Kimpalan laser akan merevolusikan pembinaan keluli
Kecekapan tenaga dan sumber menjadi semakin penting dan baru-baru ini Fraunhofer Institute for Materials and Beam Technology IWS telah bekerjasama dengan rakan kongsinya untuk membangunkan alternatif kepada struktur keluli konvensional yang juga menggabungkan perkakasan asas dan keselamatan laser. Penyelesaian ini memudahkan pemprosesan bahan berkekuatan tinggi yang lebih lembut dan mengurangkan penggunaan dan kos tenaga dengan ketara, sambil meningkatkan kelajuan pemprosesan dengan ketara. Berbanding dengan proses kimpalan konvensional, input tenaga yang diperlukan untuk komponen boleh dikurangkan sehingga 80%. Di samping itu, straightening seterusnya komponen sepenuhnya dihapuskan dari proses. Proses kimpalan inovatif dijangka dibentangkan di Hannover Messe Preview 2022.
Banyak struktur teknikal dibina dalam beberapa bentuk keluli. Sama ada kapal kontena, kenderaan kereta api, jambatan atau menara turbin angin, terdapat beratus-ratus meter jahitan kimpalan dalam struktur ini. Oleh itu, jika proses perindustrian konvensional seperti kimpalan gas aktif logam atau kimpalan arka tenggelam digunakan, masalah timbul dalam satu cara atau yang lain: disebabkan oleh kekuatan rendah arka, kebanyakan tenaga yang digunakan sebenarnya tidak digunakan dalam proses kimpalan tetapi hilang kepada komponen dalam bentuk haba. Tenaga yang diperlukan untuk pemprosesan pasca kimpalan biasanya sama dengan tenaga yang diperlukan untuk proses kimpalan itu sendiri. "Proses intensif tenaga ini boleh menyebabkan kerosakan haba yang teruk kepada bahan dan membawa kepada ubah bentuk struktur yang teruk, yang kemudiannya memerlukan kerja straightening yang sangat mahal." Dr Dirk Dittrich, ketua Fraunhofer IWS Laser Beam Kimpalan Group, menekankan.
Rasuk laser diletakkan di sendi antara dua tepi plat untuk dikimpal dan logam pengisi dimasukkan di hadapannya, proses yang menghasilkan kimpalan berkualiti tinggi.
Proses kimpalan laser yang kuat
Sekumpulan penyelidik yang diketuai oleh Dr. Dittrich telah membangunkan alternatif yang cekap tenaga bersama-sama dengan rakan industri sebagai sebahagian daripada projek "VE-MES - Energy Efficient and Low Distortion Laser Multipass Narrow Gap Kimpalan". Kimpalan jurang sempit berbilang lulus laser menggunakan laser kuasa tinggi yang tersedia secara komersial dan menonjol daripada kaedah konvensional kerana bilangan lapisan yang dikurangkan dan jumlah jahitan kimpalan yang jauh lebih kecil. Dalam laporannya, Dr. Dittrich merujuk kepada kelebihan utama proses kimpalan.
"Bergantung pada komponen, kita dapat mengurangkan input tenaga ke komponen semasa kimpalan hingga 80% dan kita dapat mengurangkan penggunaan bahan pengisi hingga 85% berbanding dengan proses arka konvensional," Dr Dittrich melaporkan. Di samping itu, tidak perlu menjalankan proses straightening untuk bahagian-bahagian yang sedang dikaji. Akibatnya, kita boleh mengurangkan masa dan kos pengeluaran, memproses keluli berkekuatan tinggi dan meningkatkan keseimbangan CO2 dengan ketara di sepanjang keseluruhan rantaian pengeluaran. Memandangkan sebilangan besar struktur keluli yang dibina di Jerman dan di seluruh dunia, ini dapat terbukti sangat bermanfaat. Ini kerana keamatan tinggi pancaran laser memastikan bahawa input tenaga sangat tertumpu pada titik kimpalan, sementara kawasan sekitar komponen tetap agak sejuk. "Masa kimpalan juga dikurangkan sebanyak 50 hingga 70 peratus," kata Dittrich.
