Die Schweißnahtvorbereitung ist einer der arbeitsintensivsten Schritte in der Schwerfertigung. Die Teile werden rechtwinklig zugeschnitten und anschließend zu einer Schleifmaschine, einer Fasenmaschine oder einer Frässtation transportiert, damit die Kanten eine vollständige Schweißnaht aufnehmen können. Jeder Arbeitsschritt erhöht die Bearbeitungszeit und das Fehlerrisiko. Laserfasenschneiden umgeht diese Stufe im Schnitt selbst, weshalb es von Herstellern von Stahlkonstruktionen, Druckbehältern und Schwermaschinen zunehmend eingesetzt wird.
Fasenarten: V, Y, X und K
Die vier gängigen Fasenformen sind nach dem Profil benannt, das sie an der Kante hinterlassen. Die richtige Form hängt von der Blechdicke, davon ab, ob die Verbindung einseitig oder beidseitig geschweißt werden kann und welche Anforderungen das Schweißverfahren stellt.
| Fasentyp | Geometrie | Typische Verwendung | Schweißseite | Messung |
|---|---|---|---|---|
| V (oder A) | Ein schräger Schnitt durch die gesamte Dicke; A ist der gleiche Schnitt von der Unterseite. | Dünnes bis mitteldickes Blech, einseitig verschweißt | Eine Seite | Fasenwinkel, mit einem Winkelmesser geprüft |
| Y | Schrägschnitt mit gerader, vertikaler Landfläche (Wurzelfläche) am Boden | Volldurchschweißungen, bei denen die Wurzel Unterstützung benötigt | Eine Seite | Land h8 und Schrägwinkel |
| X | Zwei schräge Schnitte, oben und unten, treffen sich in der Mitte | Dickere Platte, die von beiden Seiten verschweißt wird, um Verformungen und Füllmaterial zu reduzieren | Beide Seiten | Ober- und Unterwinkel und ihr Treffpunkt |
| K | Obere und untere Fasen mit einer vertikalen Fläche dazwischen | Dickes Blech, das beidseitig mit einer definierten Wurzel verschweißt werden muss | Beide Seiten | Beide Winkel plus Landhöhe |
Bei der Auswahl helfen einige praktische Regeln:
⦿ Einseitige V- und Y-Fasen eignen sich für Verbindungen, die nur von einer Seite erreichbar sind, oder für dünnere Bleche, bei denen ein Durchgang die Nut ausfüllt.
⦿ Beidseitige X- und K-Fasen benötigen weniger Füllmetall bei dicken Blechen und gleichen Verformungen aus, da die Wärme von beiden Seiten eindringt.
⦿ Eine Landkante, wie sie bei Y- und K-Fasen auftritt, gibt dem Wurzelpass etwas, an dem er sich verschmelzen kann, und verringert das Durchbrennen.
⦿ Die Fasenwinkel für die Schweißnahtvorbereitung liegen üblicherweise zwischen 20 und 45 Grad, wobei 30 bis 37.5 Grad eine häufig gewählte Größe ist.
Die Nutgeometrie für normgerechte Schweißarbeiten wird durch die Schweißverfahrensvorgaben und nicht durch die Schneidemaschine bestimmt. Programmieren Sie die Fasen stets so, dass sie dem Verfahren entsprechen, für das Ihre Schweißer qualifiziert sind, und prüfen Sie, ob die geltenden Normen eine Reinigung thermisch geschnittener Oberflächen vor dem Schweißen vorschreiben.
Wie 3D Fasenköpfe funktionieren
Ein Standard-Laserkopf schneidet senkrecht nach unten. Ein Schrägkopf verfügt über zwei zusätzliche Drehachsen, die die Düse neigen und drehen, sodass der Strahl in einem Winkel in das Material eindringen kann, während die Maschine der Werkstückkontur folgt. Zusammen mit der üblichen X-, Y- und Z-Bewegung ergeben sich so fünf Bewegungsachsen. Daher werden diese Systeme oft als … bezeichnet. 3D oder 5-Achs-Laserfasenschneiden.
Die Steuerungssoftware koordiniert alle fünf Achsen, sodass die Düse auch bei Kurven und Ecken den richtigen Winkel und Abstand beibehält. Gute Systeme kalibrieren zudem automatisch den Werkzeugmittelpunkt, da bereits kleine Abweichungen in der Geometrie des Fräskopfes zu sichtbaren Fehlern im Fasenwinkel und der Führungsfläche führen. Fasenfräsköpfe moderner Maschinen decken typischerweise einen Bereich von ±45 Grad ab, einige sogar etwas darüber hinaus.
Warum die Dickengrenzen beim Abschrägen niedriger sind
Ein schräger Schnitt durchdringt mehr Material als ein gerader. Die effektive Schnittlänge entspricht der Blechdicke geteilt durch den Kosinus des Fasenwinkels:
⦿ Bei einem Einfallswinkel von 30 Grad durchdringt der Strahl etwa das 1.15-fache der Plattendicke.
⦿ Bei einem Winkel von 45 Grad durchtrennt es etwa das 1.41-fache der Plattendicke, sodass sich eine 20 mm dicke Platte wie eine 28 mm dicke Platte verhält.
Deshalb gibt ein veröffentlichter Fasenkopf je nach Winkel eine direkte Fasenlänge von bis zu 35 bis 40 mm an, bei einer vollen 45°-Fase jedoch nur etwa 28 mm. Höhere Laserleistungen erweitern diese Grenzen, und Betriebe, die regelmäßig dicke Bleche fasen, wählen in der Regel einen solchen Laserkopf. Hochleistungs-Faserlaserschneidmaschinen mit der Rahmensteifigkeit, um die Genauigkeit der Fasenbearbeitung auch bei großen Platten zu gewährleisten.
Programmierung und Verschachtelung abgeschrägter Teile
Abgeschrägte Teile erfordern etwas mehr Planung als geradlinig geschnittene Teile. Da der Strahl die Oberseite in einem Winkel verlässt, verläuft der Schnitt an der Unterseite versetzt zur oberen Kontur. Daher benötigen die Teile mehr Abstand im Frästisch, und das Schneiden entlang einer geraden Linie ist in der Regel nicht möglich. Auch das Anfahren und die Bearbeitung von Ecken ändern sich, da der Fräskopf an scharfen Ecken neu ausgerichtet werden muss, ohne die Fase zu beschädigen.
Die meisten Steuerungen mit Fasenfunktion erlauben es dem Programmierer, jeder Kante eines Werkstücks Fasentyp, Winkel und Fasenfläche zuzuweisen und gleichzeitig gerade Kanten desselben Werkstücks vertikal zu halten. Dieser kombinierte Ansatz ermöglicht es, mit nur einem Programm eine Grundplatte mit rechtwinkligen Seiten, abgeschrägten Schweißkanten und Bolzenlöchern herzustellen.
Laser vs. Plasma vs. Fräsen für Fasen
Laser ist nicht die einzige Methode zum Anfasen. Plasma-Anfasköpfe werden seit Jahren für dicke Bleche eingesetzt, und Fräsen oder spezielle Kantenanfasmaschinen gelten nach wie vor als Maßstab für Präzision. Jede Methode hat ihre Berechtigung:
| Faktor | Laser-Fasen | Plasma-Fasen | Fräsen | Messung |
|---|---|---|---|---|
| Genauigkeit der Fasen | Hohe Leistung; geringe Schnittfuge und enge Winkelsteuerung | Gut, mit breiterer Schnittfuge und größerer Winkelvariation | Höchste, bearbeitete Oberfläche | Winkel- und Landabweichung über eine Charge hinweg |
| Wärmeeinflusszone | Small | Größere | Keine Präsentation | HAZ-Breite an einer geschnittenen Probe |
| Dickenbereich | Optimal bis etwa 25 bis 40 mm, weniger bei 45 Grad | Erstreckt sich in schwerere Platten | Jede beliebige Dicke, langsam | Maximale Dicke bei Ihrem Fasenwinkel |
| Prozessschritte | Schneiden und Fasen in einem Arbeitsgang | Schneiden und Fasen in einem Arbeitsgang | Separater Arbeitsgang nach dem Schneiden | Handhabungsschritte pro Teil |
| Kapitalkosten | Höchste | Senken | Mittel pro Maschine | Installationskosten im Vergleich zu den eingesparten Arbeitskosten |
Fertigungsbetriebe bringen den Kompromiss oft auf den Punkt: Wenn jede Fase vor dem Schweißen noch nachgeschliffen werden muss, hat sich der Fasenkopf nicht amortisiert. Lasergefräste Fasen sind dort im Vorteil, wo es auf Winkel- und Stegkonsistenz ankommt, da die präzise Passung den Bedarf an Zusatzwerkstoff und Nachschweißungen reduziert. Tests an 12 mm dickem Baustahl haben gezeigt, dass lasergeschnittene Fasen eine kleinere Wärmeeinflusszone erzeugen als andere thermische Verfahren, was die Qualität der fertigen Schweißnaht verbessert.
Plasma bleibt die praktikabelste Option für sehr dicke Bleche und gröbere Strukturbearbeitungen, wie im Überblick erläutert. Laserschneidmaschinen im Vergleich zu PlasmaschneidmaschinenFräsen ist nach wie vor sinnvoll für engste Toleranzen oder für Teile, die ohnehin bearbeitet werden müssen. Für die meisten Schweißnahtvorbereitungen an mittelstarken Blechen reicht heutzutage ein Laser-Fasenkopf in einem Arbeitsgang aus.
Die Schnittqualität bei Fasen erfordert eine etwas andere Betrachtungsweise als bei geraden Schnitten. Schlacke sammelt sich tendenziell an der unteren, spitzen Seite eines Winkelschnitts, und die Schnittfläche bei Y- und K-Fasen muss rechtwinklig und maßgenau sein, damit der Wurzelschnitt gelingt. Düsenwahl, Gasdruck und Schnittgeschwindigkeit werden für jeden Winkel individuell angepasst, und gute Maschinen speichern diese Einstellungen in einer Fasenprozessbibliothek, sodass die Bediener nicht bei jedem Auftrag von vorne beginnen müssen.
