Laser- ja laserhybridihitsauksella kilpailukykyä konepajoihin TkT IWE Anna Fellman / Weldcon HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Esityksen sisältö Laser- ja laserhybridihitsauksella saavutettava tuottavuusloikka hitsaavassa valmistuksessa Laser- ja laserhybridihitsauksen ympäristöystävällisyys Laserhitsaus ja digitalisaatio Laser- ja laserhybridihitsauksen joitakin sovelluksia ja konstruktio- mahdollisuuksia Tutkimus- ja kehitys-tukimahdollisuuksista HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laser- ja laserhybridihitsauksella saavutettava tuottavuusloikka Railovalmistelun tarve pienenee: ei viisteytystä Esilämmitys ei välttämättä ole tarpeen Automatisointi: robotti on väsymätön suorittaja Tuotantonopeuden nosto: hitsausnopeus ja tunkeuma suurempi Lisäaineen tarve pienenee huomattavasti Siisti, tasalaatuinen ja hyvät ominaisuudet omaava hitsi Jäähtyminen nopeampaa -> tuotteen läpimenoaika lyhenee tässäkin Mittatarkkuudet kohdallaan hitsauksen jäljiltä -> ei korjauksia Jälkilämpökäsittely tai pinnan viimeistely voivat olla tarpeettomia Työssä viihtyminen paranee HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Railovalmistelun tarve pienenee Tällä hetkellä suuri osa hitsattavista levyleikkeistä tehdään laserleikkauksella Tarkkuus, kohtisuoruus ja leikkauspinnan laatu riittävät laserhitsaukseen Laserleikkauksessa muodon vapaus: Konstruktion muuttaminen laserhitsaus- ystävälliseksi ei ole osavalmistuksesta kiinni! Nykyaikaisten sahojen aikaansaama leikkauslaatu on hyvä ja riittää yleensä ainakin laserhybridihitsaukselle (jos sahaus kohtisuorassa) Laser- ja laserhybridihitsaukselle I-railot -> viisteitä ei tarvitse koneistaa (= ylimääräinen työvaihe poistuu) Tarvitaanko pajassa koneistuskeskusta tai sorvia? Railopintojen puhtaus on tärkeää: ei ruostetta, oksidia tai lastuamisnesteitä! Tämä lienee eduksi kaikessa hitsauksessa…! Kuva: Trumpf HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Esilämmitys –tarvitaanko? Esilämmityksellä pyritään pitkittämään hitsin jäähtymistä, jotta hitsiaineeseen päässyt vety ehtisi poistua hitsistä Laserhitsaus voidaan suorittaa yhdellä palolla, lisäaineettomasti. Jos railopinnat ovat puhtaat, mistä vetyä pääsisi hitsiin? Jäähtymistä pitkitetään, jottei synny liian kovaa rakennetta (voi olla siis tarpeen laserhitsauksen yhteydessä) Jos esilämmitys tarpeen, se voidaan tehdä samalla laserilla ja optiikalla millä hitsauskin! HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Hitsauksen automatisointi Laserhitsaus on aina ollut automatisoitua hitsausta Numeerisesti ohjattua, laser yhteensopiva käyttölaitteiden kanssa Nopeus, hitsin tasalaatuisuus Etäohjelmointi-mahdollisuus -> pienet sarjakoot OK Hitsarille (=operaattorille) miellyttävämmät työskentely-olosuhteet -> metallityöstä houkuttelevampi vaihtoehto ja pidemmät työurat Laserresonaattorista tehonjako usealle työasemalle ja työtehtävälle mahdollista (säteen siirto ohjelmallisesti), jolloin laite saadaan tehokkaaseen käyttöön 1-6 kuitulähtöä mahdollista HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Tuotantonopeuden nosto Hitsaus yhdellä palolla & suurempi hitsausnopeus Esimerkkejä: T-liitos, s=6 mm: MAG: 0,7 m/min (kahdelta puolen); laserhybridi v=3,0m/min (yhdeltä puolen) -> 4 x hitsausnopeuden nousu Päittäisliitos, s=9 mm: Jauhekaari 0,7 m/min; laserhybridi v= 2,2m/min -> 3 x hitsausnopeuden nousu Päittäisliitos, s= 14 mm: Jauhekaari 3 palkoa 0,5 m/min; laserhybridi 1 palko v=1,5 m/min -> 9 x hitsausnopeuden nousu Energiakustannukset pienenevät Kapasiteettia vapautuu muualle -> mitä muuta konepajassa voisi tehdä laserilla? HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Lisäaineen tarve pienenee Railotilavuus pienenee -> lisäaineen kulutus laskee -> säästöjä lisäaineissa HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020 Lisäaineen hintoina käytetty: Musta 10 €/kg, rosteri 30 €/kg

