3-3

3. Projektomfang

3.3

Projekt 3 - Svejsning

3.3.1	Opgavebeskrivelse
3.3.2	Idegrundlag
3.3.3	Målbeskrivelse
3.3.4	Organisering
3.3.5	Projektets faciliteter
3.3.6	Usikkerheder

3.3.1

[TOP]

Opgavebeskrivelse

Store aluminiumskonstruktioner er overvejende opbygget af plade- og profilmateriale, som er afkortet (savning/klipning/plasmaskæring), formgivet ved plastisk deformation (bukning/valsning) og spåntagende bearbejdning, sammenføjet og eventuelt overfladebehandlet (sandblæsning og maling).

Som tidligere påpeget er sammenføjning ved svejsning en nøgleteknologi for en succesfuld udnyttelse af materialets store potentiale, hvilket udbudsmaterialet fra Søfartsstyrelsen også har som baggrund. Det er vigtigt at bemærke, at en følge af aluminiums egenskaber er, at alle former for sammenføjning af aluminiumslegeringer er komplekse og indebærer krævende udfordringer.

Specielt kan følgende egenskaber ved aluminiumslegeringer fremhæves, idet man på samme måde som ved reaktionen på varmepåvirkninger har helt specielle forhold ved aluminiumslegeringer, som gør, at man ikke uden videre kan overføre erfaringer fra stål til aluminium.

-	Aluminiumslegeringen er på overfladen dækket af et meget stabilt lag af alumini-umoxid, som først smelter ved meget høje temperaturer (større end ca. 2500°C). Dette oxidlag må fjernes i forbindelse med svejsning og lodning.
-	De fleste legeringer størkner over et stort temperaturinterval, hvilket betyder en stor tendens til såkaldte varmrevner. Disse opstår, mens visse dele af svejsningen stadig er flydende, og tendensen forstærkes ved udskillelse af legeringselementer i korngrænserne.
-	Flydende aluminium opløser brint mange gange bedre end størknet aluminium gør. Omkring 20 gange mere brint kan opløses i den flydende fase end i den faste, hvor forholdet for stål kun er ca. 3. Dette betyder, at aluminiumslegeringer har en meget stor tilbøjelighed til poredannelse ved svejsning på grund af brintudvikling i smeltebadet. Brinten kan oprindeligt stamme fra vandindholdet i oxidhinden eller lignende.
-	Særligt for lasersvejsning, hvor temperaturen i kaviteten omkring strålen er meget høj, gælder det ligeledes, at legeringselementer med højt damptryk kan give anledning til poredannelse - specielt magnesium findes i mange relevante legeringer og kan mistænkes for at være kilden til porer i mange tilfælde.
-	Ved konstruktioner, der er belastet, således at udmattelse er af betydning, må det tages i betragtning, at udmattelsesstyrken ikke vokser mærkbart med stigende styrke af aluminiumslegeringen. Dette gælder såvel ved svejste som usvejste konstruktioner, men som det er tilfældet med stål, reduceres udmattelsesstyrken ved svejsning dramatisk i forhold til den usvejste tilstand.

Valget af svejseparametre har afgørende betydning for svejsestrømmens form ved svejsning i aluminium. Materialetykkelsen og beskyttelsesgassen har meget stor indflydelse på, hvilke trådhastigheder (svejsestrømme) og svejse-hastigheder, der må anvendes for at opnå svejsesømme uden indsmeltningsfejl. Vurdering og styring af deformationer i forbindelse med svejsningen er ligeledes et problemområde af afgørende vigtighed. Afrensningen af oxidhinden er meget vigtig for bl.a. at opnå så ringe et indhold af porer som muligt.

3.3.2

[TOP]

Idegrundlag

Til sammenføjning af større aluminiumskonstruktioner anvendes i dagens industri som tidligere nævnt hovedsagelig MIG- og TIG-svejsning. Ved MIG-svejsning opnås en høj svejsehastighed, men processen er også kendetegnet ved typiske svejsefejl som bindingsfejl, porer i svejsemetallet samt en karakteristisk kratersugning ved svejsningens afslutning. Der er ofte forbundet store omkostninger med efterfølgende kontrol- og reparationsarbejde, inden acceptkriterierne for de nævnte fejl er opfyldt i henhold til nuværende normer og standarder. Den høje svejsehastighed øger ligeledes kravene til en nøjagtig fugeforberedelse og kræver en så nøjagtig føring af svejsepistolen, at mange aldrig lærer at svejse aluminium.

