Forschung
Wie Künstliche Intelligenz neue Möglichkeiten für die Qualitätssicherung im Rohrleitungsbau eröffnen kann, wurde im Projekt "PipeSafe" des SKZ erforscht. - © Luca Hoffmannbeck, SKZ
13.10.2026

Künstliche Intelligenz bewertet Qualität von Stumpfschweißverbindungen im Rohrleitungsbau

Die Qualität von Schweißverbindungen ist ein entscheidender Faktor für die Sicherheit und Langlebigkeit von Kunststoffrohrleitungssystemen. Im Forschungsprojekt „PipeSafe“ untersuchte das Kunststoff-Zentrum SKZ gemeinsam mit Industrievertretern, wie sich moderne Sensorik und Methoden des maschinellen Lernens nutzen lassen, um die Qualität von Schweißverbindungen bereits während des Fertigungsprozesses vorherzusagen.

Das Projekt wurde von einem Begleitgremium unterstützt, in dem Vertreter verschiedener Branchen eingebunden waren. Dazu gehörten Hersteller von Rohrleitungssystemen, Schweißgeräten und Messtechnik ebenso wie Prüfdienstleister und Verteilnetzbetreiber. Der regelmäßige Austausch mit den Beteiligten stellte sicher, dass die Forschungsarbeiten praxisnah ausgerichtet waren und industrielle Anforderungen berücksichtigten.

Im Mittelpunkt der Untersuchungen stand eine Technikumsmaschine zum Heizelementstumpfschweißen, die mit einem Wärmestromsensor ausgestattet war. Im Rahmen einer systematischen Versuchsreihe mit dem Werkstoff PE100-RC wurden während jedes Schweißvorgangs die zeitlichen Verläufe der Prozessparameter Weg, Kraft und Wärmestrom aufgezeichnet. Die Qualität der erzeugten Schweißnähte wurde anschließend anhand von Biege- und Kurzzeit-Zugversuchen sowie bei ausgewählten Proben durch Zeitstand-Zugversuche bewertet. Die Ergebnisse wurden anschließend mit den erfassten Prozessdaten in Beziehung gesetzt.

Entwicklung verschiedener Machine-Learning-Modelle

Auf Basis dieser Daten entwickelte das Projektteam verschiedene Machine-Learning-Modelle zur Prognose der Schweißnahtqualität. Die Modelle erzielten für die quantitative Bewertung der Schweißqualität ein Bestimmtheitsmaß von R2 = 82,9 Prozent. Für eine praxisnahe, kategorische Bewertung nach einem Ampelsystem wurde sogar ein Bestimmtheitsmaß von R2 = 89,5 Prozent erreicht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich relevante Qualitätsmerkmale von Schweißverbindungen bereits während des Fügevorgangs mit hoher Zuverlässigkeit prognostizieren lassen.

„Mit PipeSafe konnten wir erstmals zeigen, dass sich Prozessdaten wie Kraft, Weg und insbesondere der Wärmestrom erfolgreich mit Methoden des maschinellen Lernens verknüpfen lassen, um die Qualität von Schweißverbindungen zu prognostizieren. Die erzielten Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt hin zu intelligenteren und sichereren Schweißprozessen im Rohrleitungsbau“, erklärt Mingo Kübert, Scientist in der Forschungsgruppe Digitalisierung am SKZ.

Gleichzeitig machte das Projekt auch die Herausforderungen bei der Entwicklung datengetriebener Qualitätsmodelle deutlich. Für eine weitere Verbesserung der Modellgenauigkeit wären deutlich größere Datensätze erforderlich gewesen. Zudem konnten im Rahmen des Projekts keine umfangreichen Langzeitfestigkeitsprüfungen durchgeführt werden, da diese mit einem hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand verbunden sind. Nach Einschätzung des Begleitgremiums wären gerade diese Langzeituntersuchungen für viele industrielle Anwendungen von besonderer Bedeutung und könnten zukünftig zusätzliche Erkenntnisse liefern.

Richtungsweisende Ergebnisse

Trotz dieser Einschränkungen bewertet das Projektteam die Ergebnisse als richtungsweisend für die weitere Digitalisierung von Schweißprozessen. Die Kombination aus moderner Sensorik, Prozessdatenanalyse und Künstlicher Intelligenz eröffnet neue Möglichkeiten für die Qualitätssicherung im Rohrleitungsbau. Daher besteht großes Interesse, die Arbeiten in einem vertiefenden Folgeprojekt gemeinsam mit Maschinenherstellern und weiteren Industriepartnern fortzuführen.

(Quelle: FSKZ e. V.)

 

 

 

 

Schlagworte

ForschungFügen von KunststoffenHeizelementstumpfschweißenJoining PlasticsJPKünstliche IntelligenzKunststoffrohreRohrleitungsbauSchweißenSchweißnähteStumpfschweißen

Verwandte Artikel

04.11.2026

Neuerscheinung Merkblatt DVS 0964

Mit Ausgabedatum November 2026 ist das Merkblatt DVS 0964 „Unterpulver-Doppeldrahtschweißen“ erschienen. Die Neuerscheinung ersetzt die Ausgabe von Oktober 2006.

Doppeldrahtschweißen DVS Lichtbogenschweißen Merkblatt Schweißen Unterpulverschweißen UP-Schweißen
Mehr erfahren
xTool MetalFab
04.11.2026

Multifunktionales Lasersystem für verschiedene Metalle

Auf der diesjährigen Euroblech in Hannover vom 20. bis 23. Oktober präsentierte xTool den xTool MetalFab, eine Lösung für Laserstrahlschweißen und CNC-Schneiden in der Me...

Aluminium CNC-Schneidsysteme Edelstahl Gravieren Laserstrahlschweißen Metallbearbeitung Reinigen Schneiden Schweißen Verzinkte Bleche
Mehr erfahren
03.11.2026

Simulierte Schweißprozesse: Was möglich und was wichtig ist

Wie gelingt auf Anhieb ein perfekter Schweißprozess? Die Simulations-Software Ansys wurde nun um eine neue Funktion für das Einrichten des Fügeprozesses erweitert.

Additive Fertigung DED Modellierung Prozessparameter Schweiß-Simulation Schweißeigenspannungen Schweißen Schweißprozess Schweißverzug Software
Mehr erfahren
DVS Group
03.11.2026

Jubiläum am ifw Jena

Prof. Dr.-Ing Günter Köhler, Gründer des Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung in Jena, feiert dieses Jahr seinen 85. Geburtstag.

Forschungsinstitut Fügetechnik Jubiläum Schweißen Werkstoffprüfung
Mehr erfahren