WPS für das Laserschweißen: Schweißanweisungen nach DIN EN ISO 15609-4

Was ist eine WPS für das Laserschweißen — und wann ist sie gefordert?

Eine Schweißanweisung, auch als Welding Procedure Specification (WPS) bekannt, ist ein zentrales Dokument im Bereich des Laserschweißens. Sie definiert die spezifischen Parameter und Methoden, die beim Schweißen verwendet werden, um die gewünschte Qualität und Konsistenz sicherzustellen. Diese Schweißanweisung ist insbesondere in regulierten Branchen wie der Medizintechnik erforderlich, um den Anforderungen von Normen wie DIN EN ISO 3834 gerecht zu werden.

Typischerweise beinhalten die Parameter für das Laserschweißen Leistungsbereiche von 300 bis 600 W für Faserlaser und 60 bis 500 W für Nd:YAG-Laser, Wellenlängen um 1064 nm für Nd:YAG und 1070 nm für Faserlaser. Die Einschweißtiefe kann je nach Material und Prozess zwischen 0,5 mm und 3 mm variieren. Die Wärmeeinflusszone (WEZ) ist in der Regel sehr gering, was das Laserschweißen besonders für Anwendungen mit hohen Präzisionsanforderungen, wie in der Elektronikfertigung, geeignet macht Fraunhofer ILT.

Von der pWPS zur freigegebenen WPS

Der Prozess zur Erstellung einer WPS beginnt mit der vorläufigen Schweißanweisung, bekannt als pWPS (preliminary Welding Procedure Specification). Diese pWPS wird in einem Schweißversuch validiert, der als WPQR (Welding Procedure Qualification Record) bezeichnet wird. Der WPQR dokumentiert, ob die in der pWPS festgelegten Parameter die Anforderungen erfüllen. Nach erfolgreicher Prüfung wird die freigegebene WPS erstellt, die als Grundlage für die Produktion dient.

Die vollständige Schweißanweisung enthält alle wesentlichen Informationen wie Schweißverfahren, Materialnummern, Einschweißtiefe und Wärmeeinflusszone (WEZ). Diese Details sind notwendig, um eine konsistente Qualitätssicherung zu gewährleisten und den Standards wie EN 1090 zu entsprechen. Um verbindliche Formblätter zu erstellen, sollten Sie sich auf die Normen DIN EN ISO 15609-4 beziehen DIN EN ISO 15609-4:2014-04.

Wann ist eine WPS erforderlich?

Eine WPS ist immer dann erforderlich, wenn hohe Anforderungen an die Qualitätssicherung bestehen. Dies betrifft nicht nur die Medizintechnik, sondern auch andere Industriezweige wie die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt sowie die Elektronikfertigung. Die Einhaltung dieser Normen ist entscheidend für die Zertifizierung und den Marktzugang Ihrer Produkte. In vielen Fällen ist die Unterstützung durch Zertifizierungsstellen wie TÜV oder DVS notwendig, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt sind.

Indem Sie eine umfassende WPS erstellen, sichern Sie nicht nur die Qualität Ihrer Schweißverbindungen, sondern auch die Einhaltung internationaler Standards. Dies ist ein wesentlicher Schritt, um auf dem globalen Markt wettbewerbsfähig zu bleiben. Die WPS stellt sicher, dass alle Prozessparameter, wie etwa die Laserleistung und die Vorschubgeschwindigkeit, optimal auf das spezifische Material und die Anwendung abgestimmt sind. Typische Materialien, die im Laserschweißen verwendet werden, umfassen Edelstahl wie 1.4301 und Werkzeugstahl wie 1.2343, die aufgrund ihrer guten Schweißbarkeit und mechanischen Eigenschaften bevorzugt werden.

Diese Struktur orientiert sich an den Vorgaben der DIN EN ISO 15609-4 für Laserschweißanweisungen.