TIG-svejsning er en langsom proces, som anvendes, hvor MIG-svejsning ikke kan frembringe den ønskede svejsekvalitet. Den lave svejsehastighed kombineret med aluminiums gode varmeledningsevne resulterer i materialeændringer på grund af den massive varmepåvirkning i et bredt område ved siden af svejsesømmen med reduceret holdbarhed og store deformationer til følge.

Generelt er begrænsningen i antallet af porer og total undgåelse af varmrevner en stor svejseteknologisk udfordring, og det samme gælder opnåelsen af ønskede mekaniske egenskaber.

Legeringstyper:

Rent aluminium er meget blødt og svagt, men kan styrkes ved koldbearbejdning og/eller legering med andre elementer. En del legeringselementer forøger styrken ved simpel opblanding (opløsningshærdning), det gælder f.eks. for magnesium og silicium. De største styrker opnår man dog ved modningshærdning, hvor små partikler udskilles i strukturen. Sådanne legeringer indeholder kobber eller en kombination af enten magnesium/silicium eller magnesium/zink.

For konstruktive anvendelser i svejste konstruktioner vil specielt de følgende typer være relevante (tallene indeholdt i betegnelserne angiver omtrentlig procentandel af legeringselementerne):

-	Magnesiumlegerede opløsningshærdede typer, f.eks. AlMgl, AlMg3 eller AlMg4.5Mn, hvor den sidste type hører til de såkaldte søvandsbestandige typer.
-	Magnesium/silicium modnings- og opløsningshærdede typer, som bl.a. er velegnede for ekstrudering, f.eks. AlMgSil og AlMgO.5SiO.7.
-	Zink/magnesium modnings- og opløsningshærdede typer, f.eks. AlZn5.5MgO.8 som giver den største styrke af de såkaldte svejsbare legeringer, og som også kan ekstruderes.

Disse hovedtyper af legeringer vil blive inddraget i projektet, men de præcise legeringssammensætninger vil blive defineret i projektet i samarbejde mellem projektets partnere.

3.3.3

[TOP]

Målbeskrivelse

3.3.3.1

Svejsning - TIG- og plasmasvejsning

TIG-svejsning i konventionel udførelse med vekselstrøm har produktivitets-mæssigt en begrænsning i forbindelse med lidt større sømtværsnit. Til gengæld er processen unik ved svejsning af små detaljer og små sømtværsnit. Gennem forskellige tiltag relateret til bl.a. strømkilderne, elektrodematerialet og gassammensætningen har processen i de senere år fået forbedret sine egenskaber og dermed sine anvendelsesmuligheder.

Anvendelsen af TIG-svejsning er imidlertid stadig typisk knyttet til apparatfremstilling, dvs. relativt små konstruktioner med fortrinsvis små godstykkelser (<3-4 mm). Herudover til svejsning af små detaljer, til hæftesvejsning og til reparationssvejsning.

En afart af TIG-svejsning er imidlertid plasmasvejseprocessen. Plasmasvejsning (plasmakeyhole) har i forbindelse med rustfrit stål vundet stor popularitet i produktivitetsfremmende sammenhæng. Plasmasvejsningens anvendelse på aluminium forudsætter som TIG-svejsning, at der benyttes vekselstrøm. Gennemsvejsning fra en side med dannelse af keyhole (nøglehul) har i forbindelse med aluminium med godstykkelse over ca. 6 mm vist sig fortrinsvis at skulle udføres i lodret stilling og ikke som ved rustfrit stål i vandret stilling. Det skyldes en utilstrækkelig bæreevne af smeltebadet. Der er rapporteret om svejsning i godstykkelser på indtil 20 mm med I-fuge, men hovedområdet ligger formentlig omkring 10 - 12 mm tykkelse. En vanskelighed ved plasmasvejsning i aluminiumslegeringer kan være, at der anvendes temmelig lidt tilsatsmateriale, hvorfor svejsesømmens kemiske sammensætning kan vise sig at blive uhensigtsmæssig i relation til mekaniske egenskaber eller revnesikkerhed.

