Lisää kilpailukykyä laserhitsauksen avulla Jukka Siltanen SSAB
Sisältö Laserhitsaus SSAB:llä Yleistä laserhitsauksesta Laserhitsauksella saavuteltavat hyödyt + esimerkit 2
Laserhitsaus SSAB:llä 3
Laserhitsaus SSAB:lla SSAB:llä on oma teräspalvelukeskus joka on keskittynyt laserhitsaukseen Hitsattavina materiaaleina kulutuslevyt ( HB 400 ) sekä lujat rakenneteräkset (Rm 500 Mpa), tyypillinen aineenvahvuus 2-6 mm:iä Käyttökohteet: soralavat, junavaunun seinät, maataloustuotteet, kontit, malmivaunut SSAB tekee systemaattisesti myös laserhitsauskokeet erityisesti autoteollisuudessa käytettäville teräksilleen Laserhitsauskokeet tehdään SEP 1220-3 ohjeiston mukaisesti ja lisäksi tehdään laserhitsaus päittäisliitokselle käyttämällä kahta eri lämmöntuontia hitsauksessa. Tämän lisäksi hitsauskokeita tehdään myös vastushitsauksella ja tarvittaessa muilla hitsausmenetelmillä 4
SSAB -Uusikaupunki Kolme lasertyöasemaa, hiilidioksidi (CO 2 ) laserit, Shuler- Held Lasertechnic 2004 Valmiiden tuotteiden mitat 5 pituus max. 18 000 mm leveys, max. 4 500 mm korkeus, max. 700 m Sertifikaatit ISO 9001 laatu ISO 14001 ympäristö ISO 3834-2 hitsaus EN 15085-2 raideliikenne EN 1090-2 teräs-ja alumiinirakenteiden toteuttaminen
SSAB -Uusikaupunki 6
SEP 1220-3 7
Yleistä laserhitsauksesta 8
Macro processing lasers by application -2013 Welding 22 % Other 29% Total= $1474 M Lasertyöstösovellukset v.2000 Metal Cutting 75 % 30% 31% 19% 20% Hitsaus Merkkaus Leikkaus Muut Lasers > 1 kw Source: Marketplace for Lasers & Photonics -2014 9
Sovelluskohteet 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: 10 Belforte Associates
Laserhitsaus Suomessa Koulutus- ja tutkimuslaitokset: Lappeenrannan ja Tampereen teknilliset yliopistot, Winnova(Laitila), Koneteknologiakeskus Turku, HAMK (Riihimäki), ELME Studio (Nivala), Jaloterässtudio (Tornio), Savonia AMK (Kuopio) Koneenrakentajat ja asiantuntijat: Pemamek(Loimaa), Kemecweld(Lahti), Ionix(Hämeenlinna), Apricon(Riihimäki), Weldcon(Lappeenranta) Alihankkijat Hakaniemen Metalli (Vantaa), HT Laser (Haapamäki), Kenno Tech (Riihimäki), Laserle(Helsinki), SSAB (Uusikaupunki), Rautatyö Kröger (Jyväskylä), Compusteel (Savonlinna) Omia tuotteita hitsaavat Ecocat(Vihtavuori), Valmet (Valkeakoski), Metso Power (Tampere), Outokumpu (Tornio), Outotec Turula(Outokumpu), Levator(Hanko), Stalatube(Lahti), Meyer Turku (Turku), Valmet Automotive (Uusikaupunki), Cathodex(Parkano) 11
Laserhitsausprosessit Sulattava hitsaus Syvätunkeumahitsauseli avaimenreikähitsaus Pulssihitsaus Lisäaineellinen hitsaus Hybridihitsausprosessit (esim. Laser+MAG) 12
Laserhitsaukset edut Eripaksuisten ja eri materiaalien liittäminen keskenään Eri materiaalien ja paksuuksien (0.6-15 mm) hitsaus samalla laitteella Kosketukseton prosessi, ei työkalun kulumista Automatisoitu prosessi (laatu) Suuri hitsausnopeus (tuottavuus +300-1000%) Kontrolloitu lämmöntuonti (pienet muodonmuutokset -80-90%) Korkealaatuinen hitsi ja pieni viimeistelyn tarve Samaa laseria voidaan käyttää useampaan lasertyöstöprosessiin (leikkaus, hitsaus, merkkaus ym.) Käyttökustannukset -50-80% 13
Laserhitsauksen edut 14
Laserhitsaukset edut Lämmöntuonti Pienempi lämmöntuonti pienemmät muodonmuutokset J / mm 140 Laser Lämmöntuonti 120 100 80 60 Plasma TIG MIG Plasma TIG MIG 40 15 20 0 Laser Enegrgy Input 2012 Lähde: Trumpf
Liitosmuodot Lähde: Ionix ja Ohutlevytuotteiden suunnittelijan käsikirja 16
Laserhitsaukset rajoitukset Kallis investointi Investoinnista johtuva kiinteä kustannus on yleensä hyvin korkea Tiukat railotoleranssit päittäisliitoksissa Säteen korkea paikoitustarkkuusvaatimus (vrt. hybridi) Erityisvaatimukset kiinnittimille Kappaleen muoto voi estää säteen liitokseen pääsyn Työturvallisuus erityisesti lyhyen aallonpituuden lasereilla (kustannusvaikutus) 17
Laserhitsauksella saavuteltavat hyödyt esimerkit 18
