W projekcie badawczym »FOLAMI« instytut Fraunhofer LBF zajął się oceną połączenia kompozytowego ze stali i aluminium uzyskanego dzięki spawaniu laserowemu o formie pasującej, dla trwałych półfabrykatów w budownictwie okrętowym. W ramach rozwoju procesu spawania przeprowadzono badania numeryczne i eksperymentalne, aby najpierw zabezpieczyć trwałość operacyjną na poziomie próbek, a następnie dla specyficznie zoptymalizowanych adapterów jako elementów łączących między stalowymi a aluminiowymi elementami konstrukcyjnymi.
Spawanie laserowe jako alternatywa dla połączeń stali i aluminium w budownictwie jachtów
W budownictwie okrętowym, szczególnie w budownictwie jachtów, połączenia multimateriałowe są już powszechnie stosowane, gdy materiał lekki, jakim jest aluminium, łączy się z konwencjonalnie przetwarzanymi materiałami stalowymi. Obecnie to połączenie kompozytowe ze stali i aluminium realizowane jest w formie tzw. adapterów spawanych wybuchem, znanych również jako spawanie wybuchowe. Alternatywy dla tego procesu produkcyjnego są motywowane wyższymi kosztami lub ograniczeniami konstrukcyjnymi i funkcjonalnymi. Spawanie laserowe może tutaj prowadzić do nowatorskiego procesu spawania jako alternatywy.
Optymalizacja i ocena z wykorzystaniem symulacji i metody Peak-Stress
W rozwoju procesu spawania instytut Fraunhofer LBF początkowo wspierał optymalizację geometrii spoiny spawalnej oraz parametrów procesu spawania poprzez numeryczne symulacje obciążenia. Głównym celem pracy badawczej była rozwój metodologii oceny połączeń spawanych ze stali i aluminium oraz jej wdrożenie w spawanym adapterze.
W tym celu lokalna metoda oceny, tzw. metoda Peak-Stress, została przeniesiona na przypadek połączenia kompozytowego ze stali i aluminium z wykorzystaniem cyfrowej korelacji obrazu do wyrównania odkształceń.
Prognoza żywotności spoin laserowych między aluminium a stalą wspierana przez AI
Opracowany przez naukowców z LBF proces oceny przewiduje korelację parametrów spoiny, takich jak szerokość połączenia czy głębokość wtopienia spoiny laserowej z EN AW-6082 T6 aluminium w stali S355, z wytrzymałością na drgania wyprowadzoną i eksperymentalnie zweryfikowaną metodą Peak-Stress. Jako rozszerzenie bazy danych w stosunku do wyników prób przeprowadzono wariacje parametrów geometrii spoiny oraz symulacje obciążenia metodą elementów skończonych w celu wyprowadzenia szczytowych naprężeń, które są wykorzystywane w zbiorze danych treningowych i testowych do prognozowania żywotności z wykorzystaniem sieci neuronowej.
Przenośność na inne złączone metalowe połączenia multimateriałowe
Dzięki wynikowi badań dostępne jest nie tylko podejście oceny dla tego specyficznego połączenia kompozytowego ze stali i aluminium, ale także oferuje potencjał przenośności na inne złączone metalowe połączenia multimateriałowe. Właśnie w tym kontekście ta metoda oceny może być przenoszona na zastosowania spoin w budownictwie okrętowym oraz na przypadki zastosowań w innych branżach.
Sponsorzy i partnerzy
Projekt współpracy dotyczący spawania laserowego połączenia kompozytowego ze stali i aluminium dla trwałych półfabrykatów w budownictwie okrętowym (FOLAMI), część projektu oceny połączenia kompozytowego ze stali i aluminium uzyskanego dzięki spawaniu laserowemu o formie pasującej dla trwałych półfabrykatów w budownictwie okrętowym (numer wsparcia 03SX547C), z Centrum Badawczego Jülich GmbH (PtJ) został sfinansowany w ramach programu badawczego Technologie morskie nowej generacji przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii na podstawie decyzji Bundestagu.
Kontakt:
