Das Aufsetzen der Schweißpistole mit dem Bolzen im richtigen Winkel auf die Platte erfordert ein hohes Maß an Erfahrung. In einer ersten Messreihe wurden verschiedene Fehler simuliert, um deren akustische Eigenschaften besser zu verstehen. (Bild: Fraunhofer IDMT)
Bei Bauwerken wie Brücken und Tunneln sind Bolzenverbindungen von entscheidender Bedeutung für die Stabilität der Bauwerke. Fehlerhafte Schweißverbindungen können die Sicherheit dieser Bauwerke ernsthaft gefährden. Um die Sicherheit durch fehlerfrei geschweißte Bolzenverbindungen zu erhöhen, wurde jetzt das Forschungsprojekt QualiBolS gestartet. Ziel ist es, ein berührungsloses akustisches Überwachungssystem auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) zu entwickeln, das eine lückenlose Qualitätskontrolle von Schweißnähten gewährleistet.
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Was kann beim Schweißen schiefgehen?
Beim Bau einer Brücke werden Bolzen auf Stahlträger geschweißt und anschließend einbetoniert, um die Kräfte vom Stahl auf den Beton zu übertragen. Ein fehlerhaft geschweißter Bolzen kann fatale Folgen haben. Häufig entstehen zum Beispiel einseitige Schweißwulste durch die Ablenkung des Lichtbogens beim Schweißen, den sogenannten Blaseneffekt. Außerdem können Poren und Risse im Schweißgut entstehen oder Fehler durch starkes Spritzen beim Schweißen.
Wie werden Schweißnähte bisher geprüft?
Bisher wurden solche Bolzenschweißverbindungen nur stichprobenartig und an speziell angefertigten Proben geprüft, nicht aber am eingebauten Bolzen. Die Verbindungsproben müssen einer Biegung von 60 Grad standhalten, ohne dass die Schweißnaht versagt und sich Risse bilden.
Bei der Sichtprüfung besteht die Gefahr, dass nicht alle Fehler vom Personal erkannt werden. Röntgen- und Ultraschallverfahren erfordern zudem teure Messtechnik und liefern aufgrund der Materialstärke und der runden Bolzengeometrie nur eine schlechte Bildqualität. Diese Art der Qualitätsprüfung ist zeit- und ressourcenintensiv und bietet keine hundertprozentige Sicherheit bei der Fehlererkennung.
Wie funktioniert die akustische Überwachung mit KI?
Im Projekt QualiBolS soll nun ein kompakter und leichter Akustikadapter entwickelt werden, der direkt auf die Bolzenschweißpistole montiert wird. In diesem Adapter ist ein kleines chipbasiertes Mikrofon integriert, mit dem die Schweißgeräusche erstmals inline, also während des Schweißprozesses, aufgenommen werden.
- Mit Hilfe der am Fraunhofer IDMT entwickelten und trainierten KI-Algorithmen werden die Geräusche beim Lichtbogenschweißen in Echtzeit analysiert.
- Der Algorithmus klassifiziert die Schweißnähte als "in Ordnung" (i.O.) oder "nicht in Ordnung" (n.i.O.) und erkennt, um welche Unregelmäßigkeit es sich handelt.
- Durch die Einbeziehung von Faktoren wie Schweißstrom und -spannung in die Datenanalyse soll die Erkennungsgenauigkeit auf mindestens 95 Prozent gesteigert werden.
Das Projekt läuft bis Februar 2027 und soll die bisherigen aufwändigen Prüfmethoden für Bolzenschweißverbindungen ersetzen. Dies verspricht nicht nur erhebliche Zeit- und Kosteneinsparungen bei der Qualitätsprüfung, sondern erhöht auch die Sicherheit von Bauwerken.