Plasmasvejsning uden key-holedannelse er et alternativ til TIG-svejsning ved mekaniseret/automatiseret svejsning. Der kan anvendes vekselstrøm eller jævnstrøm med +pol på elektroden. Det forudsætter imidlertid, at der er fri adgang til svejsefugen, da svejsebrænderen er en del større end en TIG-brænder.

Et tilbagevendende problem ved mekaniseret svejsning i aluminium er sikringen af kvaliteten ved svejsesømmens start såvel som dens afslutning. Det forudsætter en høj grad af programmering af svejseforløbet. Sikringen af den nødvendige indsmeltning og undgåelse af koldløbning ved svejsningens begyndelse er langt det største problem, som ikke altid har en nem eller billig løsning.

En potentiel nyskabende mulighed er oscillering af lysbuen, mekanisk eller evt. ved hjælp af et ydre magnetfelt. Fra Patoninstituttet i Rusland, som i Sovjetunionens tid var verdens største svejseinstitut, har der endvidere været nævnt muligheden af at indsnævre lysbuen ved på forhånd at behandle emneoverfladen med en speciel pasta.

Indsatsen vil bl.a. omfatte følgende:

Procesteknologi, herunder

-	procedurer
-	start/stop-problematikken
-	undersøgelse af muligheden for at indsnævre lysbuen ved anvendel-se/behandling af overfladen
-	undersøgelse af muligheden for samt effekten af at oscillere lysbuen ved hjælp af ydre magnetfelter eller lignende

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse
-	fastlæggelse af grundmaterialets, tilsatsmaterialets, fugeforberedelsens og svejseparametrenes indvirkning

Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Robotisering og automatisering m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser, herunder økonomi.

Derudover undersøges udmattelses- og korrosionsegenskaber i projekt 7.

3.3.3.2

Svejsning - MIG- og MAG-svejsning

MIG-svejsning anvendes i to varianter: Med pulseret svejsestrøm eller med jævn svejsestrøm. Kortbuesvejsning, som er ret populær ved svejsning i stål med lave trådhastigheder, er som regel for "koldt"-svejsede i forbindelse med aluminium. Pulsation tjener derfor primært til at muliggøre svejsning med trådhastigheder lavere end den kritiske for svejsning med spraybue. Der har dog vist sig mulighed for i et område over den kritiske trådhastighed at drage fordel af pulsation for opnåelse af forøget indsmeltningsdybde.

En anden væsentlig faktor er svejsetrådens dimension. Et aspekt er rent mekanisk i relation til trådfremføringen. Tråde med diametre mindre end 1,2 mm, for somme endog 1,6 mm, er ikke tilstrækkelig stive til at kunne fremføres i almindeligt udstyr, hvor tråden skubbes frem til svejsebrænderen. Til tråde med mindre diametre må benyttes et udstyr med kombineret træk og skub (push-pull). Et andet aspekt er relationen afsmeltningsydelse (afsmeltet masse versus strømstyrke). Med en større tråddimension fås sædvanligvis en lavere afsmeltningsydelse end med en mindre. Den lavere afsmeltningsydelse kan i mange tilfælde være en fordel, da der herigennem fås en større varmeenergi til rådighed.

En tredje faktor er beskyttelsesgassens sammensætning. Tilsætning af helium til argon i relativ stor mængde er som ved TIG-svejsning en betydelig parameter, der kan arbejdes med, især i relation til den aktuelle godstykkelse. Anvendelse af nitrogen eller oxygen som tilsætning (nogle få procent) til argon er fra tid til anden omtalt som gavnlig for indsmeltningsprofil, svejsehastighed og porøsitet. En konsekvens af anvendelsen af sådan tilsætning er imidlertid en mørkfarvning af sømoverfladen.

I sin nuværende form er processens muligheder i nogen grad udforskede. Et væsentligt gennembrud med hensyn til produktivitet og kvalitet kan komme i forbindelse med indførelsen af tandemsvejsning, dvs. to på hinanden følgende lysbuer, kombineret i et svejsehoved eller evt. "twinarc". En anden nyskabende mulighed er oscillering af lysbuen, mekanisk eller evt. ved hjælp af et ydre magnetfelt.

