Lāzermetināšana radīs revolūciju tērauda konstrukcijās
Energoefektivitāte un resursu efektivitāte kļūst arvien svarīgāka, un pēdējā laikā Fraunhofera Materiālu un staru tehnoloģiju institūts IWS ir sadarbojies ar saviem partneriem, lai izstrādātu alternatīvu tradicionālajām tērauda konstrukcijām, kas ietver arī bāzes aparatūru un lāzera drošību. Risinājums atvieglo saudzīgāku augstas kvalitātes materiālu apstrādi. izturīgus materiālus un ievērojami samazina enerģijas patēriņu un izmaksas, vienlaikus ievērojami palielinot apstrādes ātrumu. Salīdzinot ar parastajiem metināšanas procesiem, komponentiem nepieciešamo enerģijas patēriņu var samazināt līdz pat 80 procentiem. Turklāt turpmākā komponenta iztaisnošana tiek pilnībā izslēgta no procesa. Paredzams, ka novatoriskais metināšanas process tiks prezentēts Hannover Messe Preview 2022.
Daudzas tehniskās konstrukcijas ir izgatavotas no kāda veida tērauda. Neatkarīgi no tā, vai tas ir konteinerkuģis, dzelzceļa transportlīdzeklis, tilts vai vēja ģeneratoru tornis, šajās konstrukcijās var būt simtiem metru metinājuma šuves. Tāpēc, ja tiek izmantoti tradicionālie rūpnieciskie procesi, piemēram, metināšana ar metālu aktivētu gāzi vai metināšana ar zemūdens loku, vienā vai otrā veidā rodas problēmas: loka zemās stiprības dēļ lielākā daļa patērētās enerģijas netiek faktiski izmantota metināšanas procesā, bet tiek zaudēta sastāvdaļai siltuma veidā. Enerģija, kas nepieciešama apstrādei pēc metināšanas, parasti ir līdzīga tai, kas nepieciešama pašam metināšanas procesam. "Šie energoietilpīgie procesi var radīt nopietnus materiāla termiskus bojājumus un izraisīt nopietnas konstrukcijas deformācijas, kas vēlāk prasa ļoti dārgus iztaisnošanas darbus." Dr Dirk Dittrich, Fraunhofer IWS lāzera staru metināšanas grupas vadītājs, uzsver.
Lāzera stars tiek novietots savienojuma vietā starp abām metināmajām plākšņu malām, un tam priekšā tiek ievietots pildmetāls, kas nodrošina augstas kvalitātes metināšanu.
Spēcīgs lāzermetināšanas process
Pētnieku grupa Dr. Ditriha vadībā kopā ar industriālajiem partneriem ir izstrādājusi energoefektīvu alternatīvu projekta "VE-MES - Energy Efficient and Low Distortion Laser Multipass Narrow Gap Welding" ietvaros. Lāzera daudzkārtu šaurspraužu metināšana izmanto komerciāli pieejamu lieljaudas lāzeru, un tā izceļas no tradicionālajām metodēm ar samazinātu slāņu skaitu un ievērojami mazāku metināšanas šuvju apjomu. Dr. Ditrihs savā ziņojumā norāda uz galvenajām metināšanas procesa priekšrocībām. .
"Atkarībā no komponenta mēs varam samazināt enerģijas pievadīšanu komponentam metināšanas laikā līdz pat 80 procentiem un mēs varam samazināt pildvielu patēriņu līdz pat 85 procentiem salīdzinājumā ar parastajiem loka procesiem," ziņoja Dr Dittrich. nav nepieciešams veikt pētāmo detaļu iztaisnošanas procesu. Rezultātā mēs varam samazināt ražošanas laiku un izmaksas, apstrādāt augstas stiprības tēraudu un būtiski uzlabot CO2 līdzsvaru visā ražošanas ķēdē. Ņemot vērā lielo tērauda skaitu Vācijā un visā pasaulē tiek būvētas struktūras, tas varētu izrādīties ļoti izdevīgi." Tas ir tāpēc, ka lāzera stara augstā intensitāte nodrošina, ka enerģijas ievade ir ļoti koncentrēta metināšanas punktā, bet komponenta apkārtējā zona paliek salīdzinoši vēsa. "Arī metināšanas laiks tiek samazināts par 50 līdz 70 procentiem," saka Ditrihs.
