Hàn laser sẽ cách mạng hóa xây dựng thép
Hiệu quả sử dụng năng lượng và tài nguyên ngày càng trở nên quan trọng và gần đây Viện Fraunhofer về Vật liệu và Công nghệ Chùm IWS đã làm việc với các đối tác của mình để phát triển một giải pháp thay thế cho các kết cấu thép thông thường cũng kết hợp phần cứng cơ bản và an toàn laser. vật liệu bền và giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng và chi phí, đồng thời tăng đáng kể tốc độ xử lý. So với quy trình hàn thông thường, năng lượng đầu vào cần thiết cho các bộ phận có thể giảm tới 80%. Ngoài ra, việc nắn thẳng thành phần tiếp theo sẽ bị loại bỏ hoàn toàn khỏi quy trình. Quy trình hàn sáng tạo dự kiến sẽ được giới thiệu tại Hannover Messe Preview 2022.
Nhiều cấu trúc kỹ thuật được xây dựng bằng một số dạng thép. Dù là tàu container, phương tiện giao thông đường sắt, cầu hay tháp tuabin gió, có thể có hàng trăm mét đường hàn trong các kết cấu này. Do đó, nếu sử dụng các quy trình công nghiệp thông thường như hàn khí hoạt tính kim loại hoặc hàn hồ quang chìm, các vấn đề nảy sinh theo cách này hay cách khác: do cường độ của hồ quang thấp, phần lớn năng lượng tiêu thụ không thực sự được sử dụng trong quá trình hàn mà bị mất thành phần dưới dạng nhiệt. Năng lượng cần thiết cho quá trình gia công sau mối hàn thường tương tự như năng lượng cần thiết cho chính quá trình hàn. "Các quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng này có thể gây ra hư hỏng nhiệt nghiêm trọng cho vật liệu và dẫn đến biến dạng nghiêm trọng của cấu trúc, sau này đòi hỏi phải làm thẳng rất tốn kém." Tiến sĩ Dirk Dittrich, người đứng đầu Nhóm hàn tia laser Fraunhofer IWS, nhấn mạnh.
Chùm tia laze được định vị tại mối nối giữa hai mép tấm cần hàn và kim loại phụ được đưa vào phía trước nó, một quá trình tạo ra mối hàn chất lượng cao.
Quá trình hàn laser mạnh mẽ
Một nhóm các nhà nghiên cứu do Tiến sĩ Dittrich đứng đầu đã phát triển một giải pháp thay thế tiết kiệm năng lượng cùng với các đối tác công nghiệp trong khuôn khổ dự án "VE-MES - Hàn khoảng cách hẹp bằng laser hiệu quả và có độ méo thấp". Hàn khe hở hẹp nhiều khe bằng laser sử dụng tia laser công suất cao có sẵn trên thị trường và nổi bật so với các phương pháp thông thường do giảm số lớp và khối lượng đường hàn nhỏ hơn đáng kể. .
"Tùy thuộc vào thành phần, chúng tôi có thể giảm năng lượng đầu vào cho thành phần trong quá trình hàn lên đến 80% và chúng tôi có thể giảm tiêu thụ vật liệu phụ lên đến 85% so với quy trình hồ quang thông thường", Tiến sĩ Dittrich báo cáo. không cần phải thực hiện quá trình nắn thẳng cho các bộ phận đang nghiên cứu. Do đó, chúng tôi có thể giảm thời gian và chi phí sản xuất, xử lý thép cường độ cao và cải thiện đáng kể sự cân bằng CO2 trong toàn bộ dây chuyền sản xuất. Với số lượng lớn thép những công trình đang được xây dựng ở Đức và khắp nơi trên thế giới, điều này có thể chứng tỏ là rất có lợi. " Điều này là do cường độ cao của chùm tia laser đảm bảo rằng năng lượng đầu vào tập trung cao tại điểm hàn, trong khi khu vực xung quanh của linh kiện vẫn tương đối mát mẻ. Dittrich nói: “Thời gian hàn cũng giảm từ 50 đến 70%.
