اللحام بالليزر سيحدث ثورة في البناء الصلب
أصبحت كفاءة الطاقة والموارد ذات أهمية متزايدة ، وفي الآونة الأخيرة ، يعمل معهد فراونهوفر للمواد وتكنولوجيا الحزم IWS مع شركائه لتطوير بديل للهياكل الفولاذية التقليدية التي تتضمن أيضا الأجهزة الأساسية وسلامة الليزر. يسهل الحل المعالجة اللطيفة للمواد عالية القوة ويقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة وتكاليفها ، مع زيادة سرعة المعالجة بشكل كبير. بالمقارنة مع عمليات اللحام التقليدية ، يمكن تقليل مدخلات الطاقة المطلوبة للمكونات بنسبة تصل إلى 80٪. بالإضافة إلى ذلك ، يتم التخلص تماما من الاستقامة اللاحقة للمكون من العملية. من المتوقع أن يتم تقديم عملية اللحام المبتكرة في معاينة هانوفر ميسي 2022.
يتم بناء العديد من الهياكل التقنية في شكل من أشكال الفولاذ. سواء كانت سفينة حاويات أو مركبة سكة حديد أو جسر أو برج توربينات الرياح ، يمكن أن يكون هناك مئات الأمتار من طبقات اللحام في هذه الهياكل. لذلك ، إذا تم استخدام العمليات الصناعية التقليدية مثل اللحام بالغاز المنشط بالمعادن أو لحام القوس المغمور ، تنشأ مشاكل بطريقة أو بأخرى: بسبب انخفاض قوة القوس ، لا يتم استخدام معظم الطاقة المستهلكة فعليا في عملية اللحام ولكن يتم فقدانها للمكون في شكل حرارة. عادة ما تكون الطاقة اللازمة لمعالجة ما بعد اللحام مماثلة للطاقة اللازمة لعملية اللحام نفسها. "يمكن أن تسبب هذه العمليات كثيفة الاستهلاك للطاقة أضرارا حرارية شديدة للمادة وتؤدي إلى تشوه شديد في الهيكل ، الأمر الذي يتطلب لاحقا أعمال استقامة مكلفة للغاية." يؤكد الدكتور ديرك ديتريش ، رئيس مجموعة لحام شعاع الليزر Fraunhofer IWS.
يتم وضع شعاع الليزر عند المفصل بين حافتي الصفيحة المراد لحامه ويتم إدخال معدن الحشو أمامه ، وهي عملية تنتج لحامة عالية الجودة.
عملية لحام ليزر قوية
طورت مجموعة من الباحثين بقيادة الدكتور ديتريش بديلا موفرة للطاقة بالتعاون مع شركاء صناعيين كجزء من مشروع "VE-MES - لحام متعدد الممرات بالليزر منخفض التشوه ومنخفض التشويه". يستخدم اللحام متعدد الفتحات متعدد التمريرات بالليزر ليزر عالي الطاقة متاح تجاريا ويبرز من الطرق التقليدية بسبب انخفاض عدد الطبقات وحجم التماس اللحام الأصغر بكثير. في تقريره ، يشير الدكتور ديتريش إلى المزايا الرئيسية لعملية اللحام.
"اعتمادا على المكون ، يمكننا تقليل مدخلات الطاقة إلى المكون أثناء اللحام بنسبة تصل إلى 80٪ ويمكننا تقليل استهلاك مواد الحشو بنسبة تصل إلى 85٪ مقارنة بعمليات القوس التقليدية" ، حسبما أفاد الدكتور ديتريتش. بالإضافة إلى ذلك ، ليست هناك حاجة لتنفيذ عملية استقامة للأجزاء قيد الدراسة. ونتيجة لذلك ، يمكننا تقليل أوقات الإنتاج وتكاليفه ، ومعالجة الفولاذ عالي القوة وتحسين توازن CO2 بشكل كبير على طول سلسلة الإنتاج بأكملها. وبالنظر إلى العدد الكبير من الهياكل الفولاذية التي يتم بناؤها في ألمانيا وحول العالم، يمكن أن يكون هذا مفيدا للغاية". وذلك لأن الكثافة العالية لشعاع الليزر تضمن تركيز مدخلات الطاقة بشكل كبير عند نقطة اللحام ، بينما تظل المنطقة المحيطة بالمكون باردة نسبيا. "يتم تقليل وقت اللحام أيضا بنسبة 50 إلى 70 في المائة" ، كما يقول ديتريش.
العملية الجديدة رائعة أيضا من حيث جودة اللحام - التماس اللحام أرق بكثير والحواف متوازية تقريبا ، بينما في عمليات اللحام التقليدية يكون التماس على شكل حرف V. يقول ديتريش بثقة: "إذا تم استخدام اللحام بالليزر في عملية بناء الصلب ، فسيصبح نقطة بيع فريدة للشركة الألمانية متوسطة الحجم ويعزز مكانتها في السوق في مواجهة المنافسة الدولية". "نحن نقدم للصناعة شكلا فعالا من تكنولوجيا اللحام التي ستحدث ثورة في البناء الفولاذي بفضل تطبيقها الفعال من حيث التكلفة وعمليات الإنتاج الموفرة للموارد.
المقاطع العرضية للمفاصل الملحومة ومفاصل T المنتجة باستخدام ليزر MPNG: لحامات رائعة مضمونة بتكلفة واستهلاك موارد مخفضين بشكل كبير.
دراسة عملية: عوارض فولاذية لبناء رافعة داخلية
أظهر باحثو Fraunhofer IWS أداء تطورهم الجديد باستخدام أمثلة عملية لبناء الرافعة الداخلية. قاموا بنشر تقنية اللحام الجديدة باستخدام تقنية نظام خاصة ومفهوم حماية شعاع متكامل. يتوافق التصميم التجريبي للملف الجانبي المستطيل الذي يبلغ طوله أربعة أمتار لقسم الرافعة الداخلية مع إرشادات التصميم والتصنيع المماثلة لمكونات الإنتاج التقليدية. تم إنتاج لحامات التطبيق النموذجية: وصلات بعقب على لوحة 30 مم ومفاصل T متصلة بالكامل (لوحة 15 مم).
بالنسبة للحام الذي يبلغ طوله مترا واحدا ، يمكن تقليل تكلفة اللوحة التي يبلغ سمكها 30 مم بنسبة تصل إلى 50٪ مقارنة باللحام بالقوس المغمور ، بما في ذلك عملية الاستقامة اللاحقة. بالنسبة للألواح الرقيقة التي يقل سمكها عن 20 مم ، يتم استخدام عملية لحام الغاز المنشط بالمعادن أيضا بشكل شائع ، كما أن الوفورات المحتملة في التكاليف أعلى من ذلك ، تصل إلى 80٪. بالنسبة للشركات الكبيرة ، يمكن تحقيق وفورات تزيد عن 100000 يورو سنويا عن طريق لحام مواد الحشو وحدها. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر مصدر شعاع الليزر المستخدم إمكانات كبيرة لوقف ارتفاع تكاليف الطاقة بسبب كفاءته العالية (حوالي 50٪) وكفاءة العملية الجيدة (انخفاض بنسبة 80٪ في مدخلات الطاقة). مع هذا الدليل على التطبيق العملي ، يمكن الآن توسيع الطريقة لتشمل تطبيقات أخرى.
استخدم باحثو IWS قسما داخليا للرافعة مصنوع من الفولاذ الهيكلي S355J2 (4 × 0.75 × 0.5 م) لإثبات أن عملية اللحام MPNG بالليزر المطورة يمكن أن تقلل من تكاليف الطاقة بنسبة تصل إلى 80٪ واستهلاك مواد الحشو بنسبة تصل إلى 85٪ مقارنة بعمليات اللحام التقليدية.
مبدأ اللحام بالليزر متعدد التمريرات ذات الفجوة الضيقة (MPNG)
أثناء إضافة معدن الحشو ، يتم وضع الليزر عند المفصل بين حواف الورقتين المراد لحامهما. تعمل طاقة شعاع الليزر على إذابة حواف قطعة العمل ومعدن الحشو على السلك ، مما يملأ الفجوة بين القطعتين ويخلق لحامة عالية الجودة. يمكن استخدام هذه العملية للحام تكوينات مشتركة نموذجية في البناء الفولاذي. حواف الألواح مقطوعة بالبلازما والمفاصل في بعض الأحيان تحتوي على فجوات يصل عرضها إلى 2 مم والتي يمكن سدها بشكل موثوق من خلال عملية اللحام بالليزر. عند شبكات اللحام (T-joints) أو مفاصل المؤخرة ، تضمن العملية اكتمال المفصل ، أي أن الجزأين متصلان على منطقة التلامس بأكملها. في البناء الفولاذي التقليدي ، يعد هذا قيدا تقنيا ، خاصة عند استخدام مفاصل T.