Blech- und Platten- vs. Rohranfasen
Plattenfasen
Bei Flachblechen folgt der Fasenkopf der Werkstückkontur über die Tischplatte. Typische Arbeitsbereiche für das Blechfasen liegen je nach Laserleistung und Fasenwinkel zwischen ca. 8 und 40 mm bei Baustahl, 6 und 25 mm bei Edelstahl und 6 und 20 mm bei Aluminium. Teile wie Flansche, Knotenbleche, Grundplatten und Druckbehälter-Mantelteile verlassen den Tisch mit bereits geformten Schweißkanten. Betriebe, die diese Art von Werkstücken bearbeiten, … Baustahl und Stahlplatten Die deutlichsten Einsparungen bei den Arbeitskosten sehen.
Rohr- und Leitungsfasen
Beim Rohranfasen kommt die Rotation ins Spiel. Das Rohr dreht sich in Spannfuttern, während der Kopf geneigt wird, sodass die Maschine Endfasen, Sattelverbindungen und Fischmaulprofile an den Verbindungsstellen zweier Rohre herstellen kann. Typische Rohranfasbereiche umfassen Durchmesser von etwa 20 bis 220 mm mit Wandstärken bis zu etwa 8 mm, bei größeren Maschinen auch größere Durchmesser. 3D Rohrlaser-Fasenschneidemaschine Diese Verbindungen werden in einer einzigen Arbeitseinheit hergestellt, wodurch das manuelle Markieren, Sägen und Schleifen entfällt, das normalerweise für die Montage von Rohren und Rahmen erforderlich ist.
Auch die Rohrbearbeitung erfordert eine gute Unterstützung. Mehrfachfutter und Mitnehmer verhindern, dass lange Rohre beim Drehen durchhängen oder sich verwinden, was besonders wichtig ist, wenn der Kopf geneigt ist. Betriebe, die heute Rohre ohne Fasen schneiden, beginnen oft mit einer Faserlaser-Rohrschneidemaschine und wechseln Sie zu einem Fasenmodell, sobald die Schweißnahtvorbereitung zum Engpass wird. Formteile oder dreidimensionale Teile, die sowohl beschnitten als auch angefast werden müssen, sind eine Aufgabe für 3D Roboter-Faserlaserschneidmaschinen.
Wo sich das Schrägschneiden auszahlt
⦿ Baustahl: Grundplatten, Knotenbleche und Verbindungsplatten mit Schweißvorbereitungen in einem Arbeitsgang geschnitten.
⦿ Druckbehälter und Tanks: Mantel- und Stutzenvorbereitungen, bei denen eine gleichmäßige Nutgeometrie qualifizierte Verfahren unterstützt.
⦿ Schwere Ausrüstung: Rahmen und Ausleger mit vielen dicken Blechschweißnähten und sich wiederholenden Teilenummern.
⦿ Rohr- und Rahmenfertigung: Rohrendfasen und Sattelverbindungen, die sonst manuell angezeichnet und geschliffen werden müssten.
Der gemeinsame Nenner ist die Anzahl der Schweißverbindungen. Je mehr Fasen ein Betrieb wöchentlich von Hand schleift, desto schneller amortisiert sich ein Fasenschleifkopf. Gleichmäßige Fasen erleichtern zudem den nächsten Arbeitsschritt, egal ob die Teile manuell, von Robotern oder auf andere Weise geschweißt werden. Laserschweißmaschinen die auf einer engen Passung beruhen.
Eine einfache Arbeitskostenschätzung
Betrachten wir eine beispielhafte Werkstatt, die wöchentlich 200 Teile für die Schweißnahtvorbereitung schleift, was etwa zehn Minuten pro Teil dauert. Das sind über 30 Stunden Schleifzeit pro Woche, bevor Nacharbeiten an ungleichmäßigen Fasen anfallen. Wenn ein Fasenkopf die meisten dieser Teile zum Schneidetisch transportiert, entspricht die Zeitersparnis fast einer Vollzeitstelle, und die verbleibenden Fasen werden den Schweißern gleichmäßiger geliefert. Ersetzen Sie die Teileanzahl und die Bearbeitungszeit durch Ihre eigenen Werte, um zu sehen, wie sich die Investition amortisiert.
Checkliste für Schrägschnitte
✔ Listen Sie die Fasenarten, Winkel und Steghöhen auf, die Ihre Schweißverfahren vorschreiben.
✔ Überprüfen Sie Ihre dicksten abgeschrägten Teile anhand der von der Maschine angegebenen Dicke bei maximalem Winkel.
✔ Messen Sie, wie viele Stunden pro Woche heute für das Schleifen oder Fräsen von Schweißnahtvorbereitungen aufgewendet werden.
✔ Automatische Kopfkalibrierung und Neigungsprogrammierung in der Steuerungssoftware bestätigen.
✔ Testcoupons ausschneiden und vor Produktionsbeginn mit Ihrem Verfahren abgleichen lassen.
Schweißfertige Fasen in einem Arbeitsgang schneiden
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