Kustannukset Laserhitsauksella voidaan alentaa hitsauksen kustannuksia Kasvanut hitsausnopeus nostaa tuottavuutta Laatu, vähemmän sutta Vähemmän lämmöstä johtuvia muodonmuutoksia ja jännityksiä, tuotteen mitat eivät muutu hitsauksen jälkeen, ei oikomista Hyvä hitsin visuaalinen laatu, vähemmän roiskeita ja siis vähemmän jälkityöstöä 19
Materiaali, aineenvahvuus ja liitosmuotovariaatiot Rakenneteräkset, suurilujuusteräkset ja kulutusteräkset Lähde: TTM, Photon AG 20
SSAB Uudenkaupungin palvelukeskuksen laserhitsattu nauhalevy Kulutusteräs (Hardox) nauha Aineenvahvuus 3.2-6 mm Jos käyttökohde sallii laserhitsatun tuotteen käytön niin se on erityisesti ohuemmilla aineenvahvuuksilla edullisempi vaihtoehto kuin kvarttolevy Ohuilla aineenvahvuuksilla (3.2 mm) kustannussäästö jopa 50% 21
Materiaali, aineenvahvuus ja liitosmuotovariaatiot S700 MC S500 MC 22
Materiaali, aineenvahvuus ja liitosmuotovariaatiot 23 Lähde: Balliu, Kenno Tech
Telakka-ja meriteollisuus Lämmöntuonnin op moin oikomisen vähentäminen Aineenvahvuus 6-8 mm: 33% palkkakustannuksista oikomiseen Suurempi tuottavuus (hitsausnopeus) Vähentynyt hitsauslisäaineen kulutus Jauhekaarihitsaus Laserhybridihitsaus Lähde: IMG 24
Tuottavuus ja laatu Mobiilinosturin puomi Hitsausnopeuden nousu (0.6 m/min 1.5 m/min) Asentohitsaus mahdollisuus (PA PC) Juuritueton hitsaus yhdeltä puolelta Ei muodonmuutoksia Leikkaus samalla laitteistolla 25 Lähde: Cloos, Ionix
Ruukki case v.2008 Laser GMA hybrid GMA GTAW Tack welding Laser power [kw] 5 Current [A] 216 269 90 Voltage [V] 29.1 28.7 10 Travel speed [m/min] Filler wire feed rate [m/min] 2.3 0.96 0.15 8 10 Air gap [mm] 0 0.6 max 0.6 Welding energy [kj/mm] 0.34 0.48 0.36 26
Ruukki Case Muodonmuutokset Shell: type 2 4 mm (profiles: 9, 10, 12) [mm] 485.00 480.00 475.00 470.00 465.00 460.00 455.00 1 2 3 4 5 6 7 Test point A1, LHW3 A2, LHW3 A1, LHW4 A2, LHW4 A1, GMA2 A2, GMA2 Target, lower Target, upper 27
Esimerkki: Hitsattu kotelopalkki Tuotantovolyymi: 560 000 m/vuosi Yksittäisen hitsin pituus: 10 m Tarkastellut vaihtoehdot: Laser, Laser-MAG, Tandem-MAG Laitteiston hankintahinta: Laser=700 000, Laser-MAG=750 000, Tandem-MAG=350 000 Hitsausnopeus: Laser=5 m/min, Laser-MAG=5 m/min, Tandem-MAG=1.5 m/min Säde/kaariaikasuhde: Laser=62%, Laser-MAG=62%, Tandem-MAG=57% Käyttösuhde: Laser=96%, Laser-MAG=96%, Tandem-MAG=92% Kustannukset Kiinteät: Laser=47.15 /h, Laser-MAG=50.21 /h, Tandem-MAG=31.59 /h 15 mm Muuttuvat: Laser=33.49 /h, Laser-MAG=42.23 /h, Tandem-MAG=132.84 /h 6 mm 28 Lähde: Ionix
Muuttuvat kustannukset 29
Kotelopalkki, jatkuu 30 Lähde: Ionix
Tuottavuus ja kustannukset Profiilien laserhitsaus 80 m/min 0.5-1 m/min 10-20 m/min Lähde: Montanstahl, Industrial Laser Solutions magazine, LRM-Technologies 31
Tuottavuus, toistettavuus, laatu, kustannus Lähde: IPG, Fronius, TTM, Trumpf 32
SSAB:n laserhitsaus esimerkkejä Perusaineen mekaaniset ominaisuudet säilyvät laserhitsauksen jälkeen Jätekontti HX 400 (2.5 mm) Soralava HX 450 (6 mm) Jätekontti S700 MC (3 mm) Kontti S700 MC (3 mm) 33 Paino -40%
Hinnan ja laadun yhdistelmä Traileri Pohjalevy S500 MC (3 mm) Tankki Päädyt S500 MC (3 mm) Dumpperi Pohjalevy S500 MC (3 mm) Paino -40% Perävaunu Pohjalevy S700 MC (4 mm) Lannoitin S700 MC (3 mm) 34
Laserhitsit testattu myös käytössä Laserhitsi Malmivaunu S650 MC (4 mm) 35
Muuttunut valmistusketju: Ensin taivutus sitten laserhitsaus Perävaunu Pohjalevy S500 MC (3 mm) 36
Hitsaustyön vähentyminen -15% Materiaali: kulutusteräs Optimoitu aineenvahvuus: 4/5 mm ja 3/4 mm Laserhitsattujen levyjen käyttö on lyhentänyt tuotannon läpimenoaikaa 15% Lisäksi materiaalin käyttö tehostunut mittoihin leikattujen levyjen johdosta Hannu Indrén 9.10.2011
Erinomainen tasomaisuus: Teräs + laserhitsaus + laserleikkaus Roottorilevyt S650 MC (4 and 8 mm) 38
Laserhitsi + maalaus Nauhateräksen ominaisuudet säilyvät Pinnan laatu, maalausvalmis heti laserhitsauksen jälkeen Tasomaisuus 39
40 Kiitos