Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Car body welding“

Significant Alloy Elements in Welded Steel Structures of Car Body Structure, safety and exploitation conditions of welding steel in car body depend on many factors. The main role of that conditions is connected with car body material, welding technology, state of stress and temperature. Because of that, a good selection of steel and welding method is very important for proper steel structure. Low alloy steel is used for car body structure, very often with small amount of carbon and the amount of alloy elements such as Ni, Mn, Mo, Cr and V in car body and welded joints. Depending on the kind of steel which is used, a proper welding method and adequate filler materials should be applied. The present paper describes the influence of Mn, Ni, Mo, Cr, V in WMD (Weld Metal Deposit) on the behaviour of steel structure especially for low temperature service.

The goal of this research is to choose the proper method of car body welding. Properties of weld metal deposits depend on many conditions. First of all, this paper attempts to study the role of oxide inclusion sites on the transformation of austenite to acicular ferrite in steel weld metal deposits and their toughness. Safety and exploitation conditions of welded steel structure depend on many factors. The most significant of those factors are connected with materials, welding technology, state of stress and temperature. Because of that a good selection of steel and welding method is crucial to obtain proper steel structure. Car body elements of higher durability are made of low carbon and low alloy steel, very often with small amount of carbon and the amount of alloy elements such as Ni, Mn, Mo, Cr and V in low alloy steel and their welds. In the terms of the kind of steel it is used a proper welding method and adequate filler materials. In the present paper the influence of Mn, Ni, Mo, in WMD on the behaviour of steel structure for low temperature service was tested.

Abstract Spot welding is widely used in car industry to create a cheap and light body and chassis. Engineers tend to use spot-welding in order of reducing the production costs, also lowering the stress intensity which can cause failure and fractures of the body or chassis. Our goal here is to examine spot-welding of a car body with different tests and find out later if there is a possibility of using a different technology that can produce a better seam that can be automated with industrial robots.

Hybrid car bodies fabricated by joining parts made with steel and aluminum alloys are becoming increasingly common. This provides an affordable mean to decrease the car weight by using lighter or more advanced materials only where they can achieve the maximum benefit. This development is driven mainly by recent regulations on carbon dioxide emissions, and hinges on the deployment of effective joining technologies. In most cases, such technologies were not previously used in the car sector, and must be adapted to its requirements. Several dissimilar welding technologies, based on either fusion welding or solid-state welding, are reviewed here, focusing on dissimilar joining among steels and wrought aluminum alloys. These technologies are either presently being introduced in the car industry, or are used in other sectors and could be applied in the car industry in the near future.

Stainless steel railway car bodies are assembled by joining the outer plates and the pillar materials using resistance spot welding. In recent years, more and more car bodies are being assembled using laser welding in addition to the resistance spot welding. For this laser welding system, we developed a condition monitoring system considering the processes before and after laser welding as a single system, and obtained and put into practical use an appropriate condition that suppresses spatter generation during laser welding. On the other hand, in resistance spot welding, the current, weld time, electrode load, and electrode tip shape are the main factors that determine the welding quality. Therefore, the configuration of the equipment is less complicated than that of laser welding system, and the condition monitoring is easier than that of the laser welding. In this study, by transferring the concept of the condition monitoring system developed for laser welding to resistance spot welding, we achieved a reduction of more than 60% in terms of electricity consumption and improved the appearance of the car body by optimizing the indentation shape. In addition to this technical achievement, we also present in this paper a case study showing the opportunity for innovation by restructuring the technological paradigm of the resistance spot welding in the production of stainless steel car body shells.

The project elaborated in frame of engineering studies of the subject M-STG Mechanical Engineering describes elementary methods of joining in the automotive industry. Moreover, it inquires into optimization of laser brazing on the back cover ŠKODA Superb. During the optimization of the process six samples were designed, and the adjustment of the brazing parameters were performed. Consequently, the samples were evaluated by tensile and metallographic tests. Finally, EDS analysis was performed and visual assessment as well.

