Laserkeevitus muudab teraskonstruktsiooni revolutsiooniliseks
Energia- ja ressursitõhusus on muutumas üha olulisemaks ning viimasel ajal on Fraunhoferi Materjalide ja Talade Tehnoloogia Instituut IWS töötanud koos oma partneritega selle nimel, et töötada välja tavapärastele teraskonstruktsioonidele alternatiiv, mis hõlmab ka põhiriistvara ja laserohutust. Lahendus hõlbustab kõrgetasemeliste materjalide õrnemat töötlemist. tugevusmaterjalid ja vähendab oluliselt energiakulu ja kulusid, suurendades samal ajal oluliselt töötlemiskiirust. Võrreldes tavapäraste keevitusprotsessidega saab komponentide energiasisendit vähendada kuni 80 protsenti. Lisaks jääb protsessist täielikult välja komponendi hilisem sirgendamine. Uuenduslikku keevitusprotsessi esitletakse eeldatavasti 2022. aasta Hannover Messe Preview'l.
Paljud tehnilised konstruktsioonid on valmistatud terasest. Olgu selleks konteinerlaev, raudteesõiduk, sild või tuulikutorn, nendes konstruktsioonides võib olla sadu meetreid keevisõmblusi. Seega, kui kasutatakse tavapäraseid tööstuslikke protsesse nagu metall-aktiveeritud gaaskeevitus või sukelkaarkeevitus, tekivad ühel või teisel viisil probleemid: kaare vähese tugevuse tõttu ei kasutata enamikku tarbitavast energiast tegelikult keevitusprotsessis ära, vaid kaarkeevitus. läheb komponendile soojuse kujul kaduma. Keevitusjärgseks töötlemiseks kuluv energia on tavaliselt sarnane keevitusprotsessi enda jaoks kuluva energiaga. "Need energiamahukad protsessid võivad tekitada materjalile tugevaid termilisi kahjustusi ja viia konstruktsiooni tugeva deformatsioonini, mis hiljem nõuab väga kulukaid sirgendustöid." Fraunhofer IWS Laser Beam Welding Groupi juht dr Dirk Dittrich rõhutab.
Laserkiir asetatakse kahe keevitatava plaadiserva ühenduskohta ja selle ette sisestatakse täitemetall – protsess annab kvaliteetse keevisõmbluse.
Võimas laserkeevitusprotsess
Dr Dittrichi juhitud teadlaste rühm on projekti "VE-MES - Energy Efficient and Low Distortion Laser Multipass Narrow Gap Welding" raames koos tööstuspartneritega välja töötanud energiasäästliku alternatiivi. Mitmekäigulise kitsa vahega laserkeevitus kasutab kaubanduslikult saadavat suure võimsusega laserit ja eristub tavapärastest meetoditest oma väiksema kihtide arvu ja oluliselt väiksema keevisõmbluse mahu tõttu. Dr Dittrich viitab oma raportis keevitusprotsessi peamistele eelistele. .
"Sõltuvalt komponendist saame vähendada keevitamise ajal komponendi energiasisendit kuni 80 protsenti ja täitematerjali kulu kuni 85 protsenti võrreldes tavaliste kaareprotsessidega," teatas dr Dittrich. ei ole vaja läbi viia uuritavate detailide sirgendamise protsessi.Selle tulemusena saame vähendada tootmisaegasid ja -kulusid, töödelda ülitugevat terast ning oluliselt parandada CO2 tasakaalu kogu tootmisahela ulatuses.Arvestades terase suurt hulka Saksamaal ja mujal maailmas ehitatavate ehitiste puhul võib see osutuda väga kasulikuks. Selle põhjuseks on asjaolu, et laserkiire kõrge intensiivsus tagab, et energiasisend on keevituspunktis väga kontsentreeritud, samas kui komponendi ümbritsev ala jääb suhteliselt jahedaks. "Samuti väheneb keevitusaeg 50–70 protsenti," ütleb Dittrich.