Indsatsen vil bl.a. omfatte følgende:

Procesteknologi, herunder

-	procedurer
-	start/stop-problematikken
-	anvendelse af tandemsvejsning eller "twinarc"
	undersøgelse af muligheden for samt effekten af at oscillere lysbuen (evt. kun den bageste ved tandemsvejsning) ved hjælp af ydre magnetfelter eller lignende
	undersøgelse af muligheden for at indsnævre lysbuen ved anvendel-se/behandling af overfladen.

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner, som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse
-	fastlæggelse af grundmaterialets, tilsatsmaterialets, fugeforberedelsens og svejseparametrenes indvirkning

Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Robotisering og automatisering m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser, herunder økonomi

Derudover undersøges udmattelses- og korrosionsegenskaber i projekt 7.

3.3.3.3

Svejsning - Beskyttelsesgassen

Ved TIG-svejsning har helium som en komponent i beskyttelsesgassen (sammen med argon) været kendt i mangfoldige år; men betragtningen af blan-dingsforholdet som en svejseparameter på linie med f.eks. svejsestrømmen er blevet mere accepteret i det seneste årti. Heliumtilsætningen er en betydelig parameter for styring af energiudviklingen i lysbuen, hvilket er af stor betydning ved svejsning i stærkt varmeledende materialer som aluminium og dets legeringer. Andre komponenter som N2 (i lille mængde, 100 - 300 ppm) er kommet på markedet inden for de sidste år og anføres at have positiv indvirkning på lysbuestabilitet, indsmeltningsprofil og porøsitet såvel ved tilsætning til argon som til argon-helium blanding.

Ved MIG/MAG-svejsning er tilsætning af helium til argon i relativ stor mængde som ved TIG-svejsning en betydelig parameter, der kan arbejdes med især i relation til den aktuelle godstykkelse. Anvendelse af nitrogen eller oxygen som tilsætning (nogle få procent) til argon er fra tid til anden omtalt som gavnlig for indsmeltningsprofil, svejsehastighed og porøsitet. En konsekvens af anvendelse af sådan tilsætning er imidlertid en mørkfarvning af sømoverfladen.

Indsatsen vil bl.a. omfatte følgende:

Procesteknologi, herunder

-	procedurer
-	indflydelsen af beskyttelsesgassens sammensætning, bl.a. vil der blive arbejdet med tilsætninger af eksempelvis N2
-	gasdækning ved øget svejsehastighed
	gasdækning ved roterende lysbue

Svejsefejl, herunder

-	gassammensætningens betydning for poredannelse
-	fastlæggelse af grundmaterialets, tilsatsmaterialets, fugeforberedelsens og svej-separametrenes indvirkning

Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser, herunder økonomi. Derudover under-søges korrosionsegenskaber i projekt 7.

3.3.3.4

Svejsning - Trådtransporten

Af rent mekaniske årsager er tråde med diametre mindre end 1,2 mm, for visse endog 1,6 mm, ikke tilstrækkeligt stive til at kunne fremføres i almindeligt udstyr, hvor tråden skubbes frem til svejsebrænderen. Til tråde med mindre diameter må benyttes et udstyr med kombineret træk og skub (push-pull).

Som nævnt kan et væsentligt gennembrud med hensyn til produktivitet og kvalitet komme i forbindelse med indførelsen af tandemsvejsning, dvs. to efter hinanden følgende lysbuer, kombineret i et svejsehoved eller evt. "twinarc". En anden nyskabende mulighed er oscillering af lysbuen, mekanisk eller evt. ved hjælp af et ydre magnetfelt.

Indsatsen vil omfatte:

Procesteknologi, herunder

-	udvikling af ny(e) pistol(er) for bl.a. kombination af to tråde og strømkilder til tandemsvejsning
-	evt. udvikling af teknik(ker) til oscillering af lysbuen, ved tandem-svejsning dog kun den bageste
-	slangelængder
	tråddimension
	robusthed, herunder sårbarhed over for urenheder
	minimering af størrelse og vægt

Produktionsmæssige konsekvenser, herunder økonomi

3.3.3.5

Svejsning - Tilsatsmaterialet

Sædvanligvis anvendes tilsatsmateriale legeret med enten Si eller Mg. Der er i begge tilfælde tale om rent opløsningshærdende legeringer, hvilket har fordele med hensyn til undgåelse af svejsefejl. Imidlertid vil man i almindelighed lide et styrketab i såvel den varmepåvirkede zone som i svejsemetallet ved svejsning af aluminiumslegeringer.

