Sudarea cu laser va revoluționa construcția din oțel
Eficiența energetică și a resurselor devin din ce în ce mai importante și recent Institutul Fraunhofer pentru Materiale și Tehnologia Grinzilor IWS a lucrat cu partenerii săi pentru a dezvolta o alternativă la structurile convenționale din oțel, care încorporează, de asemenea, hardware de bază și siguranță laser. Soluția facilitează procesarea mai blândă a materialelor de înaltă materiale rezistente și reduce semnificativ consumul de energie și costurile, crescând în același timp semnificativ viteza de procesare. În comparație cu procesele convenționale de sudare, consumul de energie necesar pentru componente poate fi redus cu până la 80 la sută. În plus, îndreptarea ulterioară a componentei este complet eliminată din proces. Procesul inovator de sudare este de așteptat să fie prezentat la Hannover Messe Preview 2022.
Multe structuri tehnice sunt construite într-o formă de oțel. Fie că este vorba despre o navă container, un vehicul feroviar, un pod sau un turn de turbină eoliană, în aceste structuri pot exista sute de metri de sudură. Prin urmare, dacă se folosesc procese industriale convenționale precum sudarea cu gaz activat cu metal sau sudarea cu arc scufundat, apar probleme într-un fel sau altul: din cauza rezistenței scăzute a arcului, cea mai mare parte a energiei consumate nu este de fapt utilizată în procesul de sudare, dar se pierde în componentă sub formă de căldură. Energia necesară pentru procesarea post-sudare este de obicei similară cu energia necesară pentru procesul de sudare în sine. „Aceste procese consumatoare de energie pot provoca daune termice severe ale materialului și pot duce la deformarea severă a structurii, care mai târziu necesită lucrări de îndreptare foarte costisitoare”. Dr. Dirk Dittrich, șeful Fraunhofer IWS Laser Beam Welding Group, subliniază.
Raza laser este poziționată la îmbinarea dintre cele două margini ale plăcii de sudat și metalul de adaos este introdus în fața acestuia, proces care produce o sudură de înaltă calitate.
Proces puternic de sudare cu laser
Un grup de cercetători condus de Dr. Dittrich a dezvoltat o alternativă eficientă din punct de vedere energetic împreună cu parteneri industriali, ca parte a proiectului „VE-MES – Sudura cu laser cu distorsiuni reduse și eficientă energetică cu interfețe înguste”. Sudarea cu interfețe înguste cu mai multe treceri cu laser folosește un laser de mare putere disponibil în comerț și se distinge de metodele convenționale datorită numărului redus de straturi și a volumului semnificativ mai mic al cordonului de sudură. În raportul său, dr. Dittrich se referă la principalele avantaje ale procesului de sudare. .
„În funcție de componentă, putem reduce aportul de energie la componentă în timpul sudării cu până la 80% și putem reduce consumul de material de umplutură cu până la 85% în comparație cu procesele convenționale cu arc”, a raportat Dr. Dittrich. „În plus, există nu este nevoie să efectuăm un proces de îndreptare a pieselor aflate în studiu. Ca urmare, putem reduce timpii și costurile de producție, putem prelucra oțel de înaltă rezistență și putem îmbunătăți semnificativ echilibrul de CO2 de-a lungul întregului lanț de producție Având în vedere numărul mare de oțel structurile construite în Germania și în întreaga lume, acest lucru s-ar putea dovedi a fi foarte benefic.” Acest lucru se datorează faptului că intensitatea ridicată a fasciculului laser asigură că aportul de energie este foarte concentrat la punctul de sudare, în timp ce zona înconjurătoare a componentei rămâne relativ rece. „Timpul de sudare este, de asemenea, redus cu 50 până la 70 la sută”, spune Dittrich.
Noul proces este, de asemenea, remarcabil în ceea ce privește calitatea sudurii - cusătura de sudură este semnificativ mai subțire, iar marginile sunt aproape paralele, în timp ce în procesele de sudare convenționale, cusătura este în formă de V. „Dacă în procesul de construcție a oțelului se folosește sudarea cu laser, aceasta va deveni un punct de vânzare unic pentru compania medie germană și își va consolida poziția pe piață în fața concurenței internaționale”, spune Dittrich încrezător. „Oferim industriei o formă eficientă de tehnologie de sudare care va revoluționa construcțiile din oțel datorită aplicării sale rentabile și proceselor de producție eficiente din punct de vedere al resurselor.
Secțiuni transversale ale îmbinărilor sudate și îmbinărilor în T produse cu laser MPNG: suduri superbe garantate la costuri și consum de resurse semnificativ reduse.
Studiu practic: grinzi de otel pentru constructia macaralei de interior
Cercetătorii Fraunhofer IWS au demonstrat performanța noii lor dezvoltări folosind exemple practice de construcție de macarale de interior. Ei au implementat noua tehnologie de sudare folosind o tehnologie specială de sistem și un concept integrat de protecție a fasciculului. Designul experimental al profilului dreptunghiular de patru metri lungime al secțiunii macaralei de interior respectă liniile directoare comparabile de proiectare și producție pentru componentele de producție convenționale. S-au realizat suduri de aplicație tipică: îmbinări cap la cap pe o placă de 30 mm și îmbinări în T complet îmbinate (placă de 15 mm).
Pentru o sudare de un metru lungime, costul unei plăci cu o grosime de 30 mm poate fi redus cu până la 50 la sută în comparație cu sudarea cu arc scufundat, inclusiv procesul de îndreptare ulterior. Pentru plăcile subțiri cu grosimea mai mică de 20 mm, procesul de sudare cu gaz activat de metal este, de asemenea, utilizat în mod obișnuit, iar potențialele economii de costuri sunt și mai mari, până la 80 la sută. Pentru companiile mari, economii de peste 100 EUR,000 pe an pot fi realizate numai prin sudarea materialului de umplutură. În plus, sursa de fascicul laser utilizată oferă un potențial mare de stopare a creșterii costurilor energetice datorită eficienței sale ridicate (aproximativ 50 la sută) și a eficienței bune a procesului (reducerea cu 80 la sută a energiei aportului). Cu această dovadă de aplicabilitate practică, metoda poate fi acum extinsă la alte aplicații.
Cercetătorii IWS au folosit o secțiune de macara de interior realizată din oțel structural S355J2 (4 x 0,75 x 0,5 m) pentru a demonstra că procesul lor de sudare cu laser MPNG dezvoltat poate reduce costurile cu energie cu până la 80% și consumul de material de umplutură cu până la 85% în comparație cu procesele convenționale de sudare.
Principiul sudării cu laser cu mai multe treceri cu goluri înguste (MPNG)
În timp ce se adaugă metalul de adaos, laserul este poziționat la îmbinarea dintre marginile celor două foi care urmează să fie sudate. Energia fasciculului laser topește marginile piesei de prelucrat și metalul de umplutură pe fir, care apoi umple golul dintre cele două piese și creează o sudură de înaltă calitate. Acest proces poate fi utilizat pentru a suda configurații tipice de îmbinare în construcțiile din oțel. Marginile plăcilor sunt tăiate cu plasmă, iar îmbinările au uneori goluri de până la 2 mm lățime, care pot fi acoperite în mod fiabil prin procesul de sudare cu laser. La sudarea benzilor (articulații în T) sau a îmbinărilor cap la cap, procesul asigură că îmbinarea este completă, adică cele două părți sunt îmbinate pe întreaga zonă de contact. În construcția convențională din oțel, aceasta este o limitare tehnică, în special atunci când se utilizează îmbinări în T.
