लेजर वेल्डिंग इस्पात निर्माण में क्रांति लाएगी
ऊर्जा और संसाधन दक्षता तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है और हाल ही में फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर मैटेरियल्स एंड बीम टेक्नोलॉजी आईडब्ल्यूएस पारंपरिक स्टील संरचनाओं के विकल्प को विकसित करने के लिए अपने भागीदारों के साथ काम कर रहा है जिसमें बेस हार्डवेयर और लेजर सुरक्षा भी शामिल है। समाधान उच्च के हल्के प्रसंस्करण की सुविधा प्रदान करता है- शक्ति सामग्री और ऊर्जा की खपत और लागत को काफी कम कर देता है, जबकि प्रसंस्करण गति में काफी वृद्धि करता है। पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं की तुलना में, घटकों के लिए आवश्यक ऊर्जा इनपुट को 80 प्रतिशत तक कम किया जा सकता है। इसके अलावा, बाद में घटक को सीधा करना प्रक्रिया से पूरी तरह से समाप्त हो जाता है। अभिनव वेल्डिंग प्रक्रिया को हनोवर मेस्से पूर्वावलोकन 2022 में प्रस्तुत किए जाने की उम्मीद है।
कई तकनीकी संरचनाओं का निर्माण किसी न किसी रूप में स्टील से किया जाता है। चाहे वह कंटेनर जहाज हो, रेलवे वाहन हो, पुल हो या पवन टरबाइन टॉवर हो, इन संरचनाओं में सैकड़ों मीटर वेल्ड सीम हो सकते हैं। इसलिए, यदि पारंपरिक औद्योगिक प्रक्रियाओं जैसे धातु सक्रिय गैस वेल्डिंग या जलमग्न चाप वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है, तो एक या दूसरे तरीके से समस्याएं उत्पन्न होती हैं: चाप की कम ताकत के कारण, खपत की गई अधिकांश ऊर्जा वास्तव में वेल्डिंग प्रक्रिया में उपयोग नहीं की जाती है लेकिन गर्मी के रूप में घटक में खो जाता है। पोस्ट-वेल्ड प्रसंस्करण के लिए आवश्यक ऊर्जा आमतौर पर वेल्डिंग प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा के समान होती है। "ये ऊर्जा-गहन प्रक्रियाएं सामग्री को गंभीर थर्मल क्षति का कारण बन सकती हैं और संरचना के गंभीर विरूपण का कारण बन सकती हैं, जिसके लिए बाद में बहुत महंगा सीधा काम करना पड़ता है।" फ्रौनहोफर आईडब्ल्यूएस लेजर बीम वेल्डिंग ग्रुप के प्रमुख डॉ डिर्क डिट्रिच जोर देते हैं।
लेज़र बीम को वेल्ड करने के लिए दो प्लेट किनारों के बीच के जोड़ पर रखा जाता है और इसके सामने फिलर मेटल डाला जाता है, एक प्रक्रिया जो उच्च गुणवत्ता वाले वेल्ड का उत्पादन करती है।
शक्तिशाली लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया
डॉ. डिट्रिच के नेतृत्व में शोधकर्ताओं के एक समूह ने "वीई-एमईएस - एनर्जी एफिशिएंट एंड लो डिस्टॉर्शन लेजर मल्टीपास नैरो गैप वेल्डिंग" परियोजना के हिस्से के रूप में औद्योगिक भागीदारों के साथ मिलकर एक ऊर्जा-कुशल विकल्प विकसित किया है। लेज़र मल्टी-पास नैरो गैप वेल्डिंग व्यावसायिक रूप से उपलब्ध उच्च शक्ति वाले लेजर का उपयोग करता है और इसकी परतों की कम संख्या और काफी कम वेल्ड सीम वॉल्यूम के कारण पारंपरिक तरीकों से अलग है। अपनी रिपोर्ट में, डॉ। डिट्रिच ने वेल्डिंग प्रक्रिया के मुख्य लाभों को संदर्भित किया है। .
