Le soudage laser va révolutionner la construction métallique
L'efficacité énergétique et des ressources devient de plus en plus importante et récemment, l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux IWS a travaillé avec ses partenaires pour développer une alternative aux structures en acier conventionnelles qui intègre également le matériel de base et la sécurité laser. matériaux résistants et réduit considérablement la consommation d'énergie et les coûts, tout en augmentant considérablement la vitesse de traitement. Par rapport aux procédés de soudage conventionnels, l'apport d'énergie requis pour les composants peut être réduit jusqu'à 80 % . De plus, le redressement ultérieur du composant est complètement éliminé du processus. Le procédé de soudage innovant devrait être présenté au Hannover Messe Preview 2022.
De nombreuses structures techniques sont construites dans une certaine forme d'acier. Qu'il s'agisse d'un porte-conteneurs, d'un véhicule ferroviaire, d'un pont ou d'une tour d'éolienne, il peut y avoir des centaines de mètres de cordons de soudure dans ces structures. Par conséquent, si des procédés industriels conventionnels tels que le soudage au gaz activé par métal ou le soudage à l'arc submergé sont utilisés, des problèmes surgissent d'une manière ou d'une autre : en raison de la faible intensité de l'arc, la majeure partie de l'énergie consommée n'est pas réellement utilisée dans le processus de soudage mais est perdue pour le composant sous forme de chaleur. L'énergie requise pour le traitement post-soudage est généralement similaire à l'énergie requise pour le processus de soudage lui-même. "Ces processus énergivores peuvent causer de graves dommages thermiques au matériau et entraîner de graves déformations de la structure, ce qui nécessite par la suite des travaux de redressement très coûteux." Dr Dirk Dittrich, chef du groupe de soudage par faisceau laser Fraunhofer IWS, souligne.
Le faisceau laser est positionné au niveau du joint entre les deux bords de plaque à souder et le métal d'apport est inséré devant celui-ci, un processus qui produit une soudure de haute qualité.
Procédé de soudage laser puissant
Un groupe de chercheurs dirigé par le Dr Dittrich a développé une alternative économe en énergie en collaboration avec des partenaires industriels dans le cadre du projet "VE-MES - Energy Efficient and Low Distortion Laser Multipass Narrow Gap Welding". Le soudage laser multi-passes à joint étroit utilise un laser haute puissance disponible dans le commerce et se distingue des méthodes conventionnelles par son nombre réduit de couches et son volume de cordon de soudure nettement plus petit. Dans son rapport, le Dr Dittrich fait référence aux principaux avantages du procédé de soudage .
"Selon le composant, nous pouvons réduire l'apport d'énergie au composant pendant le soudage jusqu'à 80 % et nous pouvons réduire la consommation de matériau d'apport jusqu'à 85 % par rapport aux procédés à l'arc conventionnels", a déclaré le Dr Dittrich. n'est pas nécessaire de réaliser un processus de redressement des pièces à l'étude, on peut ainsi réduire les délais et les coûts de production, traiter de l'acier à haute résistance et améliorer significativement le bilan CO2 tout au long de la chaîne de production. structures en cours de construction en Allemagne et dans le monde entier, cela pourrait s'avérer très bénéfique." En effet, la haute intensité du faisceau laser garantit que l'apport d'énergie est fortement concentré au point de soudage, tandis que la zone environnante du composant reste relativement froide. « Le temps de soudage est également réduit de 50 à 70 % », explique Dittrich.
Le nouveau procédé est également exceptionnel en termes de qualité de soudure - le cordon de soudure est nettement plus fin et les bords sont presque parallèles, alors que dans les procédés de soudage conventionnels, le cordon est en forme de V. "Si le soudage au laser est utilisé dans le processus de construction en acier, il deviendra un argument de vente unique pour l'entreprise allemande de taille moyenne et renforcera sa position sur le marché face à la concurrence internationale", déclare Dittrich avec confiance. "Nous offrons à l'industrie une forme efficace de technologie de soudage qui révolutionnera la construction en acier grâce à son application rentable et à ses processus de production économes en ressources.
Coupes transversales de joints soudés et de joints en T réalisées avec le laser MPNG : de superbes soudures garanties à un coût et une consommation de ressources considérablement réduits.
Étude pratique : poutres en acier pour la construction de grues intérieures
Les chercheurs de Fraunhofer IWS ont démontré les performances de leur nouveau développement à l'aide d'exemples pratiques de construction de grues intérieures. Ils ont déployé la nouvelle technologie de soudage en utilisant une technologie de système spéciale et un concept de protection de faisceau intégré. La conception expérimentale du profil rectangulaire de quatre mètres de long de la section intérieure de la grue est conforme aux directives de conception et de fabrication comparables pour les composants de production conventionnels. Des soudures d'application typiques ont été réalisées : des joints bout à bout sur une plaque de 30 mm et des joints en T entièrement assemblés (plaque de 15 mm).
Pour une soudure d'un mètre de long, le coût d'une plaque d'une épaisseur de 30 mm peut être réduit jusqu'à 50 % par rapport au soudage à l'arc submergé, y compris le processus de redressement ultérieur. Pour les tôles minces de moins de 20 mm d'épaisseur, le procédé de soudage au gaz activé par métal est également couramment utilisé et les économies potentielles sont encore plus importantes, jusqu'à 80 % . Pour les grandes entreprises, des économies de plus de 100 €000 par an peuvent être réalisées en soudant uniquement le matériau d'apport. De plus, la source de faisceau laser utilisée offre un grand potentiel pour arrêter la hausse des coûts énergétiques en raison de son rendement élevé (environ 50 %) et de sa bonne efficacité de processus (réduction de 80 % de l'apport d'énergie). Avec cette preuve d'applicabilité pratique, la méthode peut maintenant être étendue à d'autres applications.
Les chercheurs d'IWS ont utilisé une section de grue intérieure en acier de construction S355J2 (4 x 0.75 x 0.5 m) pour démontrer que leur procédé de soudage MPNG au laser développé peut réduire les coûts énergétiques jusqu'à 80 % et la consommation de matériau d'apport jusqu'à 85 % par rapport aux procédés de soudage conventionnels.
Le principe du soudage laser multi-passes étroit (MPNG)
Pendant que le métal d'apport est ajouté, le laser est positionné au niveau du joint entre les bords des deux tôles à souder. L'énergie du faisceau laser fait fondre les bords de la pièce et le métal d'apport sur le fil, qui remplit ensuite l'espace entre les deux pièces et crée une soudure de haute qualité. Ce processus peut être utilisé pour souder des configurations de joints typiques dans la construction en acier. Les bords des plaques sont découpés au plasma et les joints présentent parfois des espaces allant jusqu'à 2 mm de large qui peuvent être comblés de manière fiable par le procédé de soudage au laser. Lors du soudage d'âmes (joints en T) ou de joints bout à bout, le procédé garantit que le joint est complet, c'est-à-dire que les deux pièces sont jointes sur toute la surface de contact. Dans la construction en acier conventionnelle, il s'agit d'une limitation technique, en particulier lors de l'utilisation de joints en T.