Энергоэффективность и ресурсоэффективность приобретают все большее значение. Поэтому Институт материалов и балок Фраунгофера IWS вместе с партнерами разработал альтернативу традиционным стальным конструкциям, которая не только представляет собой технологическое решение, но и формирует основу для аппаратной и лазерной безопасности. В дополнение к более щадящей обработке высокопрочных материалов возможно значительное снижение энергопотребления и затрат при одновременном значительном увеличении скорости процесса. По сравнению с традиционными методами соединения подвод энергии к компоненту может быть снижен до 80 процентов. Последующее выпрямление компонента больше не требуется. Инновационный процесс сварки будет представлен 16 марта на выставке Hannover Messe Preview 2022 и с 30 по 2 мая.
Во многих технических сооружениях есть примеры применения стальных конструкций. Будь то контейнеровозы, железнодорожные транспортные средства, мосты или ветряные электростанции, во всех этих конструкциях может быть несколько 100 метров сварных швов. Для этого обычно используются обычные промышленные процессы, такие как сварка металлическим активным газом или дуговая сварка под флюсом. Проблема с этим: из-за низкой интенсивности дуги большая часть используемой энергии не идет на желаемый процесс сварки, а теряется в виде тепла в компоненте. Потребность в энергии для последующей обработки сварного шва часто того же порядка, что и для фактического процесса сварки. «Эти энергоемкие процессы вызывают значительные термические повреждения материала и приводят к сильному короблению конструкции — и, следовательно, к высоким затратам из-за последующих работ по выпрямлению», — подчеркивает д-р. Дирк Диттрих, руководитель группы лазерной сварки на заводе Fraunhofer IWS.
Исследовательская группа под руководством Диттриха разработала энергоэффективную альтернативу в рамках проекта «VE-MES — Энергоэффективная лазерная многослойная сварка в узкий зазор с малыми искажениями» совместно с промышленными партнерами. Лазерная многослойная сварка в узкий зазор (laser MES, см. также вставку) использует коммерчески доступный мощный лазер и, по сравнению с традиционными методами, отличается меньшим количеством слоев и значительно уменьшенным объемом шва. Это приводит к решающим преимуществам этого процесса сварки. «Мы можем снизить потребление энергии в компоненте во время сварки — в зависимости от компонента — до 80 процентов и расход присадочного материала до 85 процентов по сравнению с традиционными дуговыми процессами», — подчеркивает Дирк Диттрих. »Кроме того, процесс правки рассматриваемого компонента не требовался.2-Баланс всей производственной цепочки четко. Это может быть значительным преимуществом, учитывая большое количество стальных конструкций, которые строятся в Германии и во всем мире». Высокая интенсивность лазерного луча гарантирует очень локальный подвод энергии в точке сварки, в то время как площадь окружающих компонентов остается сравнительно небольшой. холодно. «Время сварки также сокращается на 50–70 процентов», — говорит Диттрих, называя еще одно преимущество. Новый процесс также набирает очки, когда речь заходит о качестве сварных швов: швы значительно тоньше и почти параллельны боковым сторонам, в то время как в традиционных процессах сварки они имеют V-образную форму. »Внедрение лазера в стальную конструкцию, станет уникальным преимуществом для предприятий среднего бизнеса в Германии и укрепит их рыночные позиции в международной конкуренции», — уверен Диттрих. «Мы предлагаем эффективную технологию соединения для промышленности, которая должна произвести революцию в стальном строительстве благодаря экономичному использованию и ресурсосберегающему производственному процессу».
Практическое исследование: стальные балки для конструкции крытых кранов
Исследователи Fraunhofer IWS продемонстрировали эффективность своей разработки на практическом примере строительства крытых кранов. Они использовали новую технологию сварки со специальной системной технологией и интегрированной концепцией радиационной защиты. Конструкция экспериментально сконструированного четырехметрового прямоугольного профиля сегмента крытого крана соответствовала указаниям по проектированию и изготовлению сопоставимых компонентов, изготавливаемых традиционным способом. Были выполнены типичные для применения сварные швы: стыковое соединение на листе толщиной 30 мм и полностью соединенное Т-образное соединение (листовой металл толщиной 15 мм). На метр сварного шва затраты на листовой металл толщиной 30 миллиметров могут быть снижены на 50 процентов по сравнению со сваркой под флюсом, включая последующий процесс правки.Для листового металла толщиной менее 20 миллиметров, где также обычно используются процессы сварки металлов в активном газе, потенциальная экономия затрат до 80 процентов еще выше. Экономия затрат только на сварочных присадочных материалах может составлять более 100 000 евро в год в крупных компаниях. Кроме того, используемые источники лазерного луча предлагают большой потенциал для сдерживания растущих затрат на энергию благодаря их высокой эффективности (примерно 50 процентов) и хорошей эффективности процесса (снижение энергозатрат на 80 процентов). С этим доказательством практической пригодности решение теперь может быть перенесено и на другие приложения.
Принцип лазерной многослойной сварки в узкий зазор
Лазер располагается в зазоре между двумя свариваемыми краями листового металла, в то время как присадочный материал добавляется. Энергия лазерного луча расплавляет торцы деталей, а также присадочный материал из проволоки, который заполняет пространство между двумя деталями и создает качественный сварной шов. Этот процесс позволяет выполнять сварку стандартных стыковых конфигураций в стальных конструкциях. Кромки листового металла вырезаны плазмой, а в стыке имеются зазоры шириной до двух миллиметров, которые надежно перекрывает процесс лазерной сварки. Как при сварке перемычки (таврового соединения), так и при сварке стыкового соединения процесс обеспечивает полное соединение - соединение оба сечения по всей контактной поверхности. В обычных стальных конструкциях это не всегда достигается на 100 процентов из-за технологического процесса, и существуют технологические ограничения, особенно с Т-образными соединениями.