Hitsin laatu ja ominaisuudet hyvät Laser- ja laserhybridihitsaukselle on olemassa omat standardinsa laatuluokille, WPS:lle ja sen hyväksynnälle jne. Pääasiassa samat standardit kuin kaarihitsauksellekin pätevät: 3834, NDT ja DT, operaattorin pätevöitys jne. Laser- ja laserhybridihitsit vastaavat perusaineen ominaisuuksia, kun esivalmistelut ja hitsaus on suoritettu ohjeiden mukaisesti. HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Nopea jäähtyminen Koska lämmöntuonti on vähäisempää, kappale jäähtyy nopeammin Tuotteen jalostus jatkuu nopeammin -> tuotteen läpimenoaika pienenee Tuotteen tarkastus voidaan tehdä aikaisemmin tai jos käytetään on-line laadunvarmistusta, hitsin laatu on jo selvillä. Toki nopeampi jäähtyminen voi johtaa myös kovempaan hitsiin. Onko kovuus ongelma? Voidaanko asia todentaa muulla rikkovalla testauksella? HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Railonvalmisteluun ja kiinnitykseen paremmat tarkkuudet Railovalmistelun ja kiinnityksen tarkkuudet (ilmarako laserhitsauksessa max 0,03*s, laserhybridihitsauksessa enemmän) tulee olla paremmat kuin kaarihitsauksessa on totuttu. Tarkkuudet takaavat kuitenkin tarkemman valmiin kappaleen Kokoonpantavuus parempi: ei korjauksia kokoonpano-vaiheessa Tarkkuuksia voidaan lieventää käyttämällä laserhybridihitsausta tai vaaputettua / 2-3 pisteeseen jaettua / suurennettua lasersädettä lisäaineen kera. HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020 Kuvat: Precitec, IPG

Mittatarkka valmis kappale Kiinnitykseen (ja osavalmistukseen) on panostettava, jotta päästään hitsauksessa vaadittaviin tarkkuuksiin -> tämä panostus näkyy tuotteen ollessa valmis! HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020 Kuvat: Trumpf ja Fronius

Kiinnitys ja levyjen painaminen hitsausta varten Limiliitokseen ei saa jäädä ilmarakoa levyjen väliin. Saatavilla optiikkaa, jossa painin levyjen yhteenpuristusta varten. Silloitus laserilla on yleisesti käytetty (WPS) HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 Kuvat: IPG, Trumpf 30.3.2020

Jälkilämpökäsittely tarpeeton? Laserhitseihin ei synny rakeenkasvua, vaan hitsiaine ja HAZ on hienorakeista. Kovuus voi joissakin tapauksissa olla suurempi kuin standardit sallivat. Rakenne ei kuitenkaan yleensä ole hauras. On tapauskohtaista, voidaanko kovuuden rajan ylitys sallia riittävällä evidenssillä. Jos lähdetään tekemään hitsauksen jälkeisiä lämpökäsittelyjä tuleeko ominaisuudet lopulta olemaan huonommat kuin ilman jälkilämpöjä? HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Työssä viihtyminen paranee Hitsaus tapahtuu suojatussa tilassa, jossa operaattori ei yleensä oleskele hitsauksen aikana Altistuminen hitsaushuuruille pienenee, kohdepoistokin saadaan paremmaksi Miellyttävät työskentelyasennot etenkin kun tuolin ergonomiaan panostetaan Hitsarin (operaattorin) työstä tulee vaihtelevampaa ja fyysisesti kevyempää -> työmotivaatio kasvaa HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020 Kuvat: IPG ja Trumpf

