Så optimeras svetsning och additiv tillverkning med duplexa rostfria stål
Färsk forskning från Högskolan Väst visar hur det populära materialet, duplext rostfritt stål, kan användas framgångsrikt vid lasersvetsning och additiv tillverkning. Amir Baghdadchis doktorsavhandling öppnar vägar för fler branscher att skifta från konventionella produktionsmetoder till mer hållbar tillverkningsteknik.
Additiv tillverkning ses som en viktig del i nästa generation av industriell produktion där kraven på hållbarhet är stora. För att kunna använda additiv tillverkning för duplexa rostfria stål krävs att man utvecklar och anpassar tekniken till materialet. Amir Baghdadchi har ägnat sina forskarstudier åt att utveckla kunskap om hur duplexa rostfria stål kan användas optimalt både för lasersvetsning och additiv tillverkning (metalldeponering med laser som energikälla).
– Duplexa rostfria stål används inom en mängd olika tillämpningar tack vare deras höga korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper. Men för att produktion och sammanfogning i materialet ska bli effektiv och nå önskat resultat krävs att man har exakt kontroll över processer och djupgående förståelse om sambanden mellan kemisk sammansättning, termiska cykler, resulterande mikrostrukturer och egenskaper, förklarar Amir.
Nya metodiker
Under det första året som doktorand hade Amir fokus på lasersvetsning av duplexa rostfria stål. Genom att experimentera med olika skyddsgaser och uppvärmningstekniker med laser identifierade han flera sätt att förbättra svetsfogarna. Han har också utvecklat en ny metodik, med hjälp av elektrondiffraktion (EBSD*), som gör det möjligt att analysera fasfraktioner i materialet. Metodiken kan även användas för exempelvis additivt tillverkade material.
Amirs forskning har dock främst handlat om att utveckla kunskap om metalldeponering med tråd och laser som energikälla för duplexa rostfria stål. Tillsammans med andra forskare har han tagit fram en systematisk fyrstegs-metodik och sedan har additiv tillverkning använts för att ta fram en komponent i duplext rostfritt stål. Därefter analyserades komponentens mikrostruktur, mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet med hjälp av ett flertal tekