Laserhitsauksen sovelluksia konepajoissa Jukka Siltanen SSAB
Sisältö Historiaa SSAB ja laserhitsaus (Uudenkaupungin teräspalvelukeskus) Markkinakatsaus Laserhitsaussovellukset Yhteenveto 2
Historiaa 3
Historiaa, julkaisusta kerättyä Tulevaisuuden lasertyöstöteknologiat seminaaripäivä (2001) 4
Historiaa, julkaisusta kerättyä Laserityöstö 1986 1989 (1989) 5
Historiaa, julkaisusta kerättyä Laserityöstö 1986 1989 (1989) 10 mm 6
Markkinakatsaus 7
Global Industrial Laser Market David A. Belforte Editor-in-Chief Industrial Laser Solutions Laser for Manufacturing Schaumburg, IL Sept. 22, 2014
The global picture for the markets in 2014 North American manufacturers continue to exceed expectations. Even fiscal restraints do not slow exports. Exports to Asia offset slower European market growth. Europe remains a problem. Growth in Central Europe slows. Auto and steel industries planning flat growth for year. Asia returns to growth mode China opens the door for capital equipment imports even though government policies shift to self dependence. Japan economy reverse effects will not show until second half. South East Asia grows its share of the market South Korea slow to return to export prominence. ROW starts to open up as year progresses. BRIC markets fail to boost shares in 2014. Brazil government acts to ease international investment rules. Africa beginning to be of interest. India still a market trying to find an identity, government changing non-favorable policies. Source: Belforte Associates
Global Laser for Material Processing Revenues - $ M Type/Year 2012 2013 % 2014* % Carbon Dioxide 925 862-7 825-4 Solid State 467 452-3 445-2 Fiber 661 787 19 950 21 Other 257 293 14 304 4 Total 2311 2394 4 2524 5 * Projection 8/14 Source: Belforte Associates
Industrial laser processing revenues - $ M Application 2012 2013 % 2014 % Marking 321 342 7 368 7 Micro Processing 564 577 2 595 3 Macro Processing 1426 1474 3 1541 5 Total 2311 2393 4 2503 5 Source: Industrial Laser Solutions
Macro processing lasers by application - 2013 Welding 22 % Other 29% Total = $1474 M Metal Cutting 75 % Source: Marketplace for Lasers & Photonics -2014 Lasers > 1 kw
International markets of Opportunity for industrial lasers 2014 Industry Region North South Western Eastern America America Europe Europe Japan China SE Asia India ROW Energy Transportation Agricultural Aerospace Communications Metal fab Medical devices Hot Not so hot Cool Cold Really cold Source: Belforte Associates
Laserhitsaussovellukset 14
Laserhitsaus / Laserhybridihitsausperiaatekuvat Laserhitsaus Laserhybridihitsaus Lähde: Ionix Oy, Fronius 15
Laserhitsaus / Laserhybridihitsausperiaatekuvat Laserhybridihitsaus 1. Laserhitsaus 2. Laserhybridi 3. MAG hitsaus 4. Silloitus: MAG hitsaus Lähde: Fronius 16
LHW, Päittäisliitos LASER P L = 3000 W P MAG = 0 W HYBRIDI P L = 2500 W P MAG = 2500 W MAG P L = 0 W P MAG = 6000 W 17
LHW, Päällekkäisliitos Laserhitsi, Ei ilmarakoa Laser vs= 3 m/min PL: 4 kw Laserhitsi, Ilmarako. 0.5 mm Laser vs= 1.8 m/min PL: 4 kw Lähde: Fronius 18 LHW, Ilmarako. 0.5 mm LHW Vs= 3 m/min PL: 4 kw Parc: 1.6 kw vs: 4 m/min
Luja teräs ja laserhitsaus Lämmöntuonti rajoitukset jotta vältytään liiaalliselta HAZ:in pehmenemiseltä Laserhybridi Laser+kylmä /kuumalanka t 8/5 : 7 8 s Laadukas hitsi Suuremmat liitostoleranssit Suurempi tunkeuma Hallittu lämmöntuonti Suurempi hitsausnopeus t 8/5 : 5 s Pienemmät muutokset HAZ:ssa Ei magneettista puhallusta Vähemmän roiskeita Hallittu lisäaineenkäyttö Lähde: Fronius 19
Metalliteollisuus Kaivostoiminta Metallien perusteollisuus Kone ja metallituoteteollisuus Sähkötekninen teollisuus Kuljetusvälineteollisuus Autoteollisuus Telakka ja meriteollisuus Lentokoneteollisuus Kisko ja maantiekalusto Rakennusteollisuus 20
Lasersovellukset teollisuusaloittain Trumpf ESAB Laivanrakennus Meriteollisuus (laivan rakennus ja off shore) Raskas konepajateollisuus Putkistojen rakentaminen Juna ja kiskoliikenne Lämmönvaihtimet / säiliöt Kuljetusvälineteollisuus (autoteollisuus, kiskoliikenne, trailerit, liikkuvat tuotteet) Infrarakentaminen (sillat, erikoisrakenteet) Liikerakentaminen (teräsrakenteet paneelit) Autoteollisuus IPG Yleinen valmistava teollisuus Raskas konepajateollisuus Ilmailuteollisuus Kuluttajatuotteet Autoteollisuus 21
Kone ja metallituoteteollisuus Valtavasti erilaisia sovelluksia joissa hyödynnetään laserhitsausta Kallis investointi on saatava tehokkaaseen käyttöön: automaatio suuret sarjat selkeät edut perinteiseen liittämiseen verrattuna nopeus tuotantomäärät hinta laatu? 22
Kone ja metallituoteteollisuus Levytuotteiden ja profiilien laserhitsaus Joustava ja nopea valmistusmenetelmä Tavoitteena suuri tuottavuus Levyissä voidaan tehdä hyvinkin räätälöityjä tuotteita eri aineenvahvuudet ja materiaalit 23
Levyjen laserhitsaus Lähde: Göcke GmbH, TTM, Ferro Umformtechnik GmbH & Co. KG, Photon AG 24
Levyjen laserhitsaus (3 x 12 m) Alumiiniprofiilin (AlMg 5) laserhitsaus Kuitulaser 5 kw, hitsausnopeus 4.8 m/min (5 mm) Lähde: TTM 25
Putkien/Profiilien laserhitsaus L/H/T-profiilit Lähde: IMAWIS, Montanstahl, Esab, Ferro Umformtechnik GmbH & Co. KG, Industrial Laser Solutions magazine, LRM-Technologies 26
Putkien/Profiilien laserhitsaus Autoteollisuus materiaali: 22MnB5, t= 2.4 3.2 mm hitsausprosessi: Laserhybridi, hitsausnopeus: 4.2 m/min hitsiluokka B (ISO 13919 1) L/H/T-profiilit Lähde: Fronius 27
Kierresauma putkenlaserhitsaus (Europipe) 1. Hitsi, putken sisällä: CO 2 laser 12 kw 2. Hitsi, putken ulkopuolella: Nd:YAG laser 4,4 kw L/H/T-profiilit Lähde: SLV, Rostock 28
Koneteollisuus (suuret sarjat, tiukat vaatimukset) Lähde: IPG, Fronius, TTM 29
Hydraulisylinterien LHW hitsaus Lähde: Cloos 30
Lämmönvaihtimet Lähde: Omega Thermoproducts 31
Koneteollisuus Lähde: IMAWIS, IPG 32
Kisko ja maantiekalusto Suurten levykenttien esimerkiksi seinärakenteiden hitsaus Yleisesti käytössä perusteräslaadut (S355) mutta myös lujempia teräksiä (500 700 Mpa) myös ruostumaton teräs ja alumiini käytössä Tavoitteena kustannus ja energiatehokkuus suurempi hyötykuorma + pienempi omapaino uudet materiaalit esimerkiksi lujat ja ultralujat teräkset painonsäästö 33
Kiskokalusto Lähde: Industrial Laser Solutions magazine, TTM, Photon AG 34
Kiskokalusto Lähde: TTM, Photon AG, GNC Laser 35
Kiskokalusto 4 kw Trumpf laser Jäykisteiden hitsaukseen Manuaalinen osien kiinnittäminen Lähde: Cloos 36
Kiskokalusto Erikoisrakenteet: laserhitsaus mahdollistaa rakenteen optimoinnin Lähde: TTM 37
Kiskokalusto Raitiovaunun seinä ja kaksikerrosvaunun seinä Lähde: Photon AG 38
Kiskokalusto Lattiarakenne (16 m, t=1.25 mm, Rst) Lähde: Photon AG 39
Mobiilinosturit Kuitulaser 12 kw (päivitys 16 kw), liikepituus 19 m (15 t) Lähde: Cloos 40
Mobiilinosturit Hitsaus ilman juuritukea Hitsaus yhdeltä puolelta Vähäinen jälkityön tarve (oikaisu) Lähde: Cloos 41
Mobiilinosturit Vuonna 2009 Ruukki visioi seuraavaa 42
LHW hitsausjärjestelmä autonostureiden valmistamiseen Kuitulaser 8 kw 43 Lähde: Cloos
LHW hitsausjärjestelmä autonostureiden valmistamiseen Juuren puoli, ei juuritukea Hitsin pinnan puoli Lähde: Cloos 44
Telakka ja meriteollisuus Telakat joissa käytössä laser /laserhybridihitsaus Meyer Weft (Saksa ja Suomi) Monfalcone Fincantieri (Italia) Blohm & Voss (Saksa) Warnow Werft (Saksa) Nagasaki Shipyard (Japani) 45
Telakka ja meriteollisuus Lämmöntuonnin op moin oikomisen vähentäminen Suurempi tuottavuus (hitsausnopeus) Vähentynyt hitsauslisäaineen kulutus Jauhekaarihitsaus Laserhybridihitsaus Lähde: IMG 46
Telakka ja meriteollisuus Paneelien päittäisliitokset Jäykkäreiden hitsaus levykenttiin Lähde: Esab, TTM, Fronius 47
Telakka ja meriteollisuus Monfalcone Fincantieri, Italia (Kuitulaser 10 kw) Valmis paneeli: 16 m x 36 m x 6 mm Jyrsinpää Hitsausyksikkö Lähde: IMG 48
Telakka ja meriteollisuus Meyer Werf, Saksa Kolme kertaa suurempi hitsausnopeus kuin MAG:lla tai jauhekaarella! t= 5-6 mm, hitsausnopeus 2.5-3.0 m/min t= 15 mm, hitsausnopeus 1.2 m/min Railokulma nyt = 6 Aikaisemmin = 30-45 Lisäaineen säästö 80%! Lähde: Fronius 49
Telakka ja meriteollisuus Meyer, Turku (Kuitulaser 6 kw) Hisin max. pituus: 12 m, t=5 6 mm, hitsausnopeus: 1.8 m/min (6 mm) Hitsaussuunta Lähde: IMG 50
Telakka ja meriteollisuus SSTC, Venäjä (Kuitulaser 12 kw) Aineenvahvuus: 5 20 mm, maksimi hitsin pituus: 12 m, hitsausnopeus: 2.4 m/min (6 mm) T liitos: a=2.5 5 mm, hitsausnopeus max 4 m/min Päittäisliitos Pienahitsi Laserleikkausyksikkö Laserhybridihitsausyksikkö Laserhybridihitsausyksikkö Lähde: IMG 51
Telakka ja meriteollisuus IMG Laboratoriolaitteisto (Kuitulaser 8 kw, 2x4 kw) t:4 15 mm, hitsin max pituus: 16 m, hitsausnopeus: 3.5 m/min (3 mm) Laserleikkausyksikkö Lähde: IMG Laserhybridihitsausyksikkö 52
Forschungsprojekt QuInLas Fertigungsdemonstrator Portal 1 Portal 2 Portal 3 6,2 m 35,5 m 7,5 m Lähde: IPG/Cloos Qualitätsgerechte 3D Laser Schweißbearbeitung innovativer Schiffskonstruktionen QuInLas 53 Laser-Hybrid: Übersicht neue über die Generation Cloos Prozesstechnik 28.11.2014 53
Telakka ja meriteollisuus Lähde: Best 2013 (EU projekti) 54
Yhteenveto Laserhitsaus on käytössä lukuisissa sovelluksissa Kallis investointi (räätälöity laitteisto, mukana useita osatoimituksia: laser, kaarihitsauslaitteisto, hitsaustyöasema ym.) pitää olla paljon hitsattavaa (suuret ja toistuvat sarjat, paljon hitsimetrejä) sivuajat minimoitava tuote voi olla sellainen ettei ole muuta soveltuvaa menetelmää esimerkiksi ITER Case Esimerkki investoinnista: tarve: automaattinen hitsauslinjasto päittäisliitokselle laitteistotoimittajia: 5 kpl laitteiston hinta: 2.1 6.6 M 55
KIITOS! 56