Laser- ja laserhybridihitsauksella kilpailukykyä konepajoihin

Esitys aiheesta: "Laser- ja laserhybridihitsauksella kilpailukykyä konepajoihin"— Esityksen transkriptio:

1 Laser- ja laserhybridihitsauksella kilpailukykyä konepajoihin
TkT IWE Anna Fellman / Weldcon HT´17 -päivät Savonlinna

2 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

3 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

4 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

5 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 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

7 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

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

9 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

10 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

11 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 Kuvat: Precitec, IPG

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

13 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 Kuvat: IPG, Trumpf

14 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

15 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 Kuvat: IPG ja Trumpf

16 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

17 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

18 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

19 Laserhybridihitsauksen ympäristöystävällisyys
Puikkohitsauksessa vaikuttavat: puikon päällyste, lisäaineen suuri määrä sekä energian kulutus. Laserhybridihitsauk- sessa vaikuttavat energian kulutus ja lisäaineen käyttö Lue lisää: HT´17 -päivät Savonlinna

20 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 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

21 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

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

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

24 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

25 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 Kuvat: Photon AG

26 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

27 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 Kuvat: Trumpf, IPG

28 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 %, riippuen yrityksen koosta Tekesin innovaatioseteli (pk-yrityksille) Suuruus 5000 € + ALV. Esim. pieni projektin alkuselvitys Kevyt hakumenettely HT´17 -päivät Savonlinna

29 Ja sitten tekemään tuottavuusloikkaa Annan kanssa!
KIITOS MIELENKIINNOSTANNE! Anna Fellman TkT, IWE, KTM Weldcon (tmi) Puhelin Sähköposti HT´17 -päivät Savonlinna