Jaunais process ir izcils arī metināšanas kvalitātes ziņā - metinājuma šuve ir ievērojami plānāka un malas ir gandrīz paralēlas, savukārt parastajos metināšanas procesos šuve ir V-veida. "Ja tērauda konstrukciju procesā tiks izmantota lāzermetināšana, tā kļūs par unikālu vidēja lieluma Vācijas uzņēmuma pārdošanas punktu un nostiprinās tā pozīcijas tirgū starptautiskās konkurences apstākļos," pārliecināti saka Ditrihs. "Mēs piedāvājam nozarei efektīvu metināšanas tehnoloģiju veidu, kas radīs revolūciju tērauda konstrukcijās, pateicoties tās rentablai pielietojumam un resursefektīviem ražošanas procesiem.
Metināto savienojumu un T veida savienojumu šķērsgriezumi, kas ražoti ar lāzera MPNG: izcilas šuves garantētas ar ievērojami samazinātām izmaksām un resursu patēriņu.
Praktiskais pētījums: tērauda sijas iekštelpu celtņu konstrukcijai
Fraunhofer IWS pētnieki demonstrēja savas jaunās izstrādes veiktspēju, izmantojot praktiskus iekštelpu celtņu konstrukcijas piemērus. Viņi ieviesa jauno metināšanas tehnoloģiju, izmantojot īpašu sistēmas tehnoloģiju un integrētu staru kūļa aizsardzības koncepciju. Iekštelpu celtņa sekcijas četrus metrus garā taisnstūra profila eksperimentālais dizains atbilst salīdzināmām tradicionālo ražošanas komponentu dizaina un ražošanas vadlīnijām. Tika izgatavotas tipiskas pielietojuma metināšanas šuves: sadursavienojumi uz 30 mm plāksnes un pilnībā savienoti T veida savienojumi (15 mm plāksne).
Vienu metru garai metināšanai 30 mm biezas plāksnes izmaksas var samazināt līdz pat 50 procentiem, salīdzinot ar metināšanu zem ūdens, ieskaitot sekojošo iztaisnošanas procesu. Plānām plāksnēm, kuru biezums ir mazāks par 20 mm, parasti tiek izmantots arī ar metālu aktivēts gāzes metināšanas process, un iespējamie izmaksu ietaupījumi ir vēl lielāki, līdz pat 80 procentiem. Lieliem uzņēmumiem, metinot pildvielu vien, var ietaupīt vairāk nekā 100 eiro000 gadā. Turklāt izmantotais lāzera staru avots piedāvā lielu potenciālu, lai apturētu pieaugošās enerģijas izmaksas, pateicoties tā augstajai efektivitātei (apmēram 50 procenti) un labajai procesa efektivitātei (par 80 procentiem samazinātu enerģijas patēriņu). Pateicoties šiem pierādījumiem par praktisko pielietojumu, metodi tagad var attiecināt uz citiem lietojumiem.
IWS pētnieki izmantoja iekštelpu celtņa sekciju, kas izgatavota no S355J2 strukturālā tērauda (4 x 0,75 x 0,5 m), lai pierādītu, ka viņu izstrādātais lāzera MPNG metināšanas process var samazināt enerģijas izmaksas līdz pat 80 procentiem. un pildvielu patēriņš līdz pat 85 procentiem salīdzinājumā ar parastajiem metināšanas procesiem.
Lāzera daudzkārtu šauras spraugas metināšanas (MPNG) princips
Kamēr tiek pievienots pildviela, lāzers tiek novietots savienojuma vietā starp abu metināmo lokšņu malām. Lāzera stara enerģija izkausē sagataves malas un pildmetālu uz stieples, kas pēc tam aizpilda spraugu starp abiem gabaliem un izveido augstas kvalitātes metinājumu. Šo procesu var izmantot tipisku savienojumu konfigurāciju metināšanai tērauda konstrukcijās. Plākšņu malas ir izgrieztas plazmā, un šuvēs dažkārt ir līdz 2 mm platas spraugas, kuras var droši pārvarēt ar lāzermetināšanas procesu. Metinot audumus (T veida savienojumus) vai sadursavienojumus, process nodrošina savienojuma pilnīgumu, ti, ka abas daļas ir savienotas visā saskares zonā. Parastajā tērauda konstrukcijā tas ir tehnisks ierobežojums, īpaši, ja tiek izmantoti T veida savienojumi.