Dette styrketab bliver desto større (absolut og relativt), jo stærkere en legering grundmaterialet består af. Det kan derfor være relevant at undersøge, hvorvidt andre legeringssystemer (modningshærdende) er mulige for tilsatsmaterialet. En supplerende mulighed kunne være anvendelse af rørtråd. I begge tilfælde må undersøgelsen nødvendigvis ske i tæt samarbejde med en tilsatsmateri-alefabrikant, idet der skal fremstilles specialtråde m.m.

Svejsetrådens dimension udgør ligeledes et væsentligt aspekt i relationen afsmeltningsydelse (afsmeltet masse versus strømstyrke). Med en større tråddimension fås sædvanligvis en lavere afsmeltningsydelse end med en mindre. Den lavere afsmeltningsydelse kan i mange tilfælde være en fordel, da der herigennem fås en større varmeenergi til rådighed.

Indsatsen vil bl.a. omfatte følgende

Procesteknologi, herunder

-	undersøgelse af muligheden for fremstilling
-	udvikling af massiv og/eller rørtråde af højere styrke og/eller bedre egenskaber
-	procedurer for afprøvning af trådene
-	opbevaringsprocedurer

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner, som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse
-	Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser, herunder økonomi.

Derudover undersøges korrosionsegenskaber i projekt 7.

3.3.3.6

Svejsning - Svejsehastighed

Den store varmeledningsevne knyttet til aluminium og dets legeringer opfordrer som nævnt i princippet til at lade lysbuesvejsning af sømme med en vis længde foregå med forholdsvis stor fremføringshastighed for at undgå, at varmeenergien fra svejseprocessen spredes i materialet til ingen særlig nytte. Modsat medfører unødvendig stor varmeindføring sædvanligvis forøgede svejsedeformationer og forøget blødgøring af grundmaterialet omkring svejsesømmen. I praksis lader en stor svejsehastighed sig ofte ikke gennemføre manuelt, og derfor er en mekaniseret, automatiseret eller robotiseret udførelse ofte en nødvendighed alene af kvalitetsmæssige hensyn.

Indsatsen vil bl.a. omfatte følgende:

Procesteknologi, herunder

-	udvikling af en simplere automat med fugefølgning
-	procedurer
-	parameterindstilling
-	indflydelsen af svejsestillingen
-	indflydelsen af gassammensætning, dyseudformning og flow
-	afrensning
-	anvendelse af tandemsvejsning

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner, som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse

Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Robotisering og automatisering m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser, herunder økonomi

3.3.3.7

Svejsning - Fugeforberedelse samt bimetalsamlinger

Fugeforberedelsen har meget stor betydning for såvel produktiviteten som kvaliteten taget i bredeste forstand, dvs. mekaniske egenskaber, defekter m.m.
For sammenføjning af aluminiumslegeringer til andre materialer, specielt stål, vil det være nødvendigt med overgangsstykker af bimetaltypen. Dette skyldes, at bl.a. stål og aluminium ikke kan forenes metallurgisk.

Indsatsen vil bl.a. omfatte følgende:

Procesteknologi, herunder

-	procedurer
-	fugegeometri
-	rengøring forud for svejsning (affedtning, børstning, skrabning mm.)
-	mekanisk bearbejdning
-	laserskæring
-	bimetalsamlinger

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner, som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse

Produktionsmæssige konsekvenser herunder økonomi

3.3.3.8

Svejsning - Modstandssvejsning

Modstandssvejsning omfatter en række underprocesser, men her vil vi koncentrere indsatsen om nedenstående to processer.

Punktsvejsning. Her koncentrerer elektroderne strømmen, således at opvarmningen sker inden for et afgrænset område imellem disse. Metoden er særdeles velegnet til de fleste almindelige overlapsamlinger, og der kan svejses i alle pladetykkelser op til ca. 5 mm og i de fleste legeringer. Det er nødvendigt med store svejsestrømme og dermed tilslutningeffekter. Elektroderne skal normalt renses for hver 10.-30. svejsning for at opnå den optimale kvalitet, men svejsning med "industrikvalitet" i pladetykkelser 1-2 mm er mulig uden rensning af emnernes overflader, og med en elektrodelevetid (tid mellem rensning af elektroderne) på 1000-2000 punkter. Ved svejsning i "flykvalitet" skal oxidhinden fjernes inden svejsning. Det kan ske ved en kemisk bejdsning eller ved glasperleblæsning.