Investoinnin kannattavuus –Saavutettavia säästöjä Railonvalmistelusta koneistus pois -> kone- ja työkulut laskevat Lisäaineen tarve pienenee -> lisäainekustannusten laskua Hitsaus nopeutuu -> konekustannukset lisääntyvät (enemmän kapasiteettia muualle) -> energiakustannukset laskevat Suojakaasu ei ole aina tarpeellinen -> suojakaasukustannukset laskevat Automatisoitu hitsaus -> työvoimakustannukset voivat laskea Jälkikäsittelyt (rihtaus, jälkilämmöt, koneistus, hionta) vähenevät -> työ ja konekustannusten laskeminen Paljon turhaa työtä josta ASIAKAS EI HALUA MAKSAA poistuu! -> Voidaanko tuotannon hintaa laskea, jolloin kilpailukykyisempi? LASERLAITTEEN EI TARVITSE VÄLTTÄMÄTTÄ OLLA KÄYTÖSSÄ 24/7, JOTTA INVESTOINTI ON KANNATTAVA! Vaikka kone olisi käytössä vain yhden vuoron päivässä, voivat säästöt olla niin merkittäviä, että koneen takaisinmaksuaika on lyhyt! Sairaspoissaolot vähenevät ja työmotivaatio kasvaa. Inhimillisten virheiden määrä vähenee -> työkustannukset pienenevät HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhybridihitsauksen ympäristöystävällisyys Technical University of Berlin on tehnyt tutkimuksen hitsausprosessien ympäristövaikutuksista paksun niukkaseosteisen teräksen (s=20 mm) hitsauksessa. Vertailussa puikkohitsaus (MMAW), perinteinen MAG (standard GMAW), modifioitu (modified GMAW) ja laserhybridihitsaus (LAHW). HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhybridihitsauksen ympäristöystävällisyys Puikkohitsauksella suurimmat vaikutukset ympäristöön: globaali lämpötilan nousu, happamoituminen, rehevöityminen, fotokemiallinen otsonin muodostuminen Laserhybridihitsaus on ympäristöystävällisin: vähäisin lisäaineen tarve ja suuri hitsausnopeus (ja siten vähäinen energiantarve) HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhybridihitsauksen ympäristöystävällisyys Puikkohitsauksessa vaikuttavat: puikon päällyste, lisäaineen suuri määrä sekä energian kulutus. Laserhybridihitsauk- sessa vaikuttavat energian kulutus ja lisäaineen käyttö Lue lisää: http://www.laser-community.com/en/enviromental-impacts-of-welding-methods/ HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laser- ja laserhybridihitsauksen ympäristöystävällisyys Tutkimustuloksista voidaan tehdä johtopäätöksiä: Laserhitsaus lisäaineettomasti on ympäristöystävällinen menetelmä ohutlevyjen hitsaukseen. Laser- ja laserhybridihitsaus-menetelmät ovat ympäristöystävällisimpiä menetelmiä paksujen materiaalien hitsaukseen. Jos tutkimuksen esimerkissä juuri hitsattaisiin lisäaineettomasti laserilla (esim. 10-12 mm tunkeumaa) ja pinta laserhybridihitsauksella (20° railokulma), olisi ympäristövaikutus vielä pienempi! Mitä enemmän kaarihitsausprosessi tuo kappaleeseen lämpöä ja sulattaa lisäainetta, sitä enemmän se kuormittaa ympäristöä! Tutkimuksessa puhuttu vain hitsausprosessista. Jos otetaan huomioon esivalmistelut ja jälkikäsittelyt (=säästetty työ, materiaali ja energia), saadaan varmasti vielä merkittävämmät erot aikaiseksi. HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhitsaus ja digitalisaatio Laserhitsaus on aina ollut automatisoitua, Internet of [whatever] –maailma on lasertyöstön DNA:ssa Robotisointi on normitoimintaa, riittävän tarkkoja robotteja saatavilla Etäohjelmointi-mahdollisuus Järjestelmän vianmäärityksen helppous –etäyhteys auttaa Laadunvarmistus digitaalista ja dokumentoitua (on-line laadunvarmistus ollut käytössä autoteollisuudessa jo yli 15 vuotta) Hitsauksen aikainen säätö on mahdollista: railonseuranta, lasertehon säätö laadunvarmistuslaitteen mittauksen perusteella; railotilavuuden mittaus ja takaisinkytkentä langansyöttöön HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhitsaus ja digitalisaatio Outotec Turulan katodilevyjen laserhitsaus-linja toimii hyvin pitkälti kaavion mukaisesti. Kuva: Outotec Turula HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhitsauksen sovelluksia Laivanrakennuksessa laserhybridihitsauksella saavutetaan merkittävä tuotannon nopeutuminen, huomattavasti vähemmän rihtausta jne… HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020 Kuvat: IPG, LUT, Meyer Turku

