Lasersuðu mun gjörbylta stálbyggingu
Orku- og auðlindanýting verða sífellt mikilvægari og nýlega hefur Fraunhofer Institute for Materials and Beam Technology IWS unnið með samstarfsaðilum sínum að því að þróa valkost við hefðbundin stálvirki sem einnig inniheldur grunnbúnað og leysiöryggi. Lausnin auðveldar mildari vinnslu á há- styrk efni og dregur verulega úr orkunotkun og kostnaði, en eykur vinnsluhraða verulega. Í samanburði við hefðbundna suðuferli er hægt að minnka orkuinntak sem þarf fyrir íhluti um allt að 80 prósent. Að auki er síðari rétting á íhlutnum algjörlega eytt úr ferlinu. Búist er við að hið nýstárlega suðuferli verði kynnt á Hannover Messe Preview 2022.
Mörg tæknimannvirki eru smíðuð í einhvers konar stáli. Hvort sem það er gámaskip, járnbrautarfarartæki, brú eða vindmylluturn geta verið hundruð metra af suðusaumum í þessum mannvirkjum. Þess vegna, ef notaðir eru hefðbundnir iðnaðarferli eins og málmvirkjað gassuðu eða kafbogasuðu, koma upp vandamál á einn eða annan hátt: vegna lítillar styrkleika ljósbogans er megnið af orkunni sem neytt er í raun ekki notuð í suðuferlinu en tapast fyrir íhlutinn í formi hita. Orkan sem þarf til vinnslu eftir suðu er venjulega svipuð orkan sem þarf fyrir suðuferlið sjálft. "Þessir orkufreku ferli geta valdið miklum hitaskemmdum á efninu og leitt til mikillar aflögunar á burðarvirkinu, sem síðar kallar á mjög dýra réttavinnu." Dr Dirk Dittrich, yfirmaður Fraunhofer IWS Laser Beam Welding Group, leggur áherslu á.
Lasergeislinn er staðsettur við samskeytin á milli plötubrúnanna tveggja sem á að sjóða og fyllimálmurinn er settur fyrir framan hann, ferli sem framleiðir hágæða suðu.
Öflugt lasersuðuferli
Hópur vísindamanna undir forystu Dr. Dittrich hefur þróað orkunýtan valkost ásamt iðnaðaraðilum sem hluta af verkefninu "VE-MES - Energy Efficient and Low Distortion Laser Multipass Narrow Gap Welding". Laser multi-pass þröngt bil suðu notar háa afl leysir í sölu og sker sig úr hefðbundnum aðferðum vegna minnkaðs fjölda laga og verulega minna rúmmáls suðusaums. Í skýrslu sinni vísar Dr. Dittrich til helstu kosta suðuferlisins .
„Það fer eftir íhlutnum, við getum minnkað orkuinntak í íhlutinn við suðu um allt að 80 prósent og við getum dregið úr neyslu á fylliefni um allt að 85 prósent miðað við hefðbundna ljósbogaferli,“ sagði Dr Dittrich. er engin þörf á að framkvæma réttingarferli fyrir þá hluta sem eru til skoðunar. Þar af leiðandi getum við dregið úr framleiðslutíma og kostnaði, unnið hástyrkt stál og verulega bætt CO2 jafnvægi meðfram allri framleiðslukeðjunni. Miðað við mikinn fjölda stáls mannvirki sem verið er að reisa í Þýskalandi og um allan heim gæti þetta reynst mjög gagnlegt.“ Þetta er vegna þess að hár styrkleiki leysigeislans tryggir að orkuinntakið sé mjög einbeitt við suðupunktinn, en nærliggjandi svæði íhlutans helst tiltölulega kalt. „Suðutíminn minnkar líka um 50 til 70 prósent,“ segir Dittrich.
