傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)主要靠手工焊接來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于制造大型結(jié)構(gòu)、高應(yīng)力的鋼結(jié)構(gòu)，如大型起重機(jī)的吊梁、風(fēng)電塔等，屬于線性長(zhǎng)度比較長(zhǎng)且對(duì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求比較高，同時(shí)還需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和有效的操作。高能、現(xiàn)代化的激光焊接技術(shù)可以滿足這些要求，IWS經(jīng)過2.5年的研究，針對(duì)低變形和低的能量輸入來焊接厚壁結(jié)構(gòu)的研究，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。

德國弗朗霍夫ＩＷＳ研究所研發(fā)出一種使用較平和的激光功率和較低的能量來實(shí)現(xiàn)鋼的焊接。

在當(dāng)今社會(huì)，能源的高效利用和效率的提升變得越來越重要，這主要是得益于不斷上漲的成本壓力和日益嚴(yán)格的環(huán)保方面的要求。因此，來自德國的弗朗霍夫IWS研究所及其合作伙伴發(fā)展一種替代工藝來替代傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)焊接方式，這一替代解決方案不僅提供了工藝上的解決方案，還基于硬件和激光安全等方面進(jìn)行了改進(jìn)。

圖：來自Fraunhofer IWS 的研究人員使用一個(gè)室內(nèi)的起重機(jī)部件，該部件使用的是 S355J2 結(jié)構(gòu)鋼（尺寸規(guī)格為4X0.75X0.5米），來展示他們所發(fā)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(duì)象為同傳統(tǒng)焊接工藝相比較的話。? Fraunhofer IWS/René Jungnickel

這一技術(shù)使用的是功率并不高的激光來焊接高強(qiáng)度材料，同時(shí)還可以顯著的降低能源的消耗和降低工作成本，與此同時(shí)還能提升加工速度。同傳統(tǒng)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)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(huì)上進(jìn)行展出。

視頻：德國弗朗霍夫IWS的焊接技術(shù)簡(jiǎn)介

許多結(jié)構(gòu)都會(huì)用到鋼結(jié)構(gòu)。如輪船上的容器、軌道交通、橋梁或風(fēng)力渦輪塔，任何這一類型的結(jié)構(gòu)都至少有幾百米長(zhǎng)的焊縫。

傳統(tǒng)的工藝過程，如活性氣體焊、埋弧焊等技術(shù)，經(jīng)常用來實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的連接。問題在于，這些技術(shù)存在弧的能量強(qiáng)度低，大比例的能量并沒有真正的用于焊接上，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(qiáng)度相關(guān)的工藝過程會(huì)對(duì)制造的部件造成非常顯著的熱損傷，進(jìn)而造成結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重變形，從而造成隨后還需要大量的工作來進(jìn)行補(bǔ)救，Dirk Dittirch博士說到，他是IWS激光焊接研究小組的負(fù)責(zé)人。

圖：左圖，使用發(fā)展的激光MPNG技術(shù)焊接后得到的對(duì)接焊時(shí)的橫截面和T型焊接頭，可以顯著的降低制造成本和材料的消耗。下圖右側(cè)的線條圖，激光束的位置在兩個(gè)板材邊緣的位置進(jìn)行焊接，填料與此同時(shí)在前面進(jìn)行添加。這一工藝導(dǎo)致焊縫的質(zhì)量比較好。? Fraunhofer IWS

Dittirch博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)展了一個(gè)能效高的焊接技術(shù)，這一技術(shù)是VEMES-能效和低變形激光多道窄間隙焊接項(xiàng)目的一部分。

激光多道窄間隙焊接（簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)aser ＭＰＮＧ）是使用商業(yè)化的高功率激光，同時(shí)從傳統(tǒng)工藝的方法中減少焊接層數(shù)和從而顯著的減少焊縫的體積。這些焊接中的要素是關(guān)鍵得益點(diǎn)。

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

取決于部件，我們可以將焊接部件所需要的能量降低８０％，并且我們所需要的填充焊料同傳統(tǒng)的弧焊相比，可以降低８５％。

更為重要的是，目前所研究的部件的焊接不需要進(jìn)行強(qiáng)化處理的過程。結(jié)果，我們產(chǎn)品的制造時(shí)間就縮短了，制造成本也跟著相應(yīng)的降低了，同時(shí)還可以加工高強(qiáng)度鋼材料和顯著的提高ＣＯ２在整個(gè)供應(yīng)鏈的平衡。考慮到在德國有很多鋼結(jié)構(gòu)需要焊接，在世界范圍內(nèi)則更多，由此可知，這將是一個(gè)非常巨大的優(yōu)勢(shì)。

這是因?yàn)榧す馐母叨燃卸劢乖谝砸粋€(gè)點(diǎn)上，這就使得焊縫周圍幾乎可以保持在冷的狀態(tài)下，而且傳統(tǒng)焊接工藝的焊縫為V形的。

圖：柔性可調(diào)節(jié)的光束模式：左圖：細(xì)小的光束直徑且光束強(qiáng)度高，這主要用于深的穿透焊接（小孔焊機(jī)）；右圖，大的環(huán)狀形狀的激光束，可以用來進(jìn)行熱傳導(dǎo)焊接

如果將激光焊接用于鋼結(jié)構(gòu)，這將對(duì)德國的中小企業(yè)來說將是一個(gè)振奮人心的消息，將在國際市場(chǎng)擁有非常大的競(jìng)爭(zhēng)力，Dittirch博士說到，我們可以為工業(yè)界提供有效的焊接技術(shù)來革新鋼結(jié)構(gòu)的焊接，這得益于該技術(shù)的成本－效益高和制造過程中能源－資源的節(jié)省。

圖： 發(fā)展的光纖激光在進(jìn)行光束形狀調(diào)節(jié)后的一個(gè)案例

來自IWS的研究人員展示了這核心技術(shù)的發(fā)展，在室內(nèi)起重機(jī)上進(jìn)行了應(yīng)用的案例實(shí)操。他們發(fā)展的這一焊接技術(shù)使用了特殊和集成了光學(xué)保護(hù)的概念。

這一設(shè)計(jì)的構(gòu)建，由一個(gè)四米長(zhǎng)的舉行輪廓的室內(nèi)起重機(jī)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造出相當(dāng)?shù)?，同傳統(tǒng)要求一致的部件。制造出典型的焊縫，對(duì)接焊縫30mm，T型接頭為15mm的板材。

圖： 多光纖激光焊接工藝。激光束的形狀和輪廓可以在不超過30毫秒的時(shí)間內(nèi)改變/調(diào)節(jié)/修改，而不需要額外的外部光學(xué)鏡片就可以實(shí)現(xiàn).