Proses baru juga luar biasa dari segi kualiti kimpalan - jahitan kimpalan jauh lebih nipis dan tepi hampir selari, sedangkan dalam proses kimpalan konvensional jahitan berbentuk V. "Jika kimpalan laser digunakan dalam proses pembinaan keluli, ia akan menjadi titik jualan yang unik untuk syarikat Jerman bersaiz sederhana dan mengukuhkan kedudukan pasarannya dalam menghadapi persaingan antarabangsa," kata Dittrich dengan yakin. "Kami menawarkan industri satu bentuk teknologi kimpalan yang cekap yang akan merevolusikan pembinaan keluli berkat aplikasi yang menjimatkan kos dan proses pengeluaran yang cekap sumber.
Keratan rentas sendi dikimpal dan T-sendi yang dihasilkan dengan laser MPNG: kimpalan hebat dijamin pada kos yang dikurangkan dengan ketara dan penggunaan sumber.
Kajian praktikal: rasuk keluli untuk pembinaan kren dalaman
Penyelidik Fraunhofer IWS menunjukkan prestasi pembangunan baru mereka menggunakan contoh praktikal pembinaan kren dalaman. Mereka menggunakan teknologi kimpalan baru menggunakan teknologi sistem khas dan konsep perlindungan rasuk bersepadu. Reka bentuk eksperimen profil segi empat meter panjang seksyen kren dalaman mematuhi garis panduan reka bentuk dan pembuatan yang setanding untuk komponen pengeluaran konvensional. Kimpalan aplikasi biasa dihasilkan: sendi punggung pada plat 30 mm dan menyertai sepenuhnya T-joints (plat 15 mm).
Untuk kimpalan sepanjang satu meter, kos plat dengan ketebalan 30 mm boleh dikurangkan sehingga 50% berbanding dengan kimpalan arka tenggelam, termasuk proses straightening berikutnya. Untuk plat nipis kurang daripada 20 mm tebal, proses kimpalan gas yang diaktifkan logam juga biasa digunakan dan penjimatan kos yang berpotensi lebih tinggi, sehingga 80%. Bagi syarikat besar, penjimatan lebih daripada € 100,000 setahun boleh dicapai dengan bahan pengisi kimpalan sahaja. Di samping itu, sumber pancaran laser yang digunakan menawarkan potensi besar untuk menghentikan kenaikan kos tenaga kerana kecekapannya yang tinggi (kira-kira 50%) dan kecekapan proses yang baik (pengurangan 80% dalam input tenaga). Dengan bukti kebolehgunaan praktikal ini, kaedah ini kini boleh diperluaskan kepada aplikasi lain.
Penyelidik IWS menggunakan seksyen kren dalaman yang diperbuat daripada keluli struktur S355J2 (4 x 0.75 x 0.5 m) untuk menunjukkan bahawa proses kimpalan MPNG laser yang dibangunkan mereka dapat mengurangkan kos tenaga sehingga 80% dan penggunaan bahan pengisi sehingga 85% berbanding dengan proses kimpalan konvensional.
Prinsip kimpalan jurang sempit pelbagai laluan laser (MPNG)
Semasa logam pengisi sedang ditambah, laser diletakkan di sendi antara tepi dua helai yang akan dikimpal. Tenaga pancaran laser mencairkan tepi bahan kerja dan logam pengisi pada wayar, yang kemudian mengisi jurang antara kedua-dua kepingan dan mencipta kimpalan berkualiti tinggi. Proses ini boleh digunakan untuk mengimpal konfigurasi bersama biasa dalam pembinaan keluli. Tepi plat dipotong plasma dan sendi kadang-kadang mempunyai jurang sehingga 2 mm lebar yang boleh dipercayai jambatan oleh proses kimpalan laser. Apabila web kimpalan (T-sendi) atau sendi punggung, proses memastikan bahawa sendi selesai, iaitu kedua-dua bahagian itu bergabung di seluruh kawasan hubungan. Dalam pembinaan keluli konvensional, ini adalah batasan teknikal, terutamanya apabila menggunakan T-sendi.