Quy trình mới cũng nổi bật về chất lượng mối hàn - đường hàn mỏng hơn đáng kể và các cạnh gần như song song, trong khi trong quy trình hàn thông thường, đường hàn có hình chữ V. Dittrich nói: “Nếu hàn laser được sử dụng trong quá trình xây dựng thép, nó sẽ trở thành một điểm bán hàng độc nhất cho công ty quy mô vừa của Đức và củng cố vị thế trên thị trường của mình trong bối cảnh cạnh tranh quốc tế. "Chúng tôi đang cung cấp cho ngành công nghiệp một dạng công nghệ hàn hiệu quả sẽ cách mạng hóa ngành xây dựng thép nhờ ứng dụng hiệu quả về chi phí và quy trình sản xuất tiết kiệm tài nguyên.
Mặt cắt của mối hàn và mối nối chữ T được sản xuất bằng laser MPNG: mối hàn tuyệt vời được đảm bảo với chi phí và tiêu thụ tài nguyên giảm đáng kể.
Học thực tế: dầm thép cấu tạo cầu trục trong nhà
Các nhà nghiên cứu Fraunhofer IWS đã chứng minh hiệu suất của sự phát triển mới của họ bằng cách sử dụng các ví dụ thực tế về cấu tạo cần trục trong nhà. Họ đã triển khai công nghệ hàn mới bằng cách sử dụng công nghệ hệ thống đặc biệt và khái niệm bảo vệ chùm tia tích hợp. Thiết kế thử nghiệm của mặt cắt hình chữ nhật dài bốn mét của phần cần trục trong nhà tuân thủ các hướng dẫn thiết kế và chế tạo có thể so sánh được đối với các bộ phận sản xuất thông thường. Các mối hàn ứng dụng điển hình đã được sản xuất: mối nối đối đầu trên tấm 30 mm và mối nối chữ T được nối hoàn toàn (tấm 15 mm).
Đối với mối hàn dài một mét, chi phí của tấm có độ dày 30 mm có thể giảm tới 50% so với hàn hồ quang chìm, bao gồm cả quá trình nắn thẳng sau đó. Đối với các tấm mỏng dày dưới 20 mm, quy trình hàn khí hoạt hóa kim loại cũng thường được sử dụng và khả năng tiết kiệm chi phí thậm chí còn cao hơn, lên đến 80%. Đối với các công ty lớn, có thể tiết kiệm được hơn € 100, 000 mỗi năm chỉ bằng vật liệu hàn. Ngoài ra, nguồn chùm tia laser được sử dụng có tiềm năng lớn để ngăn chặn chi phí năng lượng tăng do hiệu suất cao (khoảng 50%) và hiệu quả quy trình tốt (giảm 80% năng lượng đầu vào). Với bằng chứng về khả năng ứng dụng thực tế này, phương pháp hiện có thể được mở rộng cho các ứng dụng khác.
Các nhà nghiên cứu của IWS đã sử dụng phần cần cẩu trong nhà làm bằng thép kết cấu S355J2 (4 x 0. 75 x 0. 5 m) để chứng minh rằng quy trình hàn MPNG bằng laser do họ phát triển có thể giảm chi phí năng lượng lên đến 80%. và tiêu thụ vật liệu độn lên đến 85% so với quy trình hàn thông thường.
Nguyên lý của hàn khe hẹp đa khe bằng laser (MPNG)
Trong khi kim loại phụ đang được thêm vào, tia laser được định vị tại mối nối giữa các cạnh của hai tấm được hàn. Năng lượng của chùm tia laze làm nóng chảy các cạnh của phôi và kim loại phụ trên dây, sau đó lấp đầy khoảng trống giữa hai mảnh và tạo ra mối hàn chất lượng cao. Quá trình này có thể được sử dụng để hàn các cấu hình khớp nối điển hình trong kết cấu thép. Các cạnh của tấm được cắt plasma và các mối nối đôi khi có khoảng trống rộng tới 2 mm có thể được bắc cầu một cách đáng tin cậy bằng quá trình hàn laser. Khi hàn lưới (mối nối chữ T) hoặc mối nối đối đầu, quá trình đảm bảo rằng mối nối hoàn chỉnh, tức là hai phần được nối trên toàn bộ diện tích tiếp xúc. Trong kết cấu thép thông thường, đây là một hạn chế kỹ thuật, đặc biệt là khi sử dụng khớp chữ T.