Pflichtinhalte nach DIN EN ISO 15609-4: die Struktur-Vorlage

Die Erstellung einer Schweißanweisung für das Laserschweißen (WPS) nach DIN EN ISO 15609-4 bildet eine essenzielle Grundlage für die Qualitätssicherung in der industriellen Fertigung. Diese Norm bietet eine strukturierte Vorlage, um die relevanten Schweißparameter systematisch zu dokumentieren. Die Einhaltung dieser Norm ist besonders für Unternehmen wichtig, die nach EN 1090 zertifiziert sind.

Wichtige Inhalte der Schweißanweisung

Die Schweißanweisung muss zahlreiche technische Details enthalten, die den Schweißprozess präzise beschreiben. Eine strukturierte Vorlage könnte dabei folgende Punkte umfassen:

• Grundwerkstoff: Angabe der Werkstoffnummer, z. B. 1.4301 oder 1.2343. Diese Werkstoffe sind häufig in der Automobil- und Medizintechnik zu finden.
• Strahlquelle und Wellenlänge: Auswahl zwischen Nd:YAG (1064 nm) und Ytterbium-Faserlaser (1070 nm). Nd:YAG-Laser eignen sich besonders für Anwendungen, die eine hohe Spitzenleistung erfordern.
• Leistung und Pulsparameter: Detaillierte Angaben zur Laserleistung und Pulsdauer. Typische Pulsdauern liegen im Bereich von 0,5 bis 20 ms, während die Leistung je nach Anwendung variieren kann.
• Fokuslage und Spotdurchmesser: Präzise Beschreibung der Fokussierungseinstellungen und des Spotdurchmessers. Ein Spotdurchmesser von 0,2 bis 2,0 mm ist üblich.
• Schutzgas: Typ und Durchflussrate des verwendeten Schutzgases. Häufig verwendete Schutzgase sind Argon und Helium, die zur Reduzierung der Oxidation beitragen.
• Zusatzdraht: Angaben zum verwendeten Zusatzdraht, falls zutreffend. In der Regel wird kein Zusatzdraht verwendet, es sei denn, es sind spezifische Materialanforderungen gegeben.
• Nahtvorbereitung: Beschreibung der vorbereitenden Schritte für die Schweißnaht. Eine sorgfältige Reinigung der Fügeflächen ist entscheidend, um Verunreinigungen zu vermeiden.
• Spanntechnik: Details zur Fixierung und Spannung der Werkstücke während des Schweißens. Eine stabile Fixierung ist erforderlich, um die Präzision des Schweißprozesses zu gewährleisten.

Diese Angaben helfen, die Wärmeeinflusszone zu minimieren und die Einschweißtiefe präzise zu kontrollieren, was besonders bei komplexen Anwendungen im Bereich der Medizintechnik und Automobilindustrie von Bedeutung ist. Um die vollständige Konformität mit der DIN EN ISO 15609-4 sicherzustellen, sollten Unternehmen die Norm im Original konsultieren und gegebenenfalls einen zertifizierten Prüfer wie den TÜV hinzuziehen.

Die umfassende Dokumentation der Schweißanweisung trägt dazu bei, eine gleichbleibend hohe Qualität im Laserschweißen zu gewährleisten und ist ein integraler Bestandteil der Qualitätssicherungsprozesse in der modernen Industrie. Typische Einschweißtiefen bei Präzisionsanwendungen können bis zu 2 mm betragen, während die Wärmeeinflusszone oft auf wenige Millimeter begrenzt wird, um Materialverformungen zu minimieren.

Wie wird eine Laser-WPS qualifiziert? DIN EN ISO 15614-11

Die Qualifizierung einer Schweißanweisung für das Laserschweißen ist ein wesentlicher Schritt zur Sicherstellung der Qualitätssicherung im industriellen Umfeld. Der Prozess beginnt mit der Erstellung einer vorläufigen Schweißanweisung (pWPS), gefolgt von einer detaillierten Verfahrensprüfung. Diese Prüfungen gewährleisten, dass die Schweißanweisung alle relevanten Anforderungen gemäß der DIN EN ISO 15614-11 erfüllt und somit eine solide Grundlage für die industrielle Anwendung bietet. Typische Leistungsbereiche für industrielle Laserschweißsysteme liegen bei 100 bis 500 Watt, wobei die Wellenlänge häufig bei 1064 nm für Nd:YAG-Laser und 1070 nm für Faserlaser liegt. Die Wärmeeinflusszone (WEZ) ist dabei minimal, was eine hohe Präzision ermöglicht.

