Lazer kaynağı çelik konstrüksiyonda devrim yaratacak
Enerji ve kaynak verimliliği giderek daha önemli hale geliyor ve son zamanlarda Fraunhofer Malzeme ve Kiriş Teknolojisi Enstitüsü IWS, ortaklarıyla birlikte temel donanım ve lazer güvenliğini de içeren geleneksel çelik yapılara bir alternatif geliştirmek için çalışıyor. malzemeleri güçlendirir ve enerji tüketimini ve maliyetlerini önemli ölçüde azaltırken, işleme hızını önemli ölçüde artırır. Geleneksel kaynak işlemleriyle karşılaştırıldığında, bileşenler için gereken enerji girdisi yüzde 80'e kadar azaltılabilir. Ek olarak, bileşenin daha sonra düzleştirilmesi işlemden tamamen çıkarılır. Yenilikçi kaynak işleminin Hannover Messe Preview 2022'de sunulması bekleniyor.
Birçok teknik yapı, bir tür çelikten yapılmıştır. İster konteyner gemisi, ister demiryolu aracı, ister köprü, ister rüzgar türbini kulesi olsun, bu yapılarda yüzlerce metrelik kaynak dikişleri olabilir. Bu nedenle, metalle aktifleştirilmiş gaz kaynağı veya toz altı ark kaynağı gibi geleneksel endüstriyel işlemler kullanılırsa, şu veya bu şekilde sorunlar ortaya çıkar: arkın düşük mukavemeti nedeniyle, tüketilen enerjinin çoğu kaynak işleminde fiilen kullanılmaz, ancak bileşene ısı şeklinde kaybolur. Kaynak sonrası işlem için gereken enerji, genellikle kaynak işleminin kendisi için gereken enerjiye benzer. "Bu enerji yoğun işlemler, malzemede ciddi termal hasara neden olabilir ve yapının ciddi deformasyonuna yol açabilir, bu da daha sonra çok pahalı düzleştirme işi gerektirir." Fraunhofer IWS Lazer Işını Kaynak Grubu başkanı Dr Dirk Dittrich vurguluyor.
Lazer ışını, kaynak yapılacak iki plaka kenarı arasındaki ek yerine yerleştirilir ve önüne dolgu metali yerleştirilir, bu da yüksek kaliteli bir kaynak üreten bir işlemdir.
Güçlü lazer kaynak işlemi
Dr. Dittrich liderliğindeki bir grup araştırmacı, "VE-MES - Energy Efficient and Low Distortion Laser Multipass Dar Gap Welding" projesinin bir parçası olarak endüstriyel ortaklarla birlikte enerji verimli bir alternatif geliştirdi. Lazer çok geçişli dar aralıklı kaynak, piyasada bulunan yüksek güçlü bir lazer kullanır ve azaltılmış katman sayısı ve önemli ölçüde daha küçük kaynak dikişi hacmi nedeniyle geleneksel yöntemlerden ayrılır. Dr. Dittrich, raporunda kaynak işleminin başlıca avantajlarından bahseder. .
Dr Dittrich, "Bileşene bağlı olarak, kaynak sırasında bileşene enerji girdisini yüzde 80'e kadar azaltabilir ve dolgu malzemesi tüketimini geleneksel ark proseslerine kıyasla yüzde 85'e kadar azaltabiliriz" dedi. incelenen parçalar için bir doğrultma işlemi gerçekleştirmeye gerek yoktur.Sonuç olarak, üretim sürelerini ve maliyetlerini azaltabilir, yüksek mukavemetli çelik işleyebilir ve tüm üretim zinciri boyunca CO2 dengesini önemli ölçüde iyileştirebiliriz.Çok sayıda çelik göz önüne alındığında Almanya'da ve dünya çapında inşa edilen yapılar, bu çok faydalı olabilir." Bunun nedeni, lazer ışınının yüksek yoğunluğunun, enerji girişinin kaynak noktasında yüksek oranda konsantre olmasını sağlarken, bileşenin çevresindeki alanın nispeten soğuk kalmasıdır. Dittrich, "Kaynak süresi de yüzde 50 ila 70 oranında azaldı" diyor.
Yeni işlem kaynak kalitesi açısından da olağanüstü - kaynak dikişi önemli ölçüde daha ince ve kenarlar neredeyse paralelken, geleneksel kaynak işlemlerinde dikiş V şeklinde. Dittrich, "Çelik konstrüksiyon sürecinde lazer kaynağı kullanılıyorsa, orta ölçekli Alman şirketi için benzersiz bir satış noktası olacak ve uluslararası rekabet karşısında pazardaki konumunu güçlendirecek" diyor. "Sektöre, uygun maliyetli uygulaması ve kaynakları verimli kullanan üretim süreçleri sayesinde çelik konstrüksiyonda devrim yaratacak verimli bir kaynak teknolojisi sunuyoruz.
Lazer MPNG ile üretilen kaynaklı bağlantıların ve T bağlantıların kesitleri: önemli ölçüde azaltılmış maliyet ve kaynak tüketiminde garanti edilen mükemmel kaynaklar.
Pratik çalışma: bina içi vinç yapımı için çelik kirişler
Fraunhofer IWS araştırmacıları, iç mekan vinç yapımının pratik örneklerini kullanarak yeni geliştirmelerinin performansını gösterdi. Özel sistem teknolojisi ve entegre bir ışın koruma konsepti kullanarak yeni kaynak teknolojisini kullandılar. Kapalı vinç bölümünün dört metre uzunluğundaki dikdörtgen profilinin deneysel tasarımı, geleneksel üretim bileşenleri için karşılaştırılabilir tasarım ve üretim yönergelerine uygundur. Tipik uygulama kaynakları üretildi: 30 mm'lik bir plaka üzerinde alın bağlantıları ve tamamen birleştirilmiş T-bağlantıları (15 mm plaka).
Bir metre uzunluğundaki bir kaynak için, 30 mm kalınlığındaki bir levhanın maliyeti, sonraki doğrultma işlemi de dahil olmak üzere tozaltı ark kaynağına kıyasla yüzde 50'ye kadar azaltılabilir. Kalınlığı 20 mm'den az olan ince levhalar için, metalle etkinleştirilmiş gaz kaynağı işlemi de yaygın olarak kullanılmaktadır ve potansiyel maliyet tasarrufu yüzde 80'e kadar daha da yüksektir. Büyük şirketler için, yalnızca dolgu malzemesinin kaynaklanmasıyla yılda 100 €'dan000 fazla tasarruf sağlanabilir. Ayrıca, kullanılan lazer ışını kaynağı, yüksek verimliliği (yaklaşık yüzde 50) ve iyi proses verimliliği (enerji girdisinde yüzde 80 azalma) nedeniyle artan enerji maliyetlerini durdurmak için büyük bir potansiyel sunar. Bu pratik uygulanabilirlik kanıtıyla, yöntem artık diğer uygulamalara genişletilebilir.
IWS araştırmacıları, geliştirdikleri lazer MPNG kaynak işleminin enerji maliyetlerini yüzde 80'e kadar azaltabileceğini göstermek için S355J2 yapısal çelikten (4 x 0.75 x 0,5 m) yapılmış bir kapalı vinç bölümü kullandılar. ve dolgu malzemesi tüketimi, geleneksel kaynak işlemlerine kıyasla yüzde 85'e kadar.
Lazer çok geçişli dar aralıklı kaynak (MPNG) prensibi
Dolgu metali eklenirken lazer, kaynak yapılacak iki sacın kenarları arasındaki ek yerine yerleştirilir. Lazer ışınının enerjisi, iş parçasının kenarlarını ve tel üzerindeki dolgu metalini eritir, daha sonra iki parça arasındaki boşluğu doldurur ve yüksek kaliteli bir kaynak oluşturur. Bu işlem, çelik konstrüksiyondaki tipik bağlantı konfigürasyonlarını kaynaklamak için kullanılabilir. Plakaların kenarları plazma kesimlidir ve bağlantı yerlerinde bazen 2 mm genişliğe kadar boşluklar bulunur ve bunlar lazer kaynak işlemi ile güvenilir bir şekilde köprülenebilir. Ağları (T-eklemleri) veya alın bağlantılarını kaynak yaparken, işlem bağlantının tamamlanmasını, yani iki parçanın tüm temas alanı üzerinde birleştirilmesini sağlar. Geleneksel çelik konstrüksiyonda bu, özellikle T-bağlantıları kullanıldığında teknik bir sınırlamadır.
