Laserové víceprůchodové svařování v úzké mezeře šetří energii i materiál a je cestou k dokonalejším svarům uplatnitelným především u náročných ocelových konstrukcí. Energetická účinnost a efektivita zdrojů nabývají stále většího významu, a proto Fraunhoferův ústav pro technologii materiálů a nosníků IWS (Institut für Werkstoff- und Strahltechnik) spolupracoval se svými partnery na vývoji alternativy pro konvenční ocelové konstrukce, která představuje nejen řešení procesní technologie, ale tvoří také základ pro bezpečnost hardwaru a laseru. Toto řešení umožňuje šetrnější obrábění vysokopevnostních materiálů a rovněž výrazně snižuje spotřebu energie a náklady při výrazném zvýšení rychlosti procesu. Energetický vstup potřebný pro součást lze snížit až o 80 % ve srovnání s konvenčními procesy spojování. Nejen to, následné rovnání součásti je zcela vyloučeno z procesu. Mnoho technických konstrukcí má nějakou formu ocelové konstrukce. Ať už jde o kontejnerovou loď, železniční vozidlo, most, nebo věž větrné turbíny, každá z těchto konstrukcí může mít několik set metrů svarů. K tomuto účelu se obvykle používají běžné průmyslové procesy, jako je svařování kovů aktivním plynem nebo svařování pod tavidlem. Kvůli nízké intenzitě oblouku se však velká část vynaložené energie ve svařovacím procesu ve skutečnosti nevyužívá, ale ztrácí se na součástce ve formě tepla. Tyto energeticky náročné procesy navíc často způsobují značné tepelné poškození materiálu a vedou k vážnému narušení struktury, což si následně vyžaduje velmi nákladné rovnání.
Výkonný proces laserového svařování
Tým výzkumníků pod vedením Dr. Dittricha proto vyvinul společně s průmyslovými partnery energeticky účinnou alternativu v rámci projektu VE-MES — Energeticky účinné a nízkodeformační laserové víceprůchodové svařování v úzké mezeře. Laserové víceprůchodové svařování v úzké mezeře (MPNG — multi-pass-narrow-gap) využívá komerčně dostupný vysoce výkonný laser a vyniká nad konvenčními metodami sníženým počtem vrstev a drasticky sníženému objemu švu. Podle stvrzení Dr. Dittricha lze v závislosti na komponentě snížit spotřebu energie pro komponentu během svařování až o 80 % a snížit spotřebu přídavného materiálu až o 85 % ve srovnání s konvenčními obloukovými procesy. Navíc není nutné provádět rovnání svařované součásti. Vzhledem k velkému počtu ocelových konstrukcí, které se po celém světě stavějí, se tedy tato technologie jeví jako nesmírně výhodná. Vysoká intenzita laserového paprsku totiž zaručuje, že přísun energie je přesně lokalizován v místě svařování, zatímco okolní oblasti součásti zůstávají poměrně chladné. „Svařování se zkrátí o 50 až 70 %,“ říká Dittrich a uvádí, že nový proces vyniká také z hlediska kvality svarových švů — švy jsou výrazně štíhlejší a okraje jsou prakticky rovnoběžné, zatímco u konvenčních svařovacích procesů mají švy tvar V.
Ocelové nosníky pro stavbu halových jeřábů
Vědci z IWS předvedli výkon svého nového řešení na praktickém příkladu z konstrukce halových jeřábů. Nasadili novou technologii svařování pomocí speciální systémové technologie a integrovaného konceptu ochrany paprsku. Návrh experimentálně postaveného 4m obdélníkového profilu segmentu vnitřního jeřábu odpovídal konstrukčním a výrobním směrnicím srovnatelných, konvenčně vyráběných komponentů. Byly vyrobeny svary typické pro aplikaci: tupý spoj na 30mm deskách a plně spojený T-spoj (15mm deska). U metrového svarového švu bylo možné snížit náklady na tloušťku plechu 30 mm o 50 % ve srovnání se svařováním pod tavidlem, včetně následného procesu rovnání. U tloušťky plechu menší než 20 mm, kde se běžně používají i procesy svařování kovů aktivním plynem, jsou potenciální úspory nákladů ještě vyšší, a to až 80 %. Samotná úspora nákladů na svařování přídavných materiálů může u větších společností činit více než 100 000 eur ročně. Použité zdroje laserového paprsku navíc nabízejí velký potenciál pro zastavení rostoucích nákladů na energii díky své vysoké účinnosti (přibližně 50 %) a dobré účinnosti procesu (snížení energetického vstupu o 80 %). S tímto důkazem praktické vhodnosti lze tento přístup nyní rozšířit na další aplikace. /mf/
