Pengelasan laser akan merevolusi konstruksi baja
Efisiensi energi dan sumber daya menjadi semakin penting dan baru-baru ini Fraunhofer Institute for Materials and Beam Technology IWS telah bekerja sama dengan mitranya untuk mengembangkan alternatif struktur baja konvensional yang juga menggabungkan perangkat keras dasar dan keamanan laser. bahan kekuatan dan secara signifikan mengurangi konsumsi energi dan biaya, sementara secara signifikan meningkatkan kecepatan pemrosesan. Dibandingkan dengan proses pengelasan konvensional, input energi yang dibutuhkan untuk komponen dapat dikurangi hingga 80 persen . Selain itu, pelurusan komponen selanjutnya sepenuhnya dihilangkan dari proses. Proses pengelasan yang inovatif diharapkan akan dipresentasikan di Hannover Messe Preview 2022.
Banyak struktur teknis dibangun dalam beberapa bentuk baja. Apakah itu kapal kontainer, kendaraan kereta api, jembatan atau menara turbin angin, ada ratusan meter lapisan las di struktur ini. Oleh karena itu, jika proses industri konvensional seperti pengelasan gas aktif logam atau pengelasan busur terendam digunakan, masalah muncul dalam satu atau lain cara: karena kekuatan busur yang rendah, sebagian besar energi yang dikonsumsi sebenarnya tidak digunakan dalam proses pengelasan tetapi hilang ke komponen dalam bentuk panas. Energi yang dibutuhkan untuk proses pasca las biasanya sama dengan energi yang dibutuhkan untuk proses pengelasan itu sendiri. "Proses intensif energi ini dapat menyebabkan kerusakan termal parah pada material dan menyebabkan deformasi parah pada struktur, yang kemudian membutuhkan pekerjaan pelurusan yang sangat mahal." Dr Dirk Dittrich, kepala Fraunhofer IWS Laser Beam Welding Group, menekankan.
Sinar laser diposisikan pada sambungan antara dua tepi pelat yang akan dilas dan logam pengisi dimasukkan di depannya, suatu proses yang menghasilkan lasan berkualitas tinggi.
Proses pengelasan laser yang kuat
Sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Dr. Dittrich telah mengembangkan alternatif hemat energi bersama dengan mitra industri sebagai bagian dari proyek "VE-MES - Hemat Energi dan Laser Distorsi Rendah Multipass Narrow Gap Welding". Pengelasan celah sempit multi-pass laser menggunakan laser daya tinggi yang tersedia secara komersial dan menonjol dari metode konvensional karena jumlah lapisannya yang berkurang dan volume jahitan las yang jauh lebih kecil.Dalam laporannya, Dr. Dittrich mengacu pada keuntungan utama dari proses pengelasan .
"Tergantung pada komponennya, kami dapat mengurangi input energi ke komponen selama pengelasan hingga 80 persen dan kami dapat mengurangi konsumsi bahan pengisi hingga 85 persen dibandingkan dengan proses busur konvensional," Dr Dittrich melaporkan. tidak perlu melakukan proses pelurusan untuk bagian-bagian yang diteliti. Hasilnya, kami dapat mengurangi waktu dan biaya produksi, memproses baja berkekuatan tinggi, dan secara signifikan meningkatkan keseimbangan CO2 di seluruh rantai produksi. Mengingat banyaknya jumlah baja struktur yang sedang dibangun di Jerman dan di seluruh dunia, ini terbukti sangat bermanfaat." Hal ini karena intensitas sinar laser yang tinggi memastikan bahwa input energi sangat terkonsentrasi di titik pengelasan, sedangkan area sekitar komponen tetap relatif dingin. "Waktu pengelasan juga berkurang 50 hingga 70 persen," kata Dittrich.
Proses baru ini juga luar biasa dalam hal kualitas las - lapisan las secara signifikan lebih tipis dan ujung-ujungnya hampir sejajar, sedangkan dalam proses pengelasan konvensional jahitannya berbentuk V. "Jika pengelasan laser digunakan dalam proses konstruksi baja, itu akan menjadi nilai jual yang unik bagi perusahaan Jerman menengah dan memperkuat posisi pasarnya dalam menghadapi persaingan internasional," kata Dittrich penuh percaya diri. "Kami menawarkan kepada industri bentuk teknologi pengelasan yang efisien yang akan merevolusi konstruksi baja berkat aplikasi yang hemat biaya dan proses produksi yang hemat sumber daya.
Penampang sambungan las dan sambungan T yang diproduksi dengan laser MPNG: las luar biasa dijamin dengan pengurangan biaya dan konsumsi sumber daya yang signifikan.
Studi praktis: balok baja untuk konstruksi derek dalam ruangan
Para peneliti Fraunhofer IWS mendemonstrasikan kinerja pengembangan baru mereka menggunakan contoh praktis konstruksi derek dalam ruangan. Mereka menerapkan teknologi pengelasan baru menggunakan teknologi sistem khusus dan konsep perlindungan balok terintegrasi. Desain eksperimental profil persegi panjang empat meter dari bagian derek dalam ruangan sesuai dengan pedoman desain dan manufaktur yang sebanding untuk komponen produksi konvensional. Aplikasi las yang umum dihasilkan: sambungan butt pada pelat 30 mm dan sambungan T sambungan penuh (pelat 15 mm).
Untuk las sepanjang satu meter, biaya pelat dengan ketebalan 30 mm dapat dikurangi hingga 50 persen dibandingkan dengan las busur terendam, termasuk proses pelurusan berikutnya. Untuk pelat tipis dengan ketebalan kurang dari 20 mm, proses pengelasan gas yang diaktifkan logam juga umum digunakan dan potensi penghematan biaya bahkan lebih tinggi, hingga 80 persen . Untuk perusahaan besar, penghematan lebih dari €100,000 per tahun dapat dicapai dengan mengelas bahan pengisi saja. Selain itu, sumber sinar laser yang digunakan menawarkan potensi besar untuk menghentikan kenaikan biaya energi karena efisiensinya yang tinggi (sekitar 50 persen ) dan efisiensi proses yang baik (pengurangan 80 persen dalam input energi). Dengan bukti penerapan praktis ini, metode ini sekarang dapat diperluas ke aplikasi lain.
Peneliti IWS menggunakan bagian derek dalam ruangan yang terbuat dari baja struktural S355J2 (4 x 0,75 x 0,5 m) untuk menunjukkan bahwa proses pengelasan MPNG laser yang mereka kembangkan dapat mengurangi biaya energi hingga 80 persen dan konsumsi bahan pengisi hingga 85 persen dibandingkan dengan proses pengelasan konvensional.
Prinsip pengelasan celah sempit laser multi-pass (MPNG)
Saat logam pengisi ditambahkan, laser ditempatkan pada sambungan antara tepi dua lembar yang akan dilas. Energi sinar laser melelehkan tepi benda kerja dan logam pengisi pada kawat, yang kemudian mengisi celah antara dua bagian dan menciptakan lasan berkualitas tinggi. Proses ini dapat digunakan untuk mengelas konfigurasi sambungan tipikal dalam konstruksi baja. Tepi pelat adalah potongan plasma dan sambungan terkadang memiliki celah hingga lebar 2 mm yang dapat dijembatani dengan andal oleh proses pengelasan laser. Saat mengelas web (T-joints) atau butt joint, proses memastikan bahwa sambungan selesai, yaitu bahwa kedua bagian disambung di seluruh area kontak. Dalam konstruksi baja konvensional, ini adalah batasan teknis, terutama jika menggunakan sambungan-T.