Nýja ferlið er einnig framúrskarandi hvað varðar suðugæði - suðusaumurinn er umtalsvert þynnri og brúnirnar eru nánast samsíða, en í hefðbundnum suðuferlum er saumurinn V-laga. „Ef leysisuðu er notuð í stálbyggingarferlinu mun hún verða einstakur sölustaður fyrir meðalstóra þýska fyrirtækið og styrkja markaðsstöðu þess í alþjóðlegri samkeppni,“ segir Dittrich öruggur. „Við erum að bjóða iðnaðinum upp á skilvirka suðutækni sem mun gjörbylta stálsmíði þökk sé hagkvæmri beitingu og auðlindahagkvæmum framleiðsluferlum.
Þversnið af soðnum samskeytum og T-samskeytum framleidd með laser MPNG: frábærar suðu tryggðar með verulega minni kostnaði og auðlindanotkun.
Verklegt nám: stálbitar fyrir kranasmíði innanhúss
Fraunhofer IWS vísindamennirnir sýndu frammistöðu nýrrar þróunar sinnar með því að nota hagnýt dæmi um innanhúss kranasmíði. Þeir beittu nýju suðutækninni með því að nota sérstaka kerfistækni og samþætta geislavarnarhugmynd. Tilraunahönnun fjögurra metra langa ferhyrndu sniðsins á kranahlutanum er í samræmi við sambærilegar hönnunar- og framleiðsluleiðbeiningar fyrir hefðbundna framleiðsluíhluti. Dæmigert notkunarsuður voru framleiddar: rassskemmdir á 30 mm plötu og heilsamskeyti T-samskeyti (15 mm plata).
Fyrir eins metra langa suðu er hægt að lækka kostnað við plötu með þykkt 30 mm um allt að 50 prósent samanborið við ljósbogasuðu í kafi, þar með talið leiðréttingarferlið í kjölfarið. Fyrir þunnar plötur sem eru minna en 20 mm þykkar er málmvirkjað gassuðuferlið einnig almennt notað og mögulegur kostnaðarsparnaður er enn meiri, allt að 80 prósent. Fyrir stór fyrirtæki er hægt að ná meira en €100,000 sparnaði á ári með því að suða fylliefni eingöngu. Að auki býður leysigeislagjafinn sem notaður er upp á mikla möguleika til að stöðva hækkandi orkukostnað vegna mikillar skilvirkni (u.þ.b. 50 prósent) og góðrar vinnsluskilvirkni (80 prósent lækkun á orkuinntaki). Með þessum sönnunargögnum um hagnýt notagildi er nú hægt að útvíkka aðferðina til annarra nota.
Rannsakendur IWS notuðu kranahluta innanhúss úr S355J2 burðarstáli (4 x 0.75 x 0,5 m) til að sýna fram á að þróað MPNG leysir suðuferli þeirra getur lækkað orkukostnað um allt að 80 prósent og fylliefnisnotkun um allt að 85 prósent miðað við hefðbundna suðuferli.
Meginreglan um leysir multi-pass narrow bil suðu (MPNG)
Á meðan verið er að bæta við fyllimálmnum er leysirinn staðsettur við samskeytin á milli brúna blaðanna tveggja sem á að soða. Orka leysigeislans bræðir brúnir vinnustykkisins og fyllimálminn á vírnum, sem fyllir síðan bilið á milli hlutanna tveggja og myndar hágæða suðu. Þetta ferli er hægt að nota til að suða dæmigerðar samskeyti í stálbyggingu. Brúnir plötunnar eru plasmaskornar og í samskeytum eru stundum allt að 2 mm breið bil sem hægt er að brúa á áreiðanlegan hátt með lasersuðuferlinu. Þegar suðu vefir (T-samskeyti) eða stuðsamskeyti tryggir ferlið að samskeytin séu fullgerð, þ.e að tveir hlutar séu sameinaðir yfir allt snertiflöturinn. Í hefðbundinni stálbyggingu er þetta tæknileg takmörkun, sérstaklega þegar T-samskeyti eru notuð.