Der Ablauf entspricht den Anforderungen der Normen DIN EN ISO 15609-4 und EN 1090.

Erstellung der vorläufigen WPS (pWPS)

Der erste Schritt ist die Entwicklung einer pWPS, die die grundlegenden Parameter des Laserschweißens definiert. Diese vorläufige Schweißanweisung dient als Basis für die anschließenden Prüfungen. Alle relevanten Schweißparameter müssen klar dokumentiert werden, um eine konsistente Qualität sicherzustellen. Zu den typischen Parametern gehören die Einschweißtiefe, die je nach Material und Laserleistung bis zu einigen Millimetern betragen kann, sowie die Schweißgeschwindigkeit, die in der Regel zwischen 0,5 und 5 m/min liegt.

Durchführung der Verfahrensprüfung

Im Rahmen der Verfahrensprüfung wird ein Prüfstück gemäß der pWPS geschweißt. Anschließend erfolgen umfangreiche Prüfungen, darunter Sichtprüfungen und zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP). Die Prüfung der Schweißnahtgeometrie mittels Schliffanalyse ist entscheidend, um die Verfahrens-Tiefe zu bewerten. Diese Prüfungen sind darauf ausgelegt, die Integrität der Schweißnaht sowie die Einhaltung der Normanforderungen sicherzustellen. Für die Strahlcharakterisierung kann die ISO 11146 herangezogen werden, um die Strahlqualität und Fokussierbarkeit zu bewerten.

Bewertung und Zertifizierung

Nach Abschluss der Prüfungen erfolgt die Bewertung gemäß DIN EN ISO 13919. Diese Norm legt die Bewertungsgruppen für Schweißnähte fest und ist entscheidend für die Beurteilung der Schweißqualität. Weitere Informationen zur Bewertung finden Sie in unserem Artikel über die Bewertungsgruppen. Materialien wie der nichtrostende Stahl 1.4301 oder der Werkzeugstahl 1.2343 sind häufige Kandidaten für Laserschweißanwendungen, da sie eine gute Schweißbarkeit aufweisen.

Freigabe der endgültigen WPS

Die erfolgreich geprüfte WPS wird als „Welding Procedure Qualification Record“ (WPQR) dokumentiert. Diese Dokumentation bildet die Basis für die endgültige und freigegebene Schweißanweisung, die in der Produktion eingesetzt werden kann. Die Einhaltung der Normen und die ordnungsgemäße Durchführung der Verfahrensprüfung sind entscheidend, um eine Zertifizierung nach EN 1090 und anderen relevanten Standards zu erreichen. Die Prozessstabilität und Wiederholgenauigkeit sind dabei entscheidende Faktoren, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten.

Geltungsgrenzen der Qualifizierung: wesentliche Einflussgrößen

Werkstoffwechsel und Strahlquellen

Beim Laserschweißen sind die spezifischen Anforderungen an die Schweißanweisung (WPS) von entscheidender Bedeutung. Ein Wechsel des Werkstoffs erfordert eine neue Qualifizierung, da unterschiedliche Materialien, wie zum Beispiel 1.4301 oder 1.2343, verschiedene Schweißeigenschaften aufweisen. Ebenso müssen Änderungen der Strahlquelle, etwa der Wechsel zwischen einem Nd:YAG-Laser und einem Ytterbium-Faserlaser, in der Schweißanweisung berücksichtigt werden, da diese Technologien unterschiedliche Wärmeeinflusszonen und Einschweißtiefen erzeugen.