Uus protsess on silmapaistev ka keevisõmbluse kvaliteedi poolest - keevisõmblus on oluliselt õhem ja servad peaaegu paralleelsed, kusjuures tavaliste keevitusprotsesside puhul on õmblus V-kujuline. "Kui teraskonstruktsioonide protsessis kasutada laserkeevitust, saab sellest keskmise suurusega Saksa ettevõtte jaoks ainulaadne müügiargument ja tugevdab tema turupositsiooni rahvusvahelises konkurentsis," ütleb Dittrich veendunult. "Pakume tööstusele tõhusat keevitustehnoloogia vormi, mis muudab teraskonstruktsiooni revolutsiooniliseks tänu oma kuluefektiivsele rakendusele ja ressursitõhusatele tootmisprotsessidele.
Laser-MPNG-ga toodetud keevisliidete ja T-liidete ristlõiked: garanteeritud suurepärased keevisõmblused oluliselt väiksemate kulude ja ressursikuluga.
Praktiline õpe: terastalad sisekraana ehituseks
Fraunhoferi IWS-i teadlased demonstreerisid oma uue arenduse toimivust, kasutades sisekraana ehituse praktilisi näiteid. Nad kasutasid uut keevitustehnoloogiat, kasutades spetsiaalset süsteemitehnoloogiat ja integreeritud valgusvihu kaitse kontseptsiooni. Sisekraana sektsiooni nelja meetri pikkuse ristkülikukujulise profiili eksperimentaalne disain vastab tavapäraste tootmiskomponentide võrreldavatele disaini- ja tootmisjuhistele. Valmistati tüüpilised rakenduskeevisõmblused: põkkliited 30 mm plaadil ja täielikult ühendatud T-liited (15 mm plaat).
Ühe meetri pikkuse keevisõmbluse puhul saab 30 mm paksuse plaadi maksumust vähendada kuni 50 protsenti võrreldes sukelkaarkeevitusega, sh sellele järgnev sirgendamine. Õhukeste plaatide puhul, mille paksus on alla 20 mm, kasutatakse tavaliselt ka metalliga aktiveeritud gaaskeevitusprotsessi ja potentsiaalne kulude kokkuhoid on veelgi suurem, kuni 80 protsenti. Suurettevõtete puhul võib ainuüksi täitematerjali keevitamisega säästa rohkem kui 100 eurot000 aastas. Lisaks pakub kasutatav laserkiire allikas suurt potentsiaali energiakulude tõusu peatamiseks tänu oma kõrgele efektiivsusele (umbes 50 protsenti) ja heale protsessitõhususele (energiasisendi vähenemine 80 protsenti). Nende praktilise rakendatavuse tõenditega saab meetodit nüüd laiendada teistele rakendustele.
IWS-i teadlased kasutasid S355J2 konstruktsiooniterasest (4 x 0,75 x 0,5 m) valmistatud sisekraana sektsiooni, et näidata, et nende arendatud laser-MPNG-keevitusprotsess võib vähendada energiakulusid kuni 80 protsenti. ja täitematerjali kulu kuni 85 protsenti võrreldes tavapäraste keevitusprotsessidega.
Laser-mitmekäigulise kitsa vahekeevituse (MPNG) põhimõte
Täitemetalli lisamise ajal asetatakse laser kahe keevitatava lehe servade ühenduskohta. Laserkiire energia sulatab tooriku servad ja traadil oleva täitemetalli, mis seejärel täidab kahe tüki vahelise tühimiku ja loob kvaliteetse keevisõmbluse. Seda protsessi saab kasutada teraskonstruktsioonide tüüpiliste ühenduskonfiguratsioonide keevitamiseks. Plaatide servad on plasma lõigatud ja liitekohtades on mõnikord kuni 2 mm laiused vahed, mida saab laserkeevitusprotsessiga usaldusväärselt sillata. Võrkude (T-liite) või põkkvuukide keevitamisel tagab protsess liite terviklikkuse, st kahe osa ühendamise kogu kontaktpinna ulatuses. Tavalises teraskonstruktsioonis on see tehniline piirang, eriti T-liidete kasutamisel.