The research in this report seeks to develop a highly flexible geometry station for joining futureBody-in-White (BiW) assemblies. The goal is to eliminate the need for a complete reconstructionof a production line during integration of new car bodies in a contemporary production.Today's BiW production is performed in sequential lines, where joining equipment is arranged ina specific order for each model geometry. An increasing model portfolio forces manufacturers todevelop production systems that allow an integration of new models. Electrified alternatives ofexisting models are now developed and put into production. These models have similarappearance as conventional models, but with a completely different principle of driveline due tothe propulsion. This means that new interfaces and platforms have to be developed and mustnow be integrated into a current production. Today's production lines are not prepared forcoming changes, and current stations can only handle a limited number of variants. Integration ofnew geometries into a contemporary production line is not sufficiently efficient from aproduction perspective. The goal of the future is to make such an integration possible.Initially, current and future production scenarios were studied. Based on this, four types ofproduction scenarios, which a highly flexible geometry station can be integrated into, were set up.An integration can take place in different ways depending on how a highly flexible geometrystation is compounded, therefore, different cases were created and compared in a case study.Internal and external benchmarking of production systems were made to compare the availablesolutions for increasing stations flexibility in a BiW production.As reference for the project, a concept for a highly flexible geometry station has been developedand is therefore described initially before an additional depth has been realized. The furtherconceptualization of a highly flexible geometry in this report is presented in the form of amorphological composition of technologies that can increase a station's flexibility, as well asvisualization of a station principles through layouts and cycle time charts. The result of theanalysis generated several concepts that hold different degrees of capacity, footprint andflexibility. The focus was to achieve a high level of flexibility for integration of new models, withnew geometries, in a current production. The conclusion was that the highly flexible geometrystation can, in a contemporary production, produce independently in low volumes. Alternatively,produce higher volumes when it is integrated as a complement in a novel, not yet implemented,production concept.
Forskningen i denna rapport syftar till att utveckla en högflexibel geometristation för fogning avkommande Body-in-White-karosser (BiW). Målet är att eliminera behovet av en fullständigrekonstruktion av en produktionslinje under integrering av nya bilar i en samtida produktion.Dagens BiW-produktion sker i sekventiella liner, där fogningsutrustning är arrangerad i enspecifik ordning för respektive modellgeometri. Ett ökande antal modellalternativ drivertillverkare till att utveckla produktionskoncept som möjliggör integration av nya modeller.Elektrificerande alternativ till befintliga modeller utvecklas kontinuerligt. Dessa modeller ärutseendemässigt lika de konventionella modellerna, men med en helt annan princip för drivlina.Det innebär att nya gränssnitt och plattformar har tagits fram och måste nu integreras i ennuvarande produktion. Dagens produktionslinjer är inte förberedda för kommande förändringaroch nuvarande geometristationer kan endast hantera ett begränsat antal karosstyper. Integrationav nya karosstyper i en befintlig produktionslinje är inte är tillräckligt effektivt ur ettproduktionsperspektiv. Framtidens mål är att göra en sådan integration möjlig.Inledningsvis studerades nuvarande- och kommande produktionsscenarion. Utifrån det beskrevsfyra produktionstyper, vilket en högflexibel geometristation kan komma att integreras i. Enintegration kan ske på olika vis beroende på hur en högflexibel geometristation tillämpas, därförjämfördes olika fall av det i en Case-studie. En intern och extern benchmarking avproduktionssystem gjordes för att jämföra de lösningar som finns för att öka flexibiliteten i enBiW-produktion.Som referensunderlag till projektet har ett koncept för en högflexibel geometristation tagits framoch är beskrivet inledningsvis innan en ytterligare fördjupning har realiserats.Konceptualiseringen av en högflexibel geometristation i denna rapport är presenterad i form aven morfologisk sammansättning av teknologier som kan öka en stations flexibilitet, samtvisualisering av en principiell station genom layouter och cykeltidsdiagram. Resultatet av analysengenererade flera koncept som innehar olika grad av kapacitet, fabriksyta och flexibilitet. Fokus varatt uppnå en hög flexibilitetsnivå för integration av nya modeller, med nya geometrier, i ennuvarande produktion. Slutsatsen var att den högflexibla geometristationen kan, i en nutidaproduktion, producera självständigt i låga volymer. Alternativt producera högre volymer då denintegreras som ett komplement till ett ännu inte implementerat nytt produktionskoncept.
Die Forschung in diesem Bericht zielt darauf ab, eine hochflexible Geometrie-Station für das Fügen zukünftiger Rohbau-Baugruppen zu entwickeln. Das Ziel ist es, die Notwendigkeit einer vollständigen Rekonstruktion einer Produktionslinie während der Integration neuer Karosserien in einer modernen Produktion zu beseitigen. Die heutige Rohbau Produktion wird in sequenziellen Linien durchgeführt, wobei die einzelnen Fügeverfahren in einer bestimmten Reihenfolge, angepasst an die jeweilige Modellgeometrie, angeordnet sind. Ein zunehmendes Modellportfolio zwingt die Automobilhersteller zur Entwicklung von Produktionssystemen, die eine Integration neuer Modelle ermöglichen. Elektrifizierte Varianten bestehender Fahrzeugmodelle werden nun entwickelt und in Produktion gebracht. Diese Modelle haben ein ähnliches Erscheinungsbild wie herkömmliche Modelle, jedoch mit einem stark veränderten Antriebskonzept. Dies bedeutet, dass neue Schnittstellen und Plattformen entwickelt wurden und nun in eine aktuelle Produktion integriert werden müssen. Heutige Produktionslinien sind nicht auf kommende Änderungen vorbereitet und können nur eine begrenzte Anzahl von Varianten handhaben. Die Integration neuer Geometrien in eine moderne Produktionslinie ist aus Produktionssicht nicht effizient, aber soll in Zukunft das Ziel sein. Zunächst wurden aktuelle und zukünftige Produktionsszenarien untersucht. Darauf aufbauend wurden vier Arten von Produktionsszenarien erarbeitet, in die eine hochflexible Geometriestation integriert werden kann. Je nach Aufbau der Geostation kann eine Integration auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Daher wurden in einer Fallstudie unterschiedliche Fälle erstellt und verglichen. Ein Benchmarking mit internen und externen Produktionssystemen wurde durchgeführt, um eine größtmöglichste Flexibilität der Stationen in einer Rohbau Produktion zu erzielen. Als Referenz für das Projekt wurde ein Konzept für eine hochflexible Geometriestation entwickelt und im Rahmen der Thesis dokumentiert, bevor eine zusätzliche Tiefe realisiert wurde. Die weitere Konzeptionierung einer hochflexiblen Geometrie-Station wird in Form einer morphologischen Zusammensetzung von Technologien präsentiert. Dieser kann die Flexibilität einer Station erhöhen und zudem die Visualisierung von Stationsprinzipien, beispielsweise durch Layouts oder Zykluszeitdiagramme, fördern. Das Ergebnis der Analyse erzeugte mehrere vi Konzepte, die unterschiedliche Grade an Kapazität, Grundfläche und Flexibilität beinhalteten. Der Fokus lag auf einer hohen Flexibilität bei der Integration neuer Modelle mit neuen Geometrien in einer aktuellen Produktion. Die Schlussfolgerung war, dass die hochflexible Geometriestation in einer zeitgemäßen Produktion in kleinen Stückzahlen produzieren kann. Alternativ ist die Geo-Station auch als Bestandteil eines noch umzusetzenden Produktionskonzepts integrierbar.