Einfluss von Blechdicke und Nahtart

Auch die Blechdicke und die Art der Naht beeinflussen die Geltungsgrenzen der Qualifizierung. Bei Änderungen dieser Parameter ist eine Anpassung der WPS erforderlich, um sicherzustellen, dass die Schweißverbindung den Anforderungen der EN 1090 entspricht. Die Schweißanweisung muss die spezifischen Details der Verbindung dokumentieren, um eine konsistente Qualitätssicherung zu gewährleisten.

Schutzgasführung als variable Einflussgröße

Die Schutzgasführung spielt ebenfalls eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung der Geltungsgrenzen. Eine geänderte Schutzgasführung kann Auswirkungen auf die Schweißqualität haben und erfordert daher eine Anpassung der Schweißanweisung. Die richtige Wahl des Schutzgases und dessen Flussrate müssen in der WPS spezifiziert sein, um die gewünschte Nahtqualität sicherzustellen.

Typischerweise werden Schutzgase wie Argon oder Helium verwendet, um die Schweißnaht vor Oxidation zu schützen und die Qualität der Nahtoberfläche zu verbessern. Die Flussrate des Schutzgases kann je nach Material und Nahtart variieren und muss sorgfältig überwacht werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Für eine vollständige und normenkonforme Dokumentation der schweißtechnischen Parameter gemäß DIN EN ISO 15609-4 ist es ratsam, sich regelmäßig über die aktuellen Standards und Normen zu informieren, um die Konformität zu gewährleisten. Eine fundierte Schweißanweisung ist nicht nur ein Instrument zur Qualitätssicherung, sondern auch eine Grundlage für die Zertifizierung durch anerkannte Institutionen wie den TÜV.

Gemäß DIN EN ISO 15614-11 ist die Qualifizierung von Schweißverfahren ein kritischer Schritt, um sicherzustellen, dass alle relevanten Parameter, einschließlich Material, Strahlquelle und Schutzgasführung, den industriellen Standards entsprechen und die gewünschte Schweißqualität erreicht wird.

Wie kommt die WPS in die Fertigung? Vom Dokument zum reproduzierbaren Prozess

Alle Werte sind allgemeine Richtwerte für das Laserschweißen und nicht spezifisch für ein Sigma Laser Produkt. Für konkrete Maschinenparameter siehe Herstellerangaben.

Einführung in die Schweißanweisung Laserschweißen (WPS)

Die Schweißanweisung (WPS) ist ein unverzichtbares Dokument zur Qualitätssicherung im industriellen Laserschweißen. Sie beschreibt die spezifischen Schweißparameter und Verfahren, die zur Erreichung einer gleichbleibenden Qualität erforderlich sind. Um eine WPS in der Praxis umzusetzen, müssen die freigegebenen Parametersätze im Programmspeicher der Schweißanlage hinterlegt werden. Sigma-Laser-Systeme bieten die Möglichkeit, bis zu 50 Programme zu speichern, wobei eine Erweiterung auf über 100 Programme möglich ist.

Umsetzung an der Maschine

Die Speicherung der Parametersätze in der Schweißanlage ist der erste Schritt zur Umsetzung der WPS. Dabei ist es wichtig, dass alle Änderungen an den Parametern streng dokumentiert und überprüft werden. Ungeprüfte Parameteränderungen können zu Qualitätsabweichungen und damit zu Produktionsausfällen führen. Eine gründliche Bedienerunterweisung stellt sicher, dass alle Anwender mit der Handhabung der Programme und der Bedeutung der WPS vertraut sind.

Die Einhaltung der ISO 11146 zur Strahlcharakterisierung kann helfen, die Strahlqualität zu überwachen und sicherzustellen, dass die Laserparameter konstant bleiben. Dies ist entscheidend für die Reproduzierbarkeit und Präzision des Schweißprozesses.

