizieren und die Fügequalität anhand des Geräuschs beurteilen. Der Algorithmus, einmal richtig trainiert, kann den Prüfaufwand beim Unterpulverschweißen deutlich reduzieren.
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PublicationExpulsion prevention in resistance spot welding of dissimilar joints with ultra-high strength steel: An analysis of the mechanism and effect of preheating current( 2024)The widespread adoption of ultra-high strength steels, due to their high bulk resistivity, intensifies expulsion issues in resistance spot welding (RSW), deteriorating both the spot weld and surface quality. This study presents a novel approach to prevent expulsion by employing a preheating current. Through characteristic analysis of joint formation under critical welding current, the importance of plastic material encapsulation around the weld nugget (plastic shell) at high temperatures in preventing expulsion is highlighted. To evaluate the effect of preheating on the plastic shell and understand its mechanism in expulsion prevention, a two-dimensional welding simulation model for dissimilar ultra-high strength steel joints was established. The results showed that optimal preheating enhances the thickness of the plastic shell, improving its ability to encapsulate the weld nugget during the primary welding phase, thereby diminishing expulsion risks. Experimental validation confirmed that by employing the optimal preheating current, the maximum nugget diameter was enhanced to 9.42 mm, marking an increase of 13.4 % and extending the weldable current range by 27.5 %. Under quasi-static cross-tensile loading, joints with preheating demonstrated a 7.9 % enhancement in maximum load-bearing capacity compared to joints without preheating, showing a reproducible and complete pull-out failure mode within the heat-affected zone. This study offers a prevention method based on underlying mechanisms, providing a new perspective for future research on welding parameter optimization with the aim of expulsion prevention.
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PublicationKombination des Laserhybridschweißens und UP-Engspaltschweißens für dickwandige Bauteile zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit( 2024)Dieser Beitrag befasst sich mit der Entwicklung eines wirtschaftlichen und robusten Verfahrens zum Schweißen dicker Stahlbleche. Es werden Ergebnisse für das Fügen von Blechen im Dickenbereich von 25 mm bis 80 mm vorgestellt. Die 30 mm dicken Schweißnähte konnten im Stumpfstoß in zwei Durchgängen unter Verwendung des Laserhybridschweißens und des Unterpulverschweißens (UP) geschweißt werden. Das Laserhybridschweißen wird als Einschweißung mit einer Tiefe von ca. 25 mm ausgeführt. Die UP-Lagen werden auf der gegenüberliegenden Seite des Blechs aufgebracht. Bei richtiger Wahl der Schweißparameter wird der Nahtquerschnitt durch eine sichere Überlappung beider Lagen geschlossen. Bei Blechdicken über 30 mm ist eine Kantenvorbereitung erforderlich, die eine Ausführung der UP-Fülllagen in Engspalttechnik ermöglicht. Die Vorteile der vorgeschlagenen Prozesskombination liegen darin, dass die Nahtwurzel der Laserhybridnaht nicht geformt werden muss. Defekte in der Wurzel der Laserhybrideinschweißung können durch die UP-Lagen effektiv beseitigt werden. Das Verfahren bietet eine hohe Stabilität des Schweißprozes-ses in Bezug auf die Qualität der Blechkanten. Plasmageschnittene Kanten konnten ohne Bindefehler geschweißt werden. Die erreichte Nahtqualität wurde durch zerstörende und zerstörungsfreie Prüfungen bestätigt.
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PublicationA Comparative Evaluation of Powder Characteristics of Recycled Material from Bronze Grinding Chips for Additive Manufacturing( 2024)In the manufacturing process of ship propellers, large quantities of grinding chips are generated. These grinding chips result from the finishing of the blade surfaces after the primary casting process of the propeller. The aim of this study was to investigate and compare different preparation processes used to produce chip powders with sufficient powder quality for the additive manufacturing process of directed energy deposition. The preparation of the samples was performed through different sieving, milling and re-melting processes. For the characterization of the prepared samples, powder analysis according to relevant industry standards was carried out. It was found that the re-melting processes result in superior powder quality for additive manufacturing in terms of particle size, morphology, and flowability. For some characteristics, the powder exhibits even better properties than those of commercial powders. Furthermore, the powder properties of the milled samples demonstrate a promising potential for use in additive manufacturing.
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PublicationWire Electron Beam Additive Manufacturing von niedriglegierten Zinnbronzen – Erreichbare Bauteileigenschaften und Prozessmerkmale( 2023-12-05)Die Additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen im industriellen Umfeld. Hierbei wird verstärkt auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits aus der Schweißtechnik bekannt sind und sich zumeist durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich unter den drahtbasierten Verfahren der Directed-Energy-Deposition (DED) eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die Technologie Wire Electron Beam Additive Manufacturing (DED-EB) besondere Vorteile gegenüber anderen DED-Prozessen für die Anwendung an Kupfer. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel der Legierung CuSn1MnSi. Über mehrstufige Testschweißungen werden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. An verschiedenen additiv gefertigten Probekörpern werden anschließend Kennwerte für Aufbaurate, Härte, Mikrostruktur, Oberflächenqualität sowie mechanische Festigkeitswerte ermittelt. Es zeigt sich, dass das die durch DED-EB hergestellten Proben, trotz des groben Gefüges sowie der thermischen Belastung im Aufbauprozess, in ihren Eigenschaften gut mit den Spezifikationen des Ausgangsmaterials übereinstimmen.
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PublicationLaser-Pulver-Auftragschweißen von funktional gradierten Materialien auf Cobalt-Chrom Basis( 2023-11)
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