传统的钢结构主要靠手工焊接来实现，对于制造大型结构、高应力的钢结构，如大型起重机的吊梁、风电塔等，属于线性长度比较长且对质量标准要求比较高，同时还需要丰富的经验和有效的操作。高能、现代化的激光焊接技术可以满足这些要求，IWS经过2.5年的研究，针对低变形和低的能量输入来焊接厚壁结构的研究，实现了这一目标。

德国弗朗霍夫ＩＷＳ研究所研发出一种使用较平和的激光功率和较低的能量来实现钢的焊接。

在当今社会，能源的高效利用和效率的提升变得越来越重要，这主要是得益于不断上涨的成本压力和日益严格的环保方面的要求。因此，来自德国的弗朗霍夫IWS研究所及其合作伙伴发展一种替代工艺来替代传统的钢结构焊接方式，这一替代解决方案不仅提供了工艺上的解决方案，还基于硬件和激光安全等方面进行了改进。

图：来自Fraunhofer IWS 的研究人员使用一个室内的起重机部件，该部件使用的是 S355J2 结构钢（尺寸规格为4X0.75X0.5米），来展示他们所发展的激光MPNG焊接工艺可以减少成本至少80%，填料的消耗至少减少85%，比较对象为同传统焊接工艺相比较的话。© Fraunhofer IWS/René Jungnickel

这一技术使用的是功率并不高的激光来焊接高强度材料，同时还可以显著的降低能源的消耗和降低工作成本，与此同时还能提升加工速度。同传统的激光焊接相比较，其能量消耗至少降低至少80%。

该工艺还可以实现强化材料，这一革新的激光焊接工艺，将在5月30日的德国展会上进行展出。

视频：德国弗朗霍夫IWS的焊接技术简介

许多结构都会用到钢结构。如轮船上的容器、轨道交通、桥梁或风力涡轮塔，任何这一类型的结构都至少有几百米长的焊缝。

传统的工艺过程，如活性气体焊、埋弧焊等技术，经常用来实现上述结构的连接。问题在于，这些技术存在弧的能量强度低，大比例的能量并没有真正的用于焊接上，而是以热的形式在部件中和空气中消失了。

弧焊中的这些能量-强度相关的工艺过程会对制造的部件造成非常显著的热损伤，进而造成结构的严重变形，从而造成随后还需要大量的工作来进行补救，Dirk Dittirch博士说到，他是IWS激光焊接研究小组的负责人。

图：左图，使用发展的激光MPNG技术焊接后得到的对接焊时的横截面和T型焊接头，可以显著的降低制造成本和材料的消耗。下图右侧的线条图，激光束的位置在两个板材边缘的位置进行焊接，填料与此同时在前面进行添加。这一工艺导致焊缝的质量比较好。© Fraunhofer IWS

Dittirch博士领导的研究小组发展了一个能效高的焊接技术，这一技术是VEMES-能效和低变形激光多道窄间隙焊接项目的一部分。

激光多道窄间隙焊接（简写为Laser ＭＰＮＧ）是使用商业化的高功率激光，同时从传统工艺的方法中减少焊接层数和从而显著的减少焊缝的体积。这些焊接中的要素是关键得益点。

图：全部采用激光焊接，焊接的是一个四米长的重载起重机梁以显示该技术所得到的低变形和能量消耗低

取决于部件，我们可以将焊接部件所需要的能量降低８０％，并且我们所需要的填充焊料同传统的弧焊相比，可以降低８５％。

更为重要的是，目前所研究的部件的焊接不需要进行强化处理的过程。结果，我们产品的制造时间就缩短了，制造成本也跟着相应的降低了，同时还可以加工高强度钢材料和显著的提高ＣＯ２在整个供应链的平衡。考虑到在德国有很多钢结构需要焊接，在世界范围内则更多，由此可知，这将是一个非常巨大的优势。

这是因为激光束的高度集中而聚焦在以一个点上，这就使得焊缝周围几乎可以保持在冷的状态下，而且传统焊接工艺的焊缝为V形的。

图：柔性可调节的光束模式：左图：细小的光束直径且光束强度高，这主要用于深的穿透焊接（小孔焊机）；右图，大的环状形状的激光束，可以用来进行热传导焊接

如果将激光焊接用于钢结构，这将对德国的中小企业来说将是一个振奋人心的消息，将在国际市场拥有非常大的竞争力，Dittirch博士说到，我们可以为工业界提供有效的焊接技术来革新钢结构的焊接，这得益于该技术的成本－效益高和制造过程中能源－资源的节省。

图： 发展的光纤激光在进行光束形状调节后的一个案例

来自IWS的研究人员展示了这核心技术的发展，在室内起重机上进行了应用的案例实操。他们发展的这一焊接技术使用了特殊和集成了光学保护的概念。

这一设计的构建，由一个四米长的举行轮廓的室内起重机来实现设计和制造出相当的，同传统要求一致的部件。制造出典型的焊缝，对接焊缝30mm，T型接头为15mm的板材。

图： 多光纤激光焊接工艺。激光束的形状和轮廓可以在不超过30毫秒的时间内改变/调节/修改，而不需要额外的外部光学镜片就可以实现.