"घटक के आधार पर, हम वेल्डिंग के दौरान घटक में ऊर्जा इनपुट को 80 प्रतिशत तक कम कर सकते हैं और हम पारंपरिक चाप प्रक्रियाओं की तुलना में भराव सामग्री की खपत को 85 प्रतिशत तक कम कर सकते हैं," डॉ डिट्रिच ने बताया। अध्ययन के तहत भागों के लिए एक सीधी प्रक्रिया को पूरा करने की आवश्यकता नहीं है। नतीजतन, हम उत्पादन समय और लागत को कम कर सकते हैं, उच्च शक्ति वाले स्टील को संसाधित कर सकते हैं और पूरी उत्पादन श्रृंखला के साथ CO2 संतुलन में काफी सुधार कर सकते हैं। बड़ी संख्या में स्टील को देखते हुए जर्मनी और दुनिया भर में जो स्ट्रक्चर बन रहे हैं, उनके लिए यह काफी फायदेमंद साबित हो सकता है।" ऐसा इसलिए है क्योंकि लेजर बीम की उच्च तीव्रता सुनिश्चित करती है कि ऊर्जा इनपुट वेल्डिंग बिंदु पर अत्यधिक केंद्रित है, जबकि घटक के आसपास का क्षेत्र अपेक्षाकृत ठंडा रहता है। "वेल्डिंग का समय भी 50 से 70 प्रतिशत तक कम हो जाता है," डिट्रिच कहते हैं।
नई प्रक्रिया वेल्ड गुणवत्ता के मामले में भी उत्कृष्ट है - वेल्ड सीम काफी पतली है और किनारे लगभग समानांतर हैं, जबकि पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं में सीवन वी-आकार का है। "अगर स्टील निर्माण प्रक्रिया में लेजर वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है, तो यह मध्यम आकार की जर्मन कंपनी के लिए एक अद्वितीय बिक्री बिंदु बन जाएगा और अंतरराष्ट्रीय प्रतिस्पर्धा के सामने अपनी बाजार स्थिति को मजबूत करेगा," डिट्रिच आत्मविश्वास से कहते हैं। "हम उद्योग को वेल्डिंग तकनीक का एक कुशल रूप प्रदान कर रहे हैं जो इसके लागत प्रभावी अनुप्रयोग और संसाधन-कुशल उत्पादन प्रक्रियाओं के कारण इस्पात निर्माण में क्रांतिकारी बदलाव लाएगा।
लेजर एमपीएनजी के साथ उत्पादित वेल्डेड जोड़ों और टी-जोड़ों के क्रॉस-सेक्शन: काफी कम लागत और संसाधन खपत पर गारंटीकृत शानदार वेल्ड।
व्यावहारिक अध्ययन: इनडोर क्रेन निर्माण के लिए स्टील बीम
फ्रौनहोफर आईडब्ल्यूएस शोधकर्ताओं ने इनडोर क्रेन निर्माण के व्यावहारिक उदाहरणों का उपयोग करके अपने नए विकास के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। उन्होंने विशेष प्रणाली प्रौद्योगिकी और एक एकीकृत बीम सुरक्षा अवधारणा का उपयोग करके नई वेल्डिंग तकनीक को तैनात किया। इनडोर क्रेन सेक्शन के चार मीटर लंबे आयताकार प्रोफाइल का प्रायोगिक डिजाइन पारंपरिक उत्पादन घटकों के लिए तुलनीय डिजाइन और निर्माण दिशानिर्देशों का अनुपालन करता है। विशिष्ट अनुप्रयोग वेल्ड का उत्पादन किया गया: 30 मिमी प्लेट पर बट जोड़ों और पूरी तरह से टी-जोड़ों (15 मिमी प्लेट) में शामिल हो गए।
एक मीटर लंबे वेल्ड के लिए, 30 मिमी की मोटाई वाली प्लेट की लागत को जलमग्न चाप वेल्डिंग की तुलना में 50 प्रतिशत तक कम किया जा सकता है, जिसमें बाद की सीधी प्रक्रिया भी शामिल है। 20 मिमी से कम मोटी पतली प्लेटों के लिए, धातु-सक्रिय गैस वेल्डिंग प्रक्रिया का भी आमतौर पर उपयोग किया जाता है और संभावित लागत बचत 80 प्रतिशत तक अधिक होती है। बड़ी कंपनियों के लिए, प्रति वर्ष €100,000 से अधिक की बचत केवल भराव सामग्री को वेल्डिंग करके प्राप्त की जा सकती है। इसके अलावा, इस्तेमाल किया गया लेजर बीम स्रोत अपनी उच्च दक्षता (लगभग 50 प्रतिशत) और अच्छी प्रक्रिया दक्षता (ऊर्जा इनपुट में 80 प्रतिशत की कमी) के कारण बढ़ती ऊर्जा लागत को रोकने के लिए काफी संभावनाएं प्रदान करता है। व्यावहारिक प्रयोज्यता के इस प्रमाण के साथ, विधि को अब अन्य अनुप्रयोगों तक बढ़ाया जा सकता है।
IWS शोधकर्ताओं ने S355J2 स्ट्रक्चरल स्टील (4 x 0.75 x 0.5 मीटर) से बने एक इनडोर क्रेन सेक्शन का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए किया कि उनकी विकसित लेजर MPNG वेल्डिंग प्रक्रिया ऊर्जा लागत को 80 प्रतिशत तक कम कर सकती है। और पारंपरिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं की तुलना में भराव सामग्री की खपत 85 प्रतिशत तक।
लेज़र मल्टी-पास नैरो गैप वेल्डिंग (MPNG) का सिद्धांत
जबकि फिलर मेटल को जोड़ा जा रहा है, लेजर को वेल्ड करने के लिए दो शीटों के किनारों के बीच के जोड़ पर स्थित किया जाता है। लेजर बीम की ऊर्जा तार पर वर्कपीस और फिलर धातु के किनारों को पिघला देती है, जो तब दो टुकड़ों के बीच की खाई को भरती है और एक उच्च गुणवत्ता वाला वेल्ड बनाती है। इस प्रक्रिया का उपयोग इस्पात निर्माण में विशिष्ट संयुक्त विन्यासों को वेल्ड करने के लिए किया जा सकता है। प्लेटों के किनारों को प्लाज़्मा कट किया जाता है और जोड़ों में कभी-कभी 2 मिमी तक के अंतराल होते हैं जिन्हें लेजर वेल्डिंग प्रक्रिया द्वारा मज़बूती से पाटा जा सकता है। जब वेल्ड (टी-जोड़ों) या बट जोड़ों को वेल्डिंग करते हैं, तो प्रक्रिया यह सुनिश्चित करती है कि जोड़ पूरा हो गया है, अर्थात दो भाग पूरे संपर्क क्षेत्र में जुड़ गए हैं। पारंपरिक इस्पात निर्माण में, यह एक तकनीकी सीमा है, खासकर टी-जोड़ों का उपयोग करते समय।
