德國弗朗霍夫IWS：激光焊接重啟鋼結構的焊接

傳(chuan) 統的鋼結構主要靠手工焊接來實現，對於(yu) 製造大型結構、高應力的鋼結構，如大型起重機的吊梁、風電塔等，屬於(yu) 線性長度比較長且對質量標準要求比較高，同時還需要豐(feng) 富的經驗和有效的操作。高能、現代化的激光焊接技術可以滿足這些要求，IWS經過2.5年的研究，針對低變形和低的能量輸入來焊接厚壁結構的研究，實現了這一目標。

德國弗朗霍夫ＩＷＳ研究所研發出一種使用較平和的激光功率和較低的能量來實現鋼的焊接。

在當今社會(hui) ，能源的高效利用和效率的提升變得越來越重要，這主要是得益於(yu) 不斷上漲的成本壓力和日益嚴(yan) 格的環保方麵的要求。因此，來自德國的弗朗霍夫IWS研究所及其合作夥(huo) 伴發展一種替代工藝來替代傳(chuan) 統的鋼結構焊接方式，這一替代解決(jue) 方案不僅(jin) 提供了工藝上的解決(jue) 方案，還基於(yu) 硬件和激光安全等方麵進行了改進。

圖：來自Fraunhofer IWS 的研究人員使用一個(ge) 室內(nei) 的起重機部件，該部件使用的是 S355J2 結構鋼（尺寸規格為(wei) 4X0.75X0.5米），來展示他們(men) 所發展的激光MPNG焊接工藝可以減少成本至少80%，填料的消耗至少減少85%，比較對象為(wei) 同傳(chuan) 統焊接工藝相比較的話。© Fraunhofer IWS/René Jungnickel

這一技術使用的是功率並不高的激光來焊接高強度材料，同時還可以顯著的降低能源的消耗和降低工作成本，與(yu) 此同時還能提升加工速度。同傳(chuan) 統的激光焊接相比較，其能量消耗至少降低至少80%。

該工藝還可以實現強化材料，這一革新的激光焊接工藝，將在5月30日的德國展會(hui) 上進行展出。

視頻：德國弗朗霍夫IWS的焊接技術簡介

許多結構都會(hui) 用到鋼結構。如輪船上的容器、軌道交通、橋梁或風力渦輪塔，任何這一類型的結構都至少有幾百米長的焊縫。

傳(chuan) 統的工藝過程，如活性氣體(ti) 焊、埋弧焊等技術，經常用來實現上述結構的連接。問題在於(yu) ，這些技術存在弧的能量強度低，大比例的能量並沒有真正的用於(yu) 焊接上，而是以熱的形式在部件中和空氣中消失了。

弧焊中的這些能量-強度相關(guan) 的工藝過程會(hui) 對製造的部件造成非常顯著的熱損傷(shang) ，進而造成結構的嚴(yan) 重變形，從(cong) 而造成隨後還需要大量的工作來進行補救，Dirk Dittirch博士說到，他是IWS激光焊接研究小組的負責人。

圖：左圖，使用發展的激光MPNG技術焊接後得到的對接焊時的橫截麵和T型焊接頭，可以顯著的降低製造成本和材料的消耗。下圖右側(ce) 的線條圖，激光束的位置在兩(liang) 個(ge) 板材邊緣的位置進行焊接，填料與(yu) 此同時在前麵進行添加。這一工藝導致焊縫的質量比較好。© Fraunhofer IWS

Dittirch博士領導的研究小組發展了一個(ge) 能效高的焊接技術，這一技術是VEMES-能效和低變形激光多道窄間隙焊接項目的一部分。

激光多道窄間隙焊接（簡寫(xie) 為(wei) Laser ＭＰＮＧ）是使用商業(ye) 化的高功率激光，同時從(cong) 傳(chuan) 統工藝的方法中減少焊接層數和從(cong) 而顯著的減少焊縫的體(ti) 積。這些焊接中的要素是關(guan) 鍵得益點。

圖：全部采用激光焊接，焊接的是一個(ge) 四米長的重載起重機梁以顯示該技術所得到的低變形和能量消耗低

取決(jue) 於(yu) 部件，我們(men) 可以將焊接部件所需要的能量降低８０％，並且我們(men) 所需要的填充焊料同傳(chuan) 統的弧焊相比，可以降低８５％。

更為(wei) 重要的是，目前所研究的部件的焊接不需要進行強化處理的過程。結果，我們(men) 產(chan) 品的製造時間就縮短了，製造成本也跟著相應的降低了，同時還可以加工高強度鋼材料和顯著的提高ＣＯ２在整個(ge) 供應鏈的平衡。考慮到在德國有很多鋼結構需要焊接，在世界範圍內(nei) 則更多，由此可知，這將是一個(ge) 非常巨大的優(you) 勢。

這是因為(wei) 激光束的高度集中而聚焦在以一個(ge) 點上，這就使得焊縫周圍幾乎可以保持在冷的狀態下，而且傳(chuan) 統焊接工藝的焊縫為(wei) V形的。

圖：柔性可調節的光束模式：左圖：細小的光束直徑且光束強度高，這主要用於(yu) 深的穿透焊接（小孔焊機）；右圖，大的環狀形狀的激光束，可以用來進行熱傳(chuan) 導焊接

如果將激光焊接用於(yu) 鋼結構，這將對德國的中小企業(ye) 來說將是一個(ge) 振奮人心的消息，將在國際市場擁有非常大的競爭(zheng) 力，Dittirch博士說到，我們(men) 可以為(wei) 工業(ye) 界提供有效的焊接技術來革新鋼結構的焊接，這得益於(yu) 該技術的成本－效益高和製造過程中能源－資源的節省。