This master’s thesis deals with the safety of a selected production node of an automated body production line. The first part is focused on a recherche of relevant directives by the Council and the European parliament. Follows a systems analysis of a solving issue and description of the production line. In the next part of the thesis, there is an accomplished analysis of harmonized standards in the safety of the production line. Furthermore, there is made hazard identification, risk estimation and risk assessment. The last part of the thesis is focused on a variants creation of safety of a workplace, technical-economic consideration of variants and computations for a final variant of the workplace.

Das Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ist zu einem konventionellen Fügeverfahren geworden. Dies gilt unabhängig von der Art der Strahlquelle, der Strahlführung und für die gesamte Sicherheits-, Steuerungs-, Automatisierungs- und Vorrichtungstechnik. Mehr und mehr Baugruppen sind speziell für die Laserverfahren konstruiert, nutzen deren spezifischen Eigenschaften gezielt aus und können nicht mehr mit anderen Fügeverfahren hergestellt werden. Unterschiedliche Schweißnaht-Merkmale sind nicht durch die Lasertechnik verursacht, sondern zumeist in ungünstigen Spannbedingungen oder Bauteil-, Werkstoff- oder Beschichtungsabweichungen begründet. Trotz der hohen Präzision aller Fertigungskomponenten treten durch die Sensibilität des Fügeprozesses bedingte systematische und stochastische Nahtunregelmäßigkeiten auf. Systematisch erkennbare Ursachen sind die wenigen hundertstel bis zehntel Millimeter Bauteilgeometrie-, Positions- oder Beschichtungsabweichungen bzw. Toleranzen, deren umfassende Beherrschung noch aussteht. Unabhängig davon treten scheinbar zufällige Unregelmäßig-keiten trotz allseits optimaler Bedingungen auf. Im Ergebnis dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um aus Prozesssignalen mit einer erstaunlich einfachen Vorgehensweise entstandene Schweißnahtmerkmale zu prognostizieren. Die Merkmalseinteilung lehnt sich an der maßgeblichen Prüfvorschrift an und erreicht schon in dieser frühen Entwicklungsphase einen guten bis sehr guten Bewertungsgrad. Begründet und untermauert wird diese Methode mit der Erweiterung der bestehenden Modellvorstellung zur Laserstrahl-(Stahl)Werkstoff-Wechselwirkung vom Einschweißen zum Ver-schweißen der Nahtform I-Naht am 2-Blech Überlappstoß verzinkter Bleche. Die Vorgänge im Schweißprozess für jedes prognostizierbare Nahtmerkmal sind skizziert, begründet und mit den Prozessemissionen in Zusammenhang gebracht
The laser welding in the car body shop has become a conventional joining process. This is independent from the type of the laser beam source, the course of the radiation and for the complete safety-, control-, automation- and equipment-technology. More and more modules are especially designed for the laser procedure, use their specific characteristics and cannot be produced by any other joining processes. Different characteristics of welds are not caused by the laser technique, but mostly due to unfavourable clamping conditions or because of tolerances of parts, material or coating. Despite the big precision of all production components, systematic and stochastic welding imperfections appear due to the sensibility of the joining process. Systematically identifiable causes are the deviations or tolerances of a few hundredths to tenths of a millimetre concerning the component’s geometry, positions and coatings, whose complete control is still due. Independent from that appear seemingly random irregularities, despite the well-optimal conditions. In result to this work, a method for pre-calculating welding characteristics through an amazingly simple approach was developed. The classification is based on the test specification and achieved even at this early stage of development a good or very good rating level. This method is justified and supported through the addition of the already existing image of the model to the laser/material interaction; from weld-in to the weld-together of square butt form- seams on 2 zinc coated sheets lap joint. The transactions within the welding process for each pre-calculated seam-characteristic are outlined, justified and related to the process emissions in context