Boltesvejsning. Bolte- og tapsvejsning af aluminiumdele til aluminium kan udføres med såvel kondensatorsvejsning som med trukken lysbue. Bolte med en diameter på op til ø8 mm kan svejses uden større problemer, bortset fra at der stilles større krav til nøjagtighed af emner og svejseudstyr end til svejsning af f.eks. blandet stål. Bolte med en diameter på op til ø16 mm kan svejses, når der anvendes keramikring og argongasbeskyttelse (trukken lysbue). Der stilles særlige krav til svejseudstyret .

Procesteknologi, herunder

-	procedurer
-	muligheder for at svejse højstyrkelegeringer m.m.

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse.

Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser herunder økonomi.

Derudover undersøges udmattelses- og korrosionsegenskaber i projekt 7.

3.3.3.9

Svejsning - Avancerede metoder

Betegnelsen "avancerede metoder" dækker over en række vidt forskellige svejseprocesser, hvoraf vi her vil koncentrere indsatsen om nedenstående. Derudover er avanceret lysbuesvejsning samt automatsvejsning dækket i øvrige delprojekterne.

CO2-lasersvejsning

I de senere år har laserteknologien udviklet sig til et stade, hvor laserskæring og -svejs-ning er blevet naturlige kandidater for en hårdt tiltrængt proces- og produktionsteknisk fornyelse inden for den tungere industri, som f.eks. skibsbygning tilhører. Ud over den naturlige automatisering, som processerne medfører, er det primært de kraftigt reducerede deformationer og sekundært kvalitet, produktivitet og miljøforhold, som er drivkraften bag ønsket om at indføre laserprocesserne i den middeltunge og tunge industri. På stålsiden har der siden 1990 været en kraftig indsats på dette område, som nu har resulteret i, at de europæiske klassifikationsselskaber i fællesskab har udsendt et sæt "guidelines" for godkendelse af laserprocessen i skibsbygning: "Laser welding in Ship Hull Construction - Classification Society Unified Guidelines for the Approval of CO2-Laser Welding (1996)". Teknologien er nu under indføring i den middeltunge og tunge industri. Danmark her været en hoveddrivkraft i denne europæiske udvikling, som er enestående i verden.

Lasersvejsning udføres typisk med en varmeindføring ("heat input"), der er op mod en størrelsesorden (10 gange) mindre, end hvad der er tilfældet for traditionelle lysbuesvejsninger. Herved bliver også deformationerne - der som nævnt ellers er et meget stort problem ved svejsning i aluminium - typisk op mod en størrelsesorden mindre. Dette er den væsentligste drivende kraft for teknologiens indførelse i den tungere industri, idet der herved åbnes muligheder for langt større præcision ved fremstillingen af de enkelte delelementer, hvilket vil have afsmittende positive effekter på alle de senere led i produktionen. For stålskibsbygning regnes således med, at dagens teknologi medfører, at ca. 20% af arbejdsindsatsen i produktionen bruges til retning som følge af deformationer m.m., og denne post vil kunne reduceres markant ved indførelse af lasersvejsning i de tidlige produktionsstadier. Derudover er produktiviteten høj, idet en typisk svejsehastighed vil ligge i området 1-3 m/min, ligesom der kan udføres fuld gennemsvejsning ved et overløb fra en side, hvor der ellers ville kræves flerstrengssvejsning. Med dagens laserteknologi kan der eksempelvis med en 15 kW laserkilde skønsmæssigt svejses i 15-20 mm godstykkelse i aluminiumslegeringer. Mikrostrukturen i svejsemetal og varmepåvirket zone vil være gunstig på grund af den lille varmeindføring. Dette betyder bl.a., at der kun opstår mindre hårdhedstab i en smal varmepåvirket zone omkring svejsningen. Processens potentiale ligger hovedsageligt i de produktionsmæssigt tidlige ret "simple" svejsninger som eksempelvis panelfremstilling og lignende i skibsbygning.