Laserhitsauksen sovelluksia Puomirakenteet suurlujuusteräksistä Case Palfinger: Suurlujuusteräkset 1300 N/mm^2 asti Lisäaineellinen laserhitsaus ja laserhybridihitsaus käyttöön: Koneen takaisinmaksuaika 1,5 vuotta Yksi laserasema korvannut 4 jauhekaariasemaa Hydraulinen suoristuslaite meni romuihin Tehtaan sisäinen logistiikka lyheni ja virtausta järkeistettiin HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Laserhitsauksen sovelluksia Junanvaunun seinien valmistus Autoteollisuudessa käytetyt ratkaisut ovat osittain monistumassa junan vaunuihin Käytetään alumiinia ja enenevässä määrin terästä. Laserilla voidaan tehdä eripari-liitoksia (eri materiaalit tai ainevahvuudet) ja leikata aukotuksia. Pienikin painonsäästö on merkittävä vaunun elinkaaren kustannuksia ajateltaessa. Säästetään aikaa, rahaa ja materiaalia. Laatu on hyvää, muodonmuutokset vähäisiä. Jälkitöiden määrä on vähentynyt merkittävästi kaarihitsattuihin seiniin verrattuna HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 Kuvat: Photon AG 30.3.2020

Laserhitsauksen sovelluksia Särmäyspuristimen runko (Trumpf): Rungon hitsaus käsin vienyt yhden viikon, laserhybridihitsausta hyödyntäen syntyy 20 runkoa / viikko. Hitsataan vain 8 mm tunkeumaa keskelle 30 mm levyä -> kestää käytössä koko laitteen eliniän. Liitos esilämmitetään laserilla ennen hitsausta. HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Konstruktio-mahdollisuuksia Tuotteen kasaus viipaleista (koneistus korvataan laserleikattujen osien hitsaamisella yhteen) Kantattujen ohutlevyjen tai palkkien käyttö ohutlevyrakenteen jäykistämiseen (limiliitoksen käyttö) Sekaliitokset: eri materiaalien ja ainevahvuuksien käyttö -> painonsäästö-potentiaali on merkittävä! Jne… HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020 Kuvat: Trumpf, IPG

Tutkimus- ja kehitys-rahoitusmahdollisuuksia PK-yrityksen kriteerit (EU-komission määritelmä: Henkilöstö alle 250 ja Liikevaihto ≤ 50 M€ tai Taseen loppusumma ≤ 43 M€ Tutkimus- ja kehitys-rahoitusmahdollisuuksia ELY-keskusten yritysten kehittämisrahoitus (pk-yrityksille) 50 % tuki, vähintään 5000 € tuki maksetaan Kehitystoimet, joilla merkittävä vaikutus kasvuun, teknologiaan, kansainvälistymiseen, tuottavuuteen ja liiketoimintaosaamiseen. Voi olla myös suuremman Tekes-projektikokonaisuuden esiselvitys Tekesin suorahaku tai ohjelmat Yritykset voivat hakea tukea koska vaan Tutkimuspainotteisille hankkeille tuki 40-50 %, riippuen yrityksen koosta Tekesin innovaatioseteli (pk-yrityksille) Suuruus 5000 € + ALV. Esim. pieni projektin alkuselvitys Kevyt hakumenettely HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020

Ja sitten tekemään tuottavuusloikkaa Annan kanssa! KIITOS MIELENKIINNOSTANNE! Anna Fellman TkT, IWE, KTM Weldcon (tmi) Puhelin 040 840 4310 Sähköposti anna.fellman@weldcon.fi HT´17 -päivät Savonlinna 6.-7.4.2017 30.3.2020