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                    焊接

                    德國新型鋼結構激光焊接工藝,降能耗超八成

                    激光制造網 來源:老one翻譯2022-03-19 我要評論(0 )   

                    激光焊接將徹底改變鋼結構能源和資源效率變得越來越重要,最近,弗勞恩霍夫材料和梁技術研究所 IWS 與其合作伙伴合作開發傳統鋼結構的替代方案,該方案還包含了基礎硬件...

                    激光焊接將徹底改變鋼結構

                    能源和資源效率變得越來越重要,最近,弗勞恩霍夫材料和梁技術研究所 IWS 與其合作伙伴合作開發傳統鋼結構的替代方案,該方案還包含了基礎硬件和激光安全。該解決方案有助于更溫和地加工高強度材料,并顯著降低能耗和成本,同時大大提高加工速度。與傳統的焊接工藝相比,組件所需的能量輸入最多可減少 80%。不僅如此,部件的后續矯直完全從該過程中消除。該創新的焊接工藝預計于2022 年漢諾威工業博覽會預覽版上展示。

                    許多技術結構采用某種形式的鋼結構。無論是集裝箱船、鐵路車輛、橋梁還是風力渦輪機塔架,這些結構中都可能有著數百米的焊縫。因此,如果使用傳統的工業工藝,例如金屬活性氣體焊接或埋弧焊,會出現這樣那樣的問題:由于電弧強度低,所消耗的大部分能量并沒有真正用于焊接過程,而是以熱量的形式損失給組件。焊后處理所需的能量通常與焊接過程本身所需的能量相似。 “這些能源密集型工藝會對材料造成嚴重的熱損傷,并導致結構嚴重變形,之后需要進行非常昂貴的矯直工作?!备诙骰舴?IWS 激光束焊接小組負責人 Dirk Dittrich 博士強調說。

                    激光束定位在需要焊接的兩個板邊之間的接合處,同時在其前面插入填充金屬,這一過程產生高質量的焊縫。


                    強大的激光焊接工藝

                    由 Dittrich 博士領導的一組研究人員與工業合作伙伴一起開發了一種節能替代方案,作為“VE-MES - 節能和低失真激光多道窄間隙焊接”項目的一部分。激光多道次窄間隙焊接(激光 MPNG,見下圖)使用市售的高功率激光,由于其層數減少和焊縫體積大大減少,因此從傳統方法中脫穎而出。Dittrich 博士在報告中提到了該焊接工藝的主要優勢:

                     “根據組件的不同,我們可以將焊接過程中組件的能量輸入降低多達 80%,與傳統電弧工藝相比,我們可以將填充材料消耗降低多達 85%,”Dittrich 博士報告說。 “此外,沒有必要對所研究的部件進行矯直過程。因此,我們可以減少生產時間和成本,加工高強度鋼材并顯著改善整個生產鏈的二氧化碳平衡。鑒于德國和世界各地正在建造大量鋼結構,這可能證明是非常有利的?!边@是因為激光束的高強度保證了能量輸入高度集中在焊接點,而組件的周圍區域保持相對較冷。 “焊接時間也減少了 50% 到 70%,”Dittrich 說。

                    新工藝在焊縫質量方面也很出色——焊縫明顯更細,邊緣幾乎平行,而在傳統焊接工藝中,焊縫是 V 形的。 “如果將激光焊接用于鋼結構工藝,它將成為德國中型企業的獨特賣點,并在國際競爭中鞏固其市場地位,”Dittrich 自信地說。 “我們正在為該行業提供一種高效的焊接技術形式,由于其具有成本效益的應用和資源節約型生產過程,它將徹底改變鋼結構?!?br/>

                    使用激光 MPNG 生產的焊接接頭和 T 型接頭的橫截面顯示:可以在顯著降低成本和資源消耗的情況下保證的超高焊縫。


                    實踐研究:室內起重機施工用鋼梁

                    Fraunhofer IWS 的研究人員使用室內起重機施工的實際示例展示了他們新開發的性能。他們使用特殊的系統技術和集成的光束保護概念部署了新的焊接技術。室內起重機段的四米長矩形輪廓的實驗性設計符合可比的傳統生產部件的設計和制造指南。產生了典型的應用焊縫:30 毫米板上的對接接頭和完全連接的 T 型接頭(15 毫米板)。

                    對于一米長的焊縫,與埋弧焊相比,厚度為 30 毫米的板材的成本可以降低 50%,包括隨后的矯直過程。 對于厚度小于 20 毫米的薄板,也常用金屬活性氣體焊接工藝,潛在的成本節約甚至更高,高達 80%。 對于大公司來說,僅焊接填充材料每年就可以節省超過 100,000 歐元的成本。 此外,所使用的激光束源由于其高效率(約 50%)和良好的工藝效率(減少 80% 的能量輸入),為阻止能源成本上升提供了巨大的潛力。 有了這種實際適用性的證據,該方法現在可以擴展到其他應用。

                    IWS 的研究人員使用由 S355J2 結構鋼(4 x 0.75 x 0.5 米)制成的室內起重機段來證明他們開發的激光 MPNG 焊接工藝與傳統焊接工藝相比可降低高達 80% 的能源成本和高達 85% 的填充材料消耗 。


                    激光多道窄間隙焊接 (MPNG)原理

                    在添加填充金屬的同時,激光定位在要焊接的兩個板材邊緣之間的接合處。 激光束的能量熔化工件的邊緣以及焊絲上的填充金屬,然后填充兩塊之間的空隙并形成高質量的焊縫。 該工藝可用于焊接鋼結構中的典型接頭配置。 板材邊緣是等離子切割的,接頭有時會有高達 2 毫米寬的間隙,激光焊接工藝可以可靠地橋接。 在焊接腹板(T 型接頭)或對接接頭時,該過程可確保接頭是完整的,即兩個零件在整個接觸區域內連接。 在傳統的鋼結構中,這是存在技術限制的,特別是在使用 T 型接頭時。



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