Til lasersvejseprocessens negative sider må regnes de forøgede krav til tilpasning af emnerne forud for svejsning såvel som udstyrets relativt store anskaffelsespris. Ved store industrielle emner vil det oftest også være nødvendigt med et fugefølgesystem som eventuelt kan kombineres med et visionsystem, der tillader 1øbende (adaptiv) tilpasning af svejseparametrene til de aktuelle forhold - sådanne systemer er allerede i dag tilgængelige. Porer i svejsemetallet er også en ikke uvæsentlig problematik, medens varmrev-netendensen på grund af de små deformationer og hurtige temperaturforløb er mindre end ved lysbuesvejsning.

Robotiseret fiberoptisk Nd-YAG-laser-svejsning

Da denne lasertype (modsat CO2-laseren) tillader fiberoptisk overførsel af laserlyset, er den en oplagt kandidat for robotiseret lasersvejsning med sædvanlige industrirobotter. Dermed vil teknologien kunne overtage mere komplekse opgaver.

Hybridprocesser

Der har vist sig visse fordele ved at kombinere laser- og lysbueprocesserne til en hybridproces. En laveffektlaserstråle rapporteres at kunne stabilisere lysbuen og forøge indtrængningen af de gængse TIG- eller plasmasvejseprocesser. Derved opnås større svejsehastighed og produktivitet, uden at niveauerne for ren højeffektlasersvejsning dog nås, men til gengæld er hybridprocessen mere tolerant over for manglende tilpasning og lignende. I forhold til ren lasersvejsning er fordelene derudover, at der kun behøves en mindre (og billigere) laserkilde. Der foreligger dog generelt set på nuværende tidspunkt kun en meget begrænset viden om disse processer, men da de enkelte delelementer allerede nu findes på markedet, behøver vejen til industrielle anvendelser ikke at være speciel lang.

Friction Stir welding

Aluminiumslegeringer såvel som andre relativt bløde og duktile metaller kan sammenføjes ved en helt speciel og ny proces. Processen er en fastfaseproces og er i familie med friktionssvejseprocessen. Den foregår i en speciel maskine/opspænding, ved at en roterende pind af et bestandigt materiale føres hen langs samlinger mellem to kraftigt fikserede emner. Der opstår herved en sammensvejsning i fuld godstykkelse - geometrisk noget lig lasersvejsning. Processen er udviklet af TWI og markedsføres bl.a. af ESAB, men den mangler dog stadig at blive testet og vurderet under realistiske industrielle produktionsforhold.

Indsatsen vil bl.a. omfatte en orienterende undersøgelse af følgende:

Procesteknologi, herunder

-	kvalitet og produktivitet
-	procesteknologi og tolerancekrav
-	forudsigelse samt styring af deformationer

Svejsefejl, herunder

-	forhold af betydning for varmrevner, som er en fællesbetegnelse for svejsefejl af typen størkningsrevner, "hot tearing" og "liquation cracks"
-	forhold af betydning for poredannelse

Mekaniske egenskaber, herunder styrke, duktilitet og hårdhed m.m.

Robotisering og automatisering m.m.

Produktionsmæssige konsekvenser herunder økonomi

3.3.4

[TOP]

Organisering

FI er projektleder og vil i samarbejde med de øvrige deltagende parter og konsortiet koordinere arbejdet samt sørge for, at den samlede opgave bliver løst. Der vil blive afholdt regelmæssige projektmøder samt i øvrigt efter behov.

3.3.5

[TOP]

Projektets faciliteter

FI har en bred svejseteknisk, metallurgisk og beregningsmæssig viden og stiller svejselaboratorier og maskiner til rådighed. Migatronic er svejsemaski-neproducent og tilsatsmaterialeleverandør og råder derfor specielt på dette område over en meget stor viden og endelig besidder såval Bilcon som MCI en bred og høj viden om svejsning og automatisering m.m. Tilsammen råder parterne endvidere over såvel svejseudstyr som computere og måleudstyr. En del udstyr vil derudover blive udviklet i løbet af projektet.

3.3.6

[TOP]

Usikkerheder

Det er naturligvis for nærværende uklart, hvor store produktivitets- og kvalitetsgevinster m.m. der kan opnås gennem projektarbejdet, men det er på den anden side åbenbart, at der vil opnås en stor forbedring i forhold til det aktuelle niveau.

[TOP]
[TILBAGE]