能源和资源效率变得越来越重要，这就是为什么德国弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所（Fraunhofer IWS）与合作伙伴联合开发传统钢结构的替代方案，它不仅构成工艺技术解决方案而且构成了硬件和激光安全的基础。该解决方案有助于更温和地加工高强度材料，并显著降低能耗和成本，提高加工速度。与传统的连接工艺相比，组件所需的能量输入最多可减少80%。此外，由新工艺制成的部件在后续加工时也无需矫直。

许多技术结构采用某种形式的钢结构。无论是集装箱货轮、铁路车辆、桥梁还是风力涡轮机塔架，这些结构中的任何一个都有数百米的焊缝。过去，这些焊缝多数使用传统工艺，例如金属活性气体焊接或埋弧焊。但由于电弧强度低，大部分消耗的能量并没有在焊接过程中使用，而是以热量的形式损失到组件中。

焊接后处理所需的能量通常与焊接过程本身所需的能量相似。对此，Fraunhofer IWS激光束焊接小组负责人Dirk Dittrich博士强调说，这种能源密集型工艺会对材料造成严重的热损伤，并导致结构严重变形，之后只能通过成本高昂的矫直工艺恢复零件。

强大的激光焊接工艺

由Dittrich博士领导的一组研究人员与合作伙伴开发了一种节能替代方案，作为“VE-MES-节能低失真激光多道次窄间隙焊接”项目的部分。激光多道次窄间隙焊接（激光MPNG）使用了市售的高功率激光器，由于层数减少和焊缝数量大幅减少，得以从传统方法中脱颖而出。

激光束定位在两板之间的接合处，同时插入填充金属。该过程产生高质量的焊缝

“根据组件，我们可以将焊接过程中的能量消耗减少多达80%，与填充材料消耗相比，我们可以降低多达85%。”Dittrich博士谈到。因此，这种工艺方法可以减少生产时间和成本，加工高强度钢材并实现了低碳生产。鉴于德国和世界各地未来仍然需要大量钢结构，这种工艺方法将会显得非常有优势。

因为激光束的高强度保证能量输入高度集中在焊接点上，而组件的周围区域仍然相对较冷。焊接时间减少了50-70%。新工艺在焊缝质量方面也同样出色，焊缝更细，边缘几乎是平行的，而在传统焊接工艺中，接缝呈V形。如果将激光焊接用于钢结构工艺，将成为德国中型企业的独特卖点，并在国际竞争中巩固其市场地位。

研究团队正在为行业提供一种高效的焊接技术，由于其具有成本效益的应用和资源节约型生产过程，该技术将彻底改变钢结构。

Fraunhofer IWS的研究人员使用室内起重机部件的实际示例，展示了新开发的性能。他们使用特殊的系统技术和集成的光束保护部署了新的焊接技术。根据实验设计，室内起重机的四米长矩形轮廓，符合传统生产组件的设计和制造要求。产生典型的应用焊缝：30mm板上的对接接头和完全连接的T型接头（15mm）。

对于1m的焊缝，与埋弧焊相比，30mm板厚的成本可以降低50%，包括随后的矫直过程。对于厚度小于20mm的板材，对比使用金属活性气体焊接工艺，潜在的成本节约甚至高达80%。对于大公司来说，仅焊接填充材料每年就可以节省超过10万欧元的成本。此外，所使用的激光源由于高效率而具有阻止能源成本上升的巨大潜力（约50%）和良好的工艺效率（减少80%的能量消耗）。有了这种实际适用性的证据，该方法现在可以扩展到其他应用。