Das Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ist zu einem konventionellen Fügeverfahren geworden. Dies gilt unabhängig von der Art der Strahlquelle, der Strahlführung und für die gesamte Sicherheits-, Steuerungs-, Automatisierungs- und Vorrichtungstechnik. Mehr und mehr Baugruppen sind speziell für die Laserverfahren konstruiert, nutzen deren spezifischen Eigenschaften gezielt aus und können nicht mehr mit anderen Fügeverfahren hergestellt werden. Unterschiedliche Schweißnaht-Merkmale sind nicht durch die Lasertechnik verursacht, sondern zumeist in ungünstigen Spannbedingungen oder Bauteil-, Werkstoff- oder Beschichtungsabweichungen begründet. Trotz der hohen Präzision aller Fertigungskomponenten treten durch die Sensibilität des Fügeprozesses bedingte systematische und stochastische Nahtunregelmäßigkeiten auf. Systematisch erkennbare Ursachen sind die wenigen hundertstel bis zehntel Millimeter Bauteilgeometrie-, Positions- oder Beschichtungsabweichungen bzw. Toleranzen, deren umfassende Beherrschung noch aussteht. Unabhängig davon treten scheinbar zufällige Unregelmäßig-keiten trotz allseits optimaler Bedingungen auf. Im Ergebnis dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, um aus Prozesssignalen mit einer erstaunlich einfachen Vorgehensweise entstandene Schweißnahtmerkmale zu prognostizieren. Die Merkmalseinteilung lehnt sich an der maßgeblichen Prüfvorschrift an und erreicht schon in dieser frühen Entwicklungsphase einen guten bis sehr guten Bewertungsgrad. Begründet und untermauert wird diese Methode mit der Erweiterung der bestehenden Modellvorstellung zur Laserstrahl-(Stahl)Werkstoff-Wechselwirkung vom Einschweißen zum Ver-schweißen der Nahtform I-Naht am 2-Blech Überlappstoß verzinkter Bleche. Die Vorgänge im Schweißprozess für jedes prognostizierbare Nahtmerkmal sind skizziert, begründet und mit den Prozessemissionen in Zusammenhang gebracht.:1 Einleitung .............................................................................................................................. 1 2 Stand der Technik .................................................................................................................. 3 2.1 Laserstrahlen im Karosseriebau...........................................................................................3 2.1.1 Laseranwendungen im Karosseriebau bei Volkswagen ................................................... 5 2.1.2 Golf, Passat, Phaeton und Bentley Fertigung bei Volkswagen Sachsen ........................... 6 2.1.3 Prozessbesonderheiten beim Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ........................... 9 2.1.4 Entwicklungstendenzen der Laseranwendung im Karosseriebau ................................... 11 2.2 Qualitätssicherungsmethoden für Laserfügeverbindungen im Karosseriebau ................. 14 2.2.1 Offline Prüfung .............................................................................................................. 14 2.2.2 Inline Prüfung................................................................................................................ 19 2.2.3 Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ....................................................... 23 3 Nahteigenschaften ............................................................................................................. 27 3.1 Übersicht der Nahtunregelmäßigkeiten ........................................................................... 27 3.2 Einflüsse auf Nahteigenschaften ......................................................................................27 3.3 Thermische Verformung, Schrumpfung, Eigenspannungen, Verzug ................................. 30 4 Problemstellung, Zielsetzung und Systematik zur Lösungsfindung .................................. 32 4.1 Problemstellung............................................................................................................... 32 4.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 33 4.3 Systematik zur Lösungsfindung ........................................................................................33 5 Durchgeführte Untersuchungen ......................................................................................... 34 5.1 Basistechnik .....................................................................................................................34 5.1.1 Laserstrahlquelle .......................................................................................................... 34 5.1.2 Bearbeitungswerkzeug und Sensoren ...........................................................................34 5.1.3 Kamera ...........................................................................................................................36 5.1.4 Spektrale Einordnung und Sichtbereiche der Sensoren ..................................................38 5.1.5 Laserzelle und Roboter.....................................................................................................40 5.2 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Photodetektoren ........................................... 40 5.2.1 Analyse Toleranzbandmethode ........................................................................................ 40 5.2.2 Statistische Analyse von Einflussgrößen............................................................................................. 43 5.2.3 Einzelanalyse der Einflussgröße Spalt ................................................................................................ 49 5.2.4 Spaltverträglichkeit dünner Strukturbleche ......................................................................................... 52 5.2.5 Einführung der MILLIMETERPEGEL ..................................................................................................... 54 5.3 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Prozessbildbewertung .................................... 58 5.3.1 Analyse LWM-C ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Messung der Dampfkapillare und der Schmelzbadlänge ..................................................................... 70 5.3.3 Off-axis Prozessbeobachtung ............................................................................................................... 71 5.3.4 Charakterisierung der Durchschweißung ............................................................................................. 72 5.3.5 Auslegung geeigneter Schweißprozessbeleuchtung ............................................................................. 75 5.3.6 Koaxiale und off-axis Beobachtungen ................................................................................................. 79 6 Nahteigenschafts-Bewertungsmethode ............................................................................... 86 6.1 Vorgehensweise ........................................................................................................................86 6.2 Durchgangslöcher, Poren, Endkrater ....................................................................................95 6.3 Aussagesicherheit .....................................................................................................................95 7 Modellbildung ...................................................................................................................... 97 7.1 Anfang und Ende der Schweißnaht ........................................................................................98 7.2 Nahtmerkmal „Spritzer“ (0-Spaltschweißen) .......................................................................99 7.3 Nahtmerkmal „In Ordnung“ ................................................................................................102 7.4 Nahtmerkmal „Geringer Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ .................................................104 7.5 Nahtmerkmal „Starker Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ ....................................................106 7.6 Nahtmerkmal „Oben geschnitten“ .......................................................................................108 7.7 Nahtmerkmal „Falscher Freund“ (nicht verschweißt) .......................................................110 8 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................................... 112 9 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 115 9.1 Literatur .................................................................................................................................115 9.2 Normen ...................................................................................................................................124 9.3 Abkürzungen ..........................................................................................................................125 9.4 Formelzeichen .........................................................................................................................127 9.5 Abbildungen ...........................................................................................................................127 10 Anlagen ............................................................................................................................... 132 10.1 Nahtunregelmäßigkeiten an Laserschweißnähten ..............................................................132 10.2 Sensor-Fehler-Übersicht ........................................................................................................137 10.3 Fehler-Ursachen-Parameter ..................................................................................................139 10.4 Arbeitsplan – Versuchsabfolge und Resultate .....................................................................141
The laser welding in the car body shop has become a conventional joining process. This is independent from the type of the laser beam source, the course of the radiation and for the complete safety-, control-, automation- and equipment-technology. More and more modules are especially designed for the laser procedure, use their specific characteristics and cannot be produced by any other joining processes. Different characteristics of welds are not caused by the laser technique, but mostly due to unfavourable clamping conditions or because of tolerances of parts, material or coating. Despite the big precision of all production components, systematic and stochastic welding imperfections appear due to the sensibility of the joining process. Systematically identifiable causes are the deviations or tolerances of a few hundredths to tenths of a millimetre concerning the component’s geometry, positions and coatings, whose complete control is still due. Independent from that appear seemingly random irregularities, despite the well-optimal conditions. In result to this work, a method for pre-calculating welding characteristics through an amazingly simple approach was developed. The classification is based on the test specification and achieved even at this early stage of development a good or very good rating level. This method is justified and supported through the addition of the already existing image of the model to the laser/material interaction; from weld-in to the weld-together of square butt form- seams on 2 zinc coated sheets lap joint. The transactions within the welding process for each pre-calculated seam-characteristic are outlined, justified and related to the process emissions in context.:1 Einleitung .............................................................................................................................. 1 2 Stand der Technik .................................................................................................................. 3 2.1 Laserstrahlen im Karosseriebau...........................................................................................3 2.1.1 Laseranwendungen im Karosseriebau bei Volkswagen ................................................... 5 2.1.2 Golf, Passat, Phaeton und Bentley Fertigung bei Volkswagen Sachsen ........................... 6 2.1.3 Prozessbesonderheiten beim Laserstrahlschweißen im Karosseriebau ........................... 9 2.1.4 Entwicklungstendenzen der Laseranwendung im Karosseriebau ................................... 11 2.2 Qualitätssicherungsmethoden für Laserfügeverbindungen im Karosseriebau ................. 14 2.2.1 Offline Prüfung .............................................................................................................. 14 2.2.2 Inline Prüfung................................................................................................................ 19 2.2.3 Prozessüberwachung beim Laserstrahlschweißen ....................................................... 23 3 Nahteigenschaften ............................................................................................................. 27 3.1 Übersicht der Nahtunregelmäßigkeiten ........................................................................... 27 3.2 Einflüsse auf Nahteigenschaften ......................................................................................27 3.3 Thermische Verformung, Schrumpfung, Eigenspannungen, Verzug ................................. 30 4 Problemstellung, Zielsetzung und Systematik zur Lösungsfindung .................................. 32 4.1 Problemstellung............................................................................................................... 32 4.2 Zielsetzung ..................................................................................................................... 33 4.3 Systematik zur Lösungsfindung ........................................................................................33 5 Durchgeführte Untersuchungen ......................................................................................... 34 5.1 Basistechnik .....................................................................................................................34 5.1.1 Laserstrahlquelle .......................................................................................................... 34 5.1.2 Bearbeitungswerkzeug und Sensoren ...........................................................................34 5.1.3 Kamera ...........................................................................................................................36 5.1.4 Spektrale Einordnung und Sichtbereiche der Sensoren ..................................................38 5.1.5 Laserzelle und Roboter.....................................................................................................40 5.2 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Photodetektoren ........................................... 40 5.2.1 Analyse Toleranzbandmethode ........................................................................................ 40 5.2.2 Statistische Analyse von Einflussgrößen............................................................................................. 43 5.2.3 Einzelanalyse der Einflussgröße Spalt ................................................................................................ 49 5.2.4 Spaltverträglichkeit dünner Strukturbleche ......................................................................................... 52 5.2.5 Einführung der MILLIMETERPEGEL ..................................................................................................... 54 5.3 Inprozess Untersuchungen – Schwerpunkt Prozessbildbewertung .................................... 58 5.3.1 Analyse LWM-C ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Messung der Dampfkapillare und der Schmelzbadlänge ..................................................................... 70 5.3.3 Off-axis Prozessbeobachtung ............................................................................................................... 71 5.3.4 Charakterisierung der Durchschweißung ............................................................................................. 72 5.3.5 Auslegung geeigneter Schweißprozessbeleuchtung ............................................................................. 75 5.3.6 Koaxiale und off-axis Beobachtungen ................................................................................................. 79 6 Nahteigenschafts-Bewertungsmethode ............................................................................... 86 6.1 Vorgehensweise ........................................................................................................................86 6.2 Durchgangslöcher, Poren, Endkrater ....................................................................................95 6.3 Aussagesicherheit .....................................................................................................................95 7 Modellbildung ...................................................................................................................... 97 7.1 Anfang und Ende der Schweißnaht ........................................................................................98 7.2 Nahtmerkmal „Spritzer“ (0-Spaltschweißen) .......................................................................99 7.3 Nahtmerkmal „In Ordnung“ ................................................................................................102 7.4 Nahtmerkmal „Geringer Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ .................................................104 7.5 Nahtmerkmal „Starker Nahtein- bzw. Wurzelrückfall“ ....................................................106 7.6 Nahtmerkmal „Oben geschnitten“ .......................................................................................108 7.7 Nahtmerkmal „Falscher Freund“ (nicht verschweißt) .......................................................110 8 Zusammenfassung und Ausblick ...................................................................................... 112 9 Verzeichnisse ...................................................................................................................... 115 9.1 Literatur .................................................................................................................................115 9.2 Normen ...................................................................................................................................124 9.3 Abkürzungen ..........................................................................................................................125 9.4 Formelzeichen .........................................................................................................................127 9.5 Abbildungen ...........................................................................................................................127 10 Anlagen ............................................................................................................................... 132 10.1 Nahtunregelmäßigkeiten an Laserschweißnähten ..............................................................132 10.2 Sensor-Fehler-Übersicht ........................................................................................................137 10.3 Fehler-Ursachen-Parameter ..................................................................................................139 10.4 Arbeitsplan – Versuchsabfolge und Resultate .....................................................................141

This chapter focus on the latest applications of aluminum alloys in rail transportation field. The typical high-strength aluminum alloys used on high speed train is introduced. The unique properties of aluminum alloys are analyzed. The detailed application is illustrated including car-body, gear box and axle box tie rod. The main challenges encountered in the application are also mentioned. The key manufacturing techniques, such as casting, forming, welding, are analyzed. Finally, the future improvement directions for better application is summarized. It is expected to set up a bridge for materials providers, equipment manufacturers and end-users, thereby promoting the advance of manufacturing technology and application of aluminum alloys in wider fields.

The complexity of car-body welding and assembly process makes it difficult for engineers to design and analyze the process parameters. Therefore, a tree-relation mixed data model, based on the characteristics of car-body assemply process, is put forward to represent the welding and assembly process. By integrating this data model with CAD/CAM model and 3d graphic simulation platform, a visual information model is built up. A case study is performed on the visualization of car-door welding and assembly process plan using this information model. The result shows that the model is able to represent the process plan of welding and assembly process visually and integrally. The model can be used for auto-body design, welding-process analysis and design, process information management, quality control and personalized selling.

Today’s automotive market is highly competitive. As a result carmakers are being forced to offer newer, better, and cheaper cars in a shorter period of time in order to stay competitive in the global market. One way to achieve this goal is the introduction of platforms where each part is produced in a highly integrated and cost-efficient process. Now, during the design phase, the demands of cost-effective manufacturing must be taken into account. During the design phase, parts — in addition to the optimization of their function — have to be optimized with respect to their manufacturing process. Design, engineering, and production planning of a part are integrated to a high degree and often take place at the same time (concurrent engineering). Starting with the analysis of the joining process, this paper discusses requirements for an automated welding process based on feature technology. In this sense, flange creation and design, manufacturing, and welding requirements for automatic generation of spot weld are described. A process-oriented prototype is described, which has been integrated in CATIA V5, currently used as CAD-CAM system, and which fit the requirements of the designers and process planners.