Praxisbeispiel: Einführung einer WPS an einer Sigma-Anlage

Stellen Sie sich vor, Sie arbeiten mit einer Sineo Light in Ihrer Produktion. Nach der Erstellung der Schweißanweisung gemäß DIN EN ISO 15609-4 speichern Sie die freigegebenen Parametersätze in der Steuerung der Anlage. Die Bediener werden geschult, um sicherzustellen, dass sie die Programme korrekt anwenden und keine Änderungen ohne vorherige Prüfung vornehmen. Dies gewährleistet, dass der Schweißprozess konstant bleibt und die Anforderungen der EN 1090 für die Zertifizierung erfüllt werden.

Wichtige Aspekte der Änderungsdisziplin

• Alle Änderungen müssen dokumentiert und freigegeben werden.
• Regelmäßige Schulungen der Bediener sind notwendig.
• Periodische Überprüfungen der Programme auf Einhaltung der WPS.

Durch die Einhaltung dieser Richtlinien und die strukturierte Umsetzung der WPS können Sie die Qualität Ihrer Laserschweißprozesse sicherstellen und gleichzeitig die Konformität mit internationalen Normen wie der ISO 3834 und der DIN EN ISO 9606 gewährleisten.

Die Überwachung der Prozessparameter, wie die Einhaltung von Toleranzen und die Wiederholgenauigkeit, ist entscheidend, um die Anforderungen an die Schweißqualität zu erfüllen. Typische Toleranzen im Laserschweißen können im Bereich von ±0,1 mm liegen, abhängig von der Anwendung und den spezifischen Materialanforderungen.

WPS im QS-System: Einbindung in ISO 3834 und Audit-Praxis

Die Schweißanweisung beim Laserschweißen (WPS) ist ein zentrales Element der Qualitätssicherung und wird in vielen Industriebereichen, wie zum Beispiel in der Automobil- oder Luftfahrtindustrie, eingesetzt. Eine ordnungsgemäß dokumentierte WPS stellt sicher, dass alle Laserschweißprozesse konsistent und normgerecht ausgeführt werden. Die Integration dieser Anweisungen in ein QS-System gemäß ISO 3834 gewährleistet die Rückverfolgbarkeit und Einhaltung der Qualitätsstandards.

Dokumentenlenkung und Rückverfolgbarkeit

Die Dokumentenlenkung stellt sicher, dass die WPS stets aktuell und den relevanten Normen entsprechend ist. Ein entscheidender Aspekt ist die Rückverfolgbarkeit der Schweißnähte sowohl zum WPS-Dokument als auch zum verantwortlichen Bediener. Dies erfordert eine genaue Zuordnung der Prozessdaten, die im Rahmen der EN 1090 und anderen Standards, wie der DIN EN ISO 14732, umgesetzt wird.

Die Rückverfolgbarkeit wird durch die Anwendung von Prozessüberwachungsstandards wie der ISO 11146 zur Strahlcharakterisierung unterstützt, die eine genaue Dokumentation und Analyse der Laserstrahlparameter ermöglicht. Dies ist besonders wichtig, um die Konsistenz und Qualität der Schweißnähte zu gewährleisten.

Typische Auditfragen

In Audits wird typischerweise geprüft, ob die WPS vollständig und korrekt implementiert ist und ob alle Schweißer gemäß DIN EN ISO 9606 qualifiziert sind. Fragen könnten sich auf die Überprüfung der Dokumentation beziehen, wie z.B.:

• Ist die Schweißanweisung für alle relevanten Prozesse verfügbar?
• Wie wird die Einhaltung der WPS in der Praxis sichergestellt?
• Welche Maßnahmen zur Schulung und Qualifizierung der Bediener sind dokumentiert?

Weitere Details zur Struktur und Logik der WPS finden Sie in der tiefergehenden Analyse der schweißtechnischen Qualitätsanforderungen. Eine umfassende Liste der relevanten Normen und Sicherheitsrichtlinien ist im Übersichtshub für Laserschweißen-Normen verfügbar.

Die Einbindung von Normen wie der DIN EN ISO 15614, die die Qualifizierung von Schweißverfahren beschreibt, ist entscheidend für die Sicherstellung der Prozessqualität und -konsistenz DIN EN ISO 15614-11:2002-02.