能源和資源效率變得越來越重要，這就是為什么德國弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所（Fraunhofer IWS）與合作伙伴聯(lián)合開發(fā)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的替代方案，它不僅構(gòu)成工藝技術(shù)解決方案而且構(gòu)成了硬件和激光安全的基礎(chǔ)。該解決方案有助于更溫和地加工高強(qiáng)度材料，并顯著降低能耗和成本，提高加工速度。與傳統(tǒng)的連接工藝相比，組件所需的能量輸入最多可減少80%。此外，由新工藝制成的部件在后續(xù)加工時(shí)也無需矯直。

許多技術(shù)結(jié)構(gòu)采用某種形式的鋼結(jié)構(gòu)。無論是集裝箱貨輪、鐵路車輛、橋梁還是風(fēng)力渦輪機(jī)塔架，這些結(jié)構(gòu)中的任何一個(gè)都有數(shù)百米的焊縫。過去，這些焊縫多數(shù)使用傳統(tǒng)工藝，例如金屬活性氣體焊接或埋弧焊。但由于電弧強(qiáng)度低，大部分消耗的能量并沒有在焊接過程中使用，而是以熱量的形式損失到組件中。

焊接后處理所需的能量通常與焊接過程本身所需的能量相似。對此，F(xiàn)raunhofer IWS激光束焊接小組負(fù)責(zé)人Dirk Dittrich博士強(qiáng)調(diào)說，這種能源密集型工藝會對材料造成嚴(yán)重的熱損傷，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形，之后只能通過成本高昂的矯直工藝恢復(fù)零件。

強(qiáng)大的激光焊接工藝

由Dittrich博士領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員與合作伙伴開發(fā)了一種節(jié)能替代方案，作為“VE-MES-節(jié)能低失真激光多道次窄間隙焊接”項(xiàng)目的部分。激光多道次窄間隙焊接（激光MPNG）使用了市售的高功率激光器，由于層數(shù)減少和焊縫數(shù)量大幅減少，得以從傳統(tǒng)方法中脫穎而出。

激光束定位在兩板之間的接合處，同時(shí)插入填充金屬。該過程產(chǎn)生高質(zhì)量的焊縫

“根據(jù)組件，我們可以將焊接過程中的能量消耗減少多達(dá)80%，與填充材料消耗相比，我們可以降低多達(dá)85%。”Dittrich博士談到。因此，這種工藝方法可以減少生產(chǎn)時(shí)間和成本，加工高強(qiáng)度鋼材并實(shí)現(xiàn)了低碳生產(chǎn)。鑒于德國和世界各地未來仍然需要大量鋼結(jié)構(gòu)，這種工藝方法將會顯得非常有優(yōu)勢。

因?yàn)榧す馐母邚?qiáng)度保證能量輸入高度集中在焊接點(diǎn)上，而組件的周圍區(qū)域仍然相對較冷。焊接時(shí)間減少了50-70%。新工藝在焊縫質(zhì)量方面也同樣出色，焊縫更細(xì)，邊緣幾乎是平行的，而在傳統(tǒng)焊接工藝中，接縫呈V形。如果將激光焊接用于鋼結(jié)構(gòu)工藝，將成為德國中型企業(yè)的獨(dú)特賣點(diǎn)，并在國際競爭中鞏固其市場地位。

研究團(tuán)隊(duì)正在為行業(yè)提供一種高效的焊接技術(shù)，由于其具有成本效益的應(yīng)用和資源節(jié)約型生產(chǎn)過程，該技術(shù)將徹底改變鋼結(jié)構(gòu)。

Fraunhofer IWS的研究人員使用室內(nèi)起重機(jī)部件的實(shí)際示例，展示了新開發(fā)的性能。他們使用特殊的系統(tǒng)技術(shù)和集成的光束保護(hù)部署了新的焊接技術(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，室內(nèi)起重機(jī)的四米長矩形輪廓，符合傳統(tǒng)生產(chǎn)組件的設(shè)計(jì)和制造要求。產(chǎn)生典型的應(yīng)用焊縫：30mm板上的對接接頭和完全連接的T型接頭（15mm）。

對于1m的焊縫，與埋弧焊相比，30mm板厚的成本可以降低50%，包括隨后的矯直過程。對于厚度小于20mm的板材，對比使用金屬活性氣體焊接工藝，潛在的成本節(jié)約甚至高達(dá)80%。對于大公司來說，僅焊接填充材料每年就可以節(jié)省超過10萬歐元的成本。此外，所使用的激光源由于高效率而具有阻止能源成本上升的巨大潛力（約50%）和良好的工藝效率（減少80%的能量消耗）。有了這種實(shí)際適用性的證據(jù)，該方法現(xiàn)在可以擴(kuò)展到其他應(yīng)用。