Kit de soudage laser pour révolutionner la construction en acier

Kit de soudage laser pour révolutionner la construction en acier

Les chercheurs du Fraunhofer IWS ont utilisé un segment de grue intérieure en acier de construction S355J2 (4 x 0,75 x 0,5 mètres) pour démontrer que le procédé de soudage laser MPNG qu’ils avaient développé réduit les coûts énergétiques jusqu’à 80 % et la consommation de matériau d’apport jusqu’à 85 %. pour cent par rapport aux procédés de soudage conventionnels. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

L’efficacité de l’énergie et des ressources prend de plus en plus d’importance, c’est pourquoi l’Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des poutres IWS a travaillé avec ses partenaires pour développer une alternative à la construction en acier conventionnelle qui constitue non seulement une solution de technologie de processus, mais constitue également la base de matériel et sécurité laser. Cette solution facilite un usinage plus doux des matériaux à haute résistance, ainsi qu’une réduction significative de la consommation d’énergie et des coûts tout en augmentant considérablement la vitesse du processus. L’apport d’énergie nécessaire au composant peut être réduit jusqu’à 80 % par rapport aux processus d’assemblage conventionnels. De plus, le redressement ultérieur du composant est entièrement éliminé du processus. Le procédé de soudage innovant sera présenté le 16 mars à la Hannover Messe Preview 2022 et du 30 mai au 2 juin à la Hannover Messe 2022 sur le stand commun de Fraunhofer dans le hall 5, stand A06.

De nombreuses structures techniques présentent une certaine forme de construction en acier. Qu’il s’agisse d’un porte-conteneurs, d’un véhicule ferroviaire, d’un pont ou d’une tour d’éolienne, chacune de ces structures peut comporter plusieurs centaines de mètres de cordons de soudure. Les procédés industriels conventionnels tels que le soudage au gaz actif métallique ou le soudage à l’arc submergé sont généralement utilisés à cette fin. Voici le problème : en raison de la faible intensité de l’arc, une grande partie de l’énergie dépensée 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 souvent d’une ampleur similaire à celle requise pour le processus de soudage lui-même. “Ces processus énergivores causent des dommages thermiques importants au matériau et entraînent une grave distorsion de la structure, qui nécessite ensuite un travail de redressement très coûteux”, souligne le Dr Dirk Dittrich, qui dirige le groupe Laser Beam Welding chez Fraunhofer IWS.

Procédé de soudage laser puissant

Une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Dittrich a développé une alternative économe en énergie en collaboration avec des partenaires industriels dans le cadre du projet “VE-MES – Soudage à espacement étroit multi-passes laser à faible distorsion et à efficacité énergétique”. Le soudage laser multi-passes à joint étroit (laser MPNG, voir encadré ci-dessous) utilise un laser de forte puissance disponible dans le commerce et se démarque des méthodes conventionnelles par son nombre de couches réduit et son volume de cordon drastiquement réduit. Ces éléments du processus de soudage sont ses principaux avantages. “Selon le composant, nous pouvons réduire l’apport d’énergie pour le 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”, rapporte le Dr Dittrich. “De plus, il n’a pas été nécessaire d’effectuer un processus de redressement sur le composant étudié. Nous pouvons ainsi réduire le temps et les coûts de production, traiter des matériaux en acier à haute résistance et améliorer considérablement le CO2 l’équilibre de toute la chaîne de production. Compte tenu du nombre important de structures en acier en cours de construction en Allemagne et dans le monde, cela pourrait s’avérer extrêmement avantageux.” En effet, la haute intensité du faisceau laser garantit que l’apport d’énergie est très localisé au point de soudage, alors que le les zones environnantes du composant restent relativement froides. “Le temps de soudage est également réduit de 50 à 70 %”, explique Dittrich, citant un autre avantage. Le nouveau procédé excelle également en termes de qualité des cordons de soudure – les cordons sont nettement plus fins et les bords sont pratiquement parallèles, alors que dans les processus de soudage conventionnels, les cordons sont en forme de V. “Si le soudage au laser était utilisé dans les processus de construction en acier, il deviendrait un argument de vente unique pour les entreprises de taille moyenne en Allemagne et renforcerait sa position sur le marché face à concurrence internationale », déclare Dittrich avec confiance. « Nous fournissons à l’industrie une forme efficace de technologie d’assemblage qui est en passe de révolutionner la construction en acier sur compte tenu de son application rentable et de son processus de production économe en ressources.”

Kit de soudage laser pour révolutionner la construction en acier

Le faisceau laser est positionné au niveau du joint entre les deux bords de tôle à souder, et un métal d’apport est inséré en même temps devant celui-ci. Le processus permet d’obtenir un joint soudé de haute qualité. Crédit : Fraunhofer-Gesellschaft

Recherche en 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’un exemple pratique 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 du profil rectangulaire de quatre mètres de long construit expérimentalement d’un segment de grue intérieure était conforme aux directives de conception et de fabrication de composants comparables produits de manière conventionnelle. Des cordons de soudure typiques de l’application ont été réalisés : un joint bout à bout sur des plaques de 30 millimètres et un joint en T entièrement assemblé (plaque de 15 millimètres).

Pour un cordon de soudure d’un mètre, il a été possible de réduire les coûts pour une épaisseur de tôle de 30 millimètres de 50 % par rapport au soudage à l’arc submergé, y compris le processus de redressement ultérieur. Pour les épaisseurs de tôle inférieures à 20 millimètres, où les procédés de soudage au gaz actif métallique sont également couramment utilisés, les économies de coûts potentielles sont encore plus élevées, jusqu’à 80 %. Les économies de coûts en termes de matériaux d’apport de soudage seuls peuvent s’élever à plus de 100 000 euros par an pour les grandes entreprises. De plus, les sources de faisceau laser utilisées offrent un grand potentiel pour endiguer la hausse des coûts énergétiques en raison de leur rendement élevé (environ 50 %) et de la bonne efficacité du procédé (réduction de l’apport d’énergie de 80 %). Avec cette preuve d’adéquation pratique, l’approche peut maintenant être étendue à d’autres applications.


Amélioration de la productivité du soudage en réduisant l’angle de rainure


Fourni par la société Fraunhofer

Citation: Le soudage au laser va révolutionner la construction en acier (16 mars 2022) récupéré le 16 mars 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-03-laser-welding-revolutionize-steel.html

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