Ve výzkumném projektu »FOLAMI« se Fraunhofer LBF věnoval hodnocení smíšeného spoje z oceli a hliníku vytvořeného formováním laserovým svařováním pro provozuschopné polotovary v lodním stavitelství. V rámci vývoje svařovacího procesu sloužily numerické a experimentální zkoušky k zajištění provozuschopnosti nejprve na úrovni vzorků a následně pro specificky optimalizované adaptéry jako spojovací prvky mezi ocelovými a hliníkovými konstrukčními prvky.
Laserové svařování jako alternativa pro ocelovo-hliníkové spoje v jachtařství
V lodním stavitelství, zejména v jachtařství, se multimateriálové spoje již široce používají, když je lehký konstrukční materiál hliník kombinován s konvenčně zpracovávanými ocelovými materiály. Tento ocelovo-hliníkový smíšený spoj je dosud realizován ve formě tzv. explozivně svařovaných adaptérů, známých také jako trhací plátování. Alternativy k tomuto výrobnímu procesu jsou motivovány zvýšenými náklady nebo konstrukčními či funkčními omezeními. Laserové svařování může zde představovat novou svařovací metodu vedoucí k alternativnímu výrobnímu procesu.
Optimalizace a hodnocení pomocí simulace a metody Peak-Stress
Při vývoji svařovacího procesu podpořil Fraunhofer LBF nejprve pomocí numerických simulací zatížení optimalizaci geometrie svařovacích spojů a tím pádem i parametrů svařovacího procesu. Zaměření výzkumné práce spočívalo ve vývoji metodiky pro hodnocení ocelovo-hliníkových laserových svařovacích spojů a její implementaci do svařovaného adaptéru.
K tomu byla lokální hodnotící metoda, tzv. Peak-Stress-Method, převedena na aplikační případ ocelovo-hliníkového smíšeného spoje s pomocí digitální obrazové korelace pro vyrovnání deformací.
AI-podporovaná prognóza životnosti laserových svařovaných spojů mezi hliníkem a ocelí
Hodnotící proces vyvinutý vědci z LBF předpokládá korelaci svařovacích parametrů, jako je například šířka připojení nebo hloubka svařování laserového spoje z EN AW-6082 T6 hliníku do S355 oceli, s únavovou pevností odvozenou a experimentálně ověřenou podle Peak-Stress-Method. Jako rozšíření datové základny vůči výsledkům pokusů byly provedeny variace parametrů geometrie svařovacích spojů a simulace zatížení metodou konečných prvků pro odvození Peak Stresses, které byly rozděleny do tréninkového a testovacího datového souboru pro prognózu životnosti s neuronovou sítí.
Přenášení na jiné spojované kovové multimateriálové spoje
S výsledkem výzkumu není k dispozici pouze hodnotící přístup pro tento specifický ocelovo-hliníkový smíšený spoj, ale také nabízí potenciál přenositelnosti na jiné spojované kovové multimateriálové spoje. Právě v tomto kontextu může být tato hodnotící metoda přenesena na aplikace svařovacích spojů v lodním stavitelství i na případy z jiných odvětví.
Podporovatelé a partneři
Konsorciální projekt formováním laserového svařování smíšeného spoje z oceli a hliníku pro provozuschopné polotovary v lodním stavitelství (FOLAMI), dílčí projekt hodnocení smíšeného spoje z oceli a hliníku vytvořeného formováním laserového svařování pro provozuschopné polotovary v lodním stavitelství (podpora č. 03SX547C), byl podpořen v rámci výzkumného programu Námořní technologie nové generace Ministerstvem hospodářství a energetiky na základě rozhodnutí Německého spolkového sněmu.
Kontakt:
