레이저 용접은 철강 건설에 혁명을 일으킬 것입니다.
에너지 및 자원 효율성이 점점 더 중요해지고 있으며 최근 Fraunhofer Institute for Materials and Beam Technology IWS는 파트너와 협력하여 기본 하드웨어와 레이저 안전을 통합하는 기존 강철 구조물의 대안을 개발하고 있습니다. 재료를 강화하고 에너지 소비와 비용을 크게 줄이는 동시에 처리 속도를 크게 높입니다. 기존 용접 공정과 비교하여 구성 요소에 필요한 에너지 입력을 최대 80%까지 줄일 수 있습니다. 또한 구성 요소를 곧게 펴는 작업이 프로세스에서 완전히 제거됩니다. 혁신적인 용접 공정은 Hannover Messe Preview 2022에서 선보일 예정입니다.
많은 기술 구조가 어떤 형태의 강철로 구성됩니다. 컨테이너선, 철도 차량, 교량 또는 풍력 터빈 타워이든 관계없이 이러한 구조에는 수백 미터의 용접 이음새가 있을 수 있습니다. 따라서 금속 활성 가스 용접이나 서브머지드 아크 용접과 같은 기존 산업 공정을 사용하는 경우 문제가 발생합니다. 아크의 강도가 낮기 때문에 소비되는 에너지의 대부분은 실제로 용접 공정에서 사용되지 않고 열의 형태로 구성 요소에 손실됩니다. 용접 후 처리에 필요한 에너지는 일반적으로 용접 프로세스 자체에 필요한 에너지와 유사합니다. "이러한 에너지 집약적 공정은 재료에 심각한 열 손상을 일으키고 구조의 심각한 변형을 초래할 수 있으며, 이는 나중에 매우 고가의 교정 작업이 필요합니다." Fraunhofer IWS 레이저 빔 용접 그룹의 책임자인 Dr Dirk Dittrich는 강조합니다.
용접할 두 플레이트 모서리 사이의 접합부에 레이저 빔을 위치시키고 그 앞에 용가재를 삽입하여 고품질 용접을 생성하는 프로세스입니다.
강력한 레이저 용접 공정
Dittrich 박사가 이끄는 연구원 그룹은 "VE-MES - 에너지 효율 및 저왜곡 레이저 다중 패스 좁은 갭 용접" 프로젝트의 일환으로 산업 파트너와 함께 에너지 효율적인 대안을 개발했습니다. 레이저 다중 패스 좁은 갭 용접은 상업적으로 이용 가능한 고출력 레이저를 사용하며 감소된 레이어 수와 훨씬 더 작은 용접 이음부 부피로 인해 기존 방법과 차별화됩니다. 그의 보고서에서 Dr. Dittrich는 용접 프로세스의 주요 이점을 언급합니다. .
Dittrich 박사는 "구성 요소에 따라 용접 중 구성 요소에 대한 에너지 입력을 최대 80%까지 줄일 수 있으며 기존 아크 공정에 비해 충전재 소비를 최대 85%까지 줄일 수 있습니다."라고 말했습니다. 연구 중인 부품에 대해 교정 공정을 수행할 필요가 없습니다. 결과적으로, 우리는 생산 시간과 비용을 줄이고, 고강도 강철을 가공하고, 전체 생산 체인에서 CO2 균형을 크게 개선할 수 있습니다. 많은 수의 강철을 고려할 때 독일과 전 세계에 건설 중인 구조물은 매우 유익한 것으로 판명될 수 있습니다." 이는 레이저 빔의 강도가 높기 때문에 에너지 입력이 용접 지점에 집중되는 반면 구성 요소의 주변 영역은 비교적 차갑게 유지되기 때문입니다. "용접 시간도 50~70% 단축됩니다."라고 Dittrich는 말합니다.
새로운 공정은 용접 품질 면에서도 탁월합니다. 기존 용접 공정에서는 이음매가 V자형인 반면 용접 이음매가 훨씬 더 얇아지고 가장자리가 거의 평행합니다. Dittrich는 "철강 건설 공정에서 레이저 용접이 사용된다면 독일 중견 기업의 고유한 판매 포인트가 될 것이며 국제 경쟁에 직면하여 시장 입지를 강화할 것"이라고 자신 있게 말합니다. "우리는 비용 효율적인 적용과 자원 효율적인 생산 프로세스 덕분에 철강 건설에 혁명을 일으킬 효율적인 형태의 용접 기술을 업계에 제공하고 있습니다.
레이저 MPNG로 생산된 용접 조인트 및 T 조인트의 단면: 비용과 자원 소비를 크게 줄이면서 우수한 용접을 보장합니다.
실용 연구: 실내 크레인 건설용 강재 빔
Fraunhofer IWS 연구원들은 실내 크레인 건설의 실제 사례를 사용하여 새로운 개발 성능을 시연했습니다. 그들은 특수 시스템 기술과 통합된 빔 보호 개념을 사용하여 새로운 용접 기술을 배포했습니다. 실내 크레인 섹션의 4미터 길이 직사각형 프로파일의 실험 설계는 기존 생산 구성 요소에 대한 유사한 설계 및 제조 지침을 준수합니다. 30mm 플레이트의 맞대기 접합부와 완전히 접합된 T-조인트(15mm 플레이트)와 같은 일반적인 적용 용접이 생성되었습니다.
1미터 길이의 용접의 경우 후속 교정 프로세스를 포함하여 서브머지드 아크 용접에 비해 두께 30mm의 플레이트 비용을 최대 50%까지 절감할 수 있습니다. 두께가 20mm 미만인 얇은 판의 경우 금속 활성 가스 용접 공정도 일반적으로 사용되며 잠재적인 비용 절감 효과는 최대 80%까지 더 높습니다. 대기업의 경우 용가재만 용접하면{8}} 연간 100유로 이상을 절약할 수 있습니다. 또한 사용된 레이저 빔 소스는 높은 효율성(약 50%)과 우수한 공정 효율성(에너지 입력의 80% 감소)으로 인해 에너지 비용 증가를 막을 수 있는 큰 잠재력을 제공합니다. 이러한 실제 적용 가능성의 증거로 이 방법은 이제 다른 응용 프로그램으로 확장될 수 있습니다.
IWS 연구원은 S355J2 구조용 강철(4 x 0.75 x 0.5 m)로 만든 실내 크레인 섹션을 사용하여 개발된 레이저 MPNG 용접 프로세스가 에너지 비용을 최대 80%까지 줄일 수 있음을 보여주었습니다. 기존 용접 공정과 비교하여 최대 85%까지 충전재 소비를 줄입니다.
레이저 다중 패스 좁은 갭 용접(MPNG)의 원리
용가재가 추가되는 동안 레이저는 용접할 두 시트의 가장자리 사이의 접합부에 위치합니다. 레이저 빔의 에너지는 공작물의 가장자리와 와이어의 용가재를 녹여 두 조각 사이의 간격을 채우고 고품질 용접을 만듭니다. 이 프로세스는 강철 구조에서 일반적인 조인트 구성을 용접하는 데 사용할 수 있습니다. 플레이트의 가장자리는 플라즈마 절단되며 조인트에는 레이저 용접 공정으로 안정적으로 연결될 수 있는 최대 2mm 너비의 틈이 있습니다. 웹(T-조인트) 또는 맞대기 조인트를 용접할 때 이 프로세스는 조인트가 완전한지 확인합니다. 즉, 두 부분이 전체 접촉 영역에 걸쳐 결합됩니다. 기존 철강 구조에서 이는 특히 T-조인트를 사용할 때 기술적인 한계입니다.
