Wie wir die Schweißfehlerquote in elf Monaten von 3,1 % auf 0,4 % gesenkt haben
Der Ausgangspunkt: 3,1 % Ausschuss auf zwölf Linien
Im Sommer 2025 lag die Ausschussquote in der Schweißfertigung bei 3,1 %. Betroffen waren zwölf Linien, auf denen Rahmen, Sitzschalen und Verbindungselemente aus Aluminium gefügt werden. Die Quote war über acht Monate stabil, was zunächst gegen einen schleichenden Verschleiß sprach. Eine Auswertung der Prüfprotokolle zeigte jedoch, dass sich die Fehler nicht gleichmäßig verteilten: Drei Linien erzeugten fast die Hälfte aller Beanstandungen.
Wir zerlegten die Fehlerbilder in drei Kategorien: unzureichende Einbrandtiefe, Porosität und Maßabweichungen an der Nahtwurzel. Jede Kategorie hatte eine andere physikalische Ursache. Diese Trennung war der wichtigste Schritt des Projekts, weil sie verhinderte, dass wir eine einzige Lösung für ein Problem suchten, das tatsächlich aus drei unabhängigen Quellen gespeist wurde. Erst die getrennte Betrachtung machte sichtbar, welche Maßnahme welche Fehlerart tatsächlich reduzierte.
Die Datenbasis umfasste 4.860 geprüfte Nähte aus sechs Monaten. Für jede Naht lagen Stromstärke, Gasdurchfluss, Drahtvorschub und die Position der Vorrichtung vor. Auffällig war, dass die drei Problem-Linien ähnliche Parameter fuhren, aber unterschiedliche Ergebnisse lieferten. Das verlagerte die Untersuchung von der Programmierung auf die Peripherie: Gasversorgung, Lichtbogenregelung und Spannvorrichtung. Damit stand der Rahmen für die folgenden drei Ursachenanalysen fest. Für die Serienfertigung heißt das, dass jeder dieser Werte mit der Nahtnummer verknüpft und über die Charge nachvollziehbar dokumentiert werden muss.
Ursache eins: die Reinheit des Schutzgases
Die erste Ursache war die Reinheit des Schutzgases. Argon mit einer Restfeuchte von mehr als drei ppm erzeugt Wasserstoffporen, die sich in der Durchstrahlungsprüfung als rundliche Anzeigen zeigen. Wir bezogen das Gas aus zwei Quellen und stellten fest, dass eine Charge über mehrere Wochen einen Taupunkt von minus 38 Grad Celsius aufwies, statt der spezifizierten minus 60 Grad. Die Abnahme stuetzt sich damit nicht auf eine einzelne Stichprobe, sondern auf eine Messreihe, die den Verlauf über mehrere Wochen abbildet.
Wir stellten auf Argon mit 99,998 % Reinheit um und installierten Taupunktsensoren direkt an den Gasverteilern. Die Sensoren melden kontinuierlich, statt nur bei der Wareneingangsprüfung. Innerhalb von vier Wochen fielen zwei weitere belastete Lieferungen auf, bevor sie in die Fertigung gelangten. Die Porositätsquote sank in diesem Zeitraum von 1,4 % auf 0,5 %. Der Aufwand für die Sensorik lag unter den Kosten einer einzigen Nacharbeitsserie. Entscheidend war die Position der Messstelle. Sensoren am Druckminderer erkennen Probleme in der Leitung nicht, weil sich Feuchtigkeit erst nach der Expansion niederschlägt. Wir messen daher unmittelbar vor dem Brenner, nach jedem Filter und nach jeder Kupplung. Zusätzlich protokollieren wir die Werte zusammen mit der Nahtnummer, sodass sich jeder Fehler bis zur Gascharge zurückverfolgen lässt.
Ursache zwei: die Stabilität des Lichtbogens
Die zweite Ursache lag in der Stabilität des Lichtbogens. Bei dünnwandigen Profilen schwankte die Einbrandtiefe zwischen 1,2 und 2,1 Millimetern, obwohl die Stromstärke konstant geregelt war. Ursache waren langsame Regelschleifen der alten Steuergeräte: Sie reagierten auf Abstandsänderungen erst nach 40 bis 60 Millisekunden, was bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 45 Zentimetern pro Minute zu spät ist. Wir rüsteten die Linien mit Lichtbogenstabilisatoren nach, die den Strom mit einer Totzeit unter fünf Millisekunden nachführen. Die Geräte messen die Spannung am Brenner und passen die Kennlinie in Echtzeit an. Nach dem Umbau lag die Streuung der Einbrandtiefe bei plus/minus 0,12 Millimetern. Die Nahtwurzel wurde gleichmäßiger, und die Zahl der Nacharbeiten an Sichtnähten ging messbar zurück.
Nicht jede Linie profitierte im gleichen Maß. Auf Linien mit Blechdicken über vier Millimetern blieb der Effekt gering, weil dort die Wärmeabfuhr dominiert. Wir haben die Stabilisatoren deshalb nur auf den acht Linien belassen, auf denen die Auswertung eine signifikante Verbesserung zeigte. Diese Einschränkung gehört in jede Wirtschaftlichkeitsrechnung, weil sie die Amortisationszeit pro Linie verändert. Bei kuenftigen Umbauten ist deshalb zuerst zu prüfen, welchen Anteil des Ausschusses die jeweilige Ursache traegt, bevor in eine Maßnahme investiert wird.
Ursache drei: die Wiederholgenauigkeit der Vorrichtungen
Die dritte Ursache war die Wiederholgenauigkeit der Spannvorrichtungen. Die alten Vorrichtungen wurden von Hand gespannt; die Position variierte über eine Schicht um bis zu 0,8 Millimeter. Bei einer vorgegebenen Toleranz von plus/minus 0,25 Millimetern war damit ein Teil des Ausschusses unvermeidbar. Zusätzlich veränderten sich die Vorrichtungen über die Schichtdauer durch Wärmeausdehnung. Beide Effekte traten unabhängig voneinander auf. Wir ersetzten die Spanner durch lasergeführte Roboteraufnahmen, die die Bauteillage vor jedem Schweißzyklus messen und die Bahn korrigieren. Der Laser tastet drei Referenzpunkte ab; die Steuerung berechnet daraus eine Verschiebung und Drehung in der Ebene. Die Drift über eine Schicht sank damit auf 0,15 Millimeter. Die Messung dauert 2,4 Sekunden pro Bauteil und ist in den Zyklus integriert.
Wir haben die Drift über 30 Schichten aufgezeichnet, um den Effekt abzusichern. Dabei zeigte sich, dass ein Teil der Restabweichung von der Auflagefläche stammte, nicht von der Aufnahme selbst. Nach der Überarbeitung der Auflagen fiel die Drift auf 0,09 Millimeter. Diese Nacharbeit war ursprünglich nicht geplant und hat das Projekt um drei Wochen verzögert. Im Rückblick war sie jedoch die Voraussetzung dafür, dass die Laseraufnahme ihre Genauigkeit überhaupt ausspielen konnte.
Das Messsystem: Abnahmekriterien nach AWS D1.2
Bewertet wird nach AWS D1.2, dem Regelwerk für Aluminiumkonstruktionen. Als Abnahmekriterium gilt: Porosität bis zu einer Größe von 25 % der Wanddicke ist zulässig, Risse sind unzulässig. Die Prüfhäufigkeit richtet sich nach der Kritikalität der Naht. Wir stufen Nähte in drei Klassen ein und prüfen Klasse A vollständig, Klasse B stichprobenartig mit 20 % und Klasse C mit 5 %. Zum Einsatz kommen Farbeindringprüfung und Durchstrahlungsprüfung. Die Farbeindringprüfung ist schnell und findet oberflächennahe Fehler; die Durchstrahlung zeigt Innenfehler, kostet aber mehr Zeit und erfordert Strahlenschutz. Wir setzen sie deshalb nur bei Klasse A sowie bei allen Nacharbeiten ein. Jede Prüfung wird mit Datum, Prüfer, Nahtnummer und Bewertung dokumentiert. Die Rückverfolgbarkeit ist Teil der Abnahme, nicht nur der Dokumentation.
Wichtig ist die Kalibrierung. Die Durchstrahlungsanlage wird jährlich geprüft, die Bildqualität monatlich anhand eines Referenzkörpers kontrolliert. Die Prüfer wechseln sich bei der Bewertung ab, damit subjektive Maßstäbe auffallen. Diese Rotation hat zwei Grenzfälle aufgedeckt, die zuvor unterschiedlich beurteilt worden waren. Seit der Vereinheitlichung sank die Streuung zwischen den Prüfern um 40 %. Ein einheitlicher Maßstab ist die Voraussetzung dafür, dass Quoten zwischen Linien vergleichbar bleiben.
Ergebnisse nach elf Monaten und was nicht funktionierte
Nach elf Monaten lag die Quote bei 0,4 %. Das entspricht einer Reduktion um 87 % gegenüber dem Ausgangswert. Die Porosität ging auf 0,1 % zurück, die Maßabweichungen auf 0,2 %, und die Einbrandfehler lagen bei 0,1 %. Der größte Einzelbeitrag kam aus der Gasreinheit, gefolgt von der Vorrichtung; die Lichtbogenstabilisierung wirkte vor allem auf die Nacharbeit. Die drei Maßnahmen zusammen ergaben den Gesamteffekt, keine allein hätte das Ziel erreicht.
Drei Dinge funktionierten nicht wie erwartet. Erstens brachte der Taupunktsensor an der zentralen Verteilung weniger als der Sensor am Brenner. Zweitens erhöhte die Laseraufnahme den Zykluszeitbedarf um 2,4 Sekunden, was auf zwei Linien durch Taktzeitverluste auffiel. Drittens sank die Quote bei Blechdicken über vier Millimetern kaum, sodass die Amortisation dort länger dauert. Diese Punkte stehen ausdrücklich im Abschlussbericht, damit sie bei künftigen Projekten nicht wiederholt werden.
Für Einkäufer ist relevant, welche Nachweise sie von einem Zulieferer verlangen können: Prüfprotokolle mit rückverfolgbaren Prüfmitteln, Angaben zur Gasreinheit, Messschriebe der Vorrichtungen und eine klare Klassifizierung der Nähte. Wer diese vier Punkte bei der Lieferantenauswahl abfragt, kann die Prozessfähigkeit deutlich besser einschätzen als anhand einer einzelnen Ausschussquote aus einer Stichprobe. Die Quote allein sagt wenig darüber aus, ob ein Prozess beherrscht wird.