Schiffbau setzt auf Laserverfahren


Laser sollen das Dickblechschweißen im Schiffbau effizienter machen

Wenn Werften schwere Stahlplatten und riesige Kabinenmodule verbinden, kommen immer öfter Laser zum Einsatz. Neue Verfahren sollen das Einsatzspektrum erweitern.

Als die MV Werften vor einige Wochen ihrem Standort Rostock um eine neue Halle erweiterten, stand Lasertechnik ebenso im Mittelpunkt wie in der „Shipyard of the Future“-Initiative der US-Werft Ingalls Shipbuilding oder bei der Modernisierung der französischen STX-Werft, die 2016 mit der „Harmony of the Seas“ das bis dahin größte Kreuzfahrtschiff realisierte. Der 362 Meter lange und 66 Meter breite Koloss bietet Platz für 6.360 Passagiere und 2.100 Besatzungsmitglieder.

Um solche Stahlriesen zu fertigen, setzen Werften auf Laser-Hybrid-Schweißverfahren. Laser bringen gezielt Wärme in herkömmliche Metall-Inertgas-(MIG)-Schweißprozesse ein, damit das eingebrachte Metall durchschmilzt und die Nahtkante komplett ausfüllt. Neben schnelleren Schweißprozessen und geringerer thermischer Bauteilbelastung hat der Tiefschweißprozess einen weiteren wichtigen Vorteil. Wo die riesigen Stahlpaneele bisher gewendet und ein zweites Mal verschweißt wurden, genügt nun einseitiges Schweißen.

Laser fassen Fuß im Schiffbau

MV betreibt in Rostock eine der modernsten Hybrid-Laserschweißanlagen Europas. In hochgradig automatisierten Prozessen fertigt sie bis zu 400 Quadratmeter (25 x 16 m) große Stahlpaneele. Eine Einseitenschweißstation mit Laser-Hybrid-Schweißkopf wird durch eine automatisierte Montagestation ergänzt, die Stahlprofile im Laser-Hybrid-Verfahren mit beidseitigen Kehlnähten verschweißt. Für die Werft ist die automatisierte Dünnblech-Paneel-Linie Teil eines breiten Digitalisierungskonzeptes, das Industrie-4.0-Prozesse im Schiffbau etablieren soll.

Der konzentrierte Energieeintrag per Laser reduziert auch den Verzug und Richtaufwand, zumal die Abkühlphase kaum eine Sekunde dauert. Ein Sankt-Petersburger Forscherteam nennt in einer WLT-Publikation anlässlich der Lasers in Manufacturing (LiM 2017) weitere Vorteile: dreifach gesteigerte Performance, bis zu 40 Prozent weniger Material- und Energieverbrauch und deutlich langlebigeren Schweißnähte. Auch Schweißgeschwindigkeiten, die je nach Materialstärke und Schweißaufgabe zwischen einem und drei Metern pro Minute liegen, sind angesichts der Dimensionen im Schiffbau hoch interessant. Der Lasereinsatz beschleunigt die Arbeiten im Trockendock um bis zu 40 Prozent.

Entsprechend sind Laserverfahren auf dem Vormarsch. Forschungsprojekte wie DOCKLASER (2002 bis 2006) und BESST (Breakthrough in European Ship and Shipbuilding Technologies; 2009 bis 2013) legten einst die Basis. Dabei war die Papenburger Meyer Werft jeweils federführend beteiligt. Heute betreibt sie nach eigenen Angaben das größte Laserzentrum Europas. Sechs 12-kW-Laseranlagen mit CO2-Lasern von Trumpf fertigen dort Module für Kreuzfahrschiffe.

Laser und Plasmaverfahren im Schulterschluss – Forschung schreitet voran

Die Laserschweißanlagen fügen in Werften Stahlbleche, die meist im Plasmaverfahren zugeschnitten werden. Unter Hochspannung entsteht im Lichtbogen fast 30.000 °C heißes Plasma, das auch dicke Bleche umgehend zum Schmelzen bringt. Das flüssige Metall wird dann mit Gas ausgeblasen. Dieser Prozess ist schnell und kosteneffizient, hat aber Nachteile gegenüber dem Laserschneiden. Mangels Fokussierbarkeit sind die Schnitte grober; und der Hitzeeintrag erfordert oft eine Nachbehandlung der Schnittkanten. Darum sind bei dünneren Blechen häufig Laser im Einsatz. Führende Anbieter bieten Plasma- und Laserschneidtechnik an, die sich bestens ergänzen. Geschnitten wird unter anderem mit Hochleistungs-Faserlasern von IPG.

Die Technologieentwicklung geht weiter. Auf der Suche nach Effizienzpotentialen setzen Werften auf Laser. So läuft aktuell das Verbundprojekt DIOMAR - „Dickblechschweißen mittels Höchstleistungs-Diodenlaser für maritime Anwendungen“, in dem das Laser Zentrum Hannover (LZH) und Laserline gemeinsam mit Held Systems und der Meyer Werft einen neuen Laserschweißprozess für bis zu 30 Millimeter dicke Stahlbleche entwickeln. Laserline realisiert hierfür Diodenlaser-Strahlquellen mit 60 kW Höchstleistung im Dauerstrichbetrieb. Diese sollen als Herzstück reiner Laserschweißprozesse dienen, bei denen die zeit- und kostenaufwändige Vorbereitung der Schweißkanten entfällt. In einem anderen Projekt arbeitet das LZH mit Trumpf, Precitec, Scansonic MI und weiteren Partnern an neuen Leichtbaulösungen für Schiffe. Dabei stehen robuste Stahl-Aluminium-Verbindungen im Fokus. Auch Sandwich-Materialien mit Stahlbleche und einem Kern aus Aluminiumschaum sind für Werften hoch interessant. Und sogar die Additive Fertigung von Großstrukturen rückt in den Bereich des Möglichen: Die neue Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT in Hamburg betreibt mit Blick auf den Schiffbau das weltweit größte Laserapplikations-Portalsystem für Bauteile von bis zu 30 Metern Länge.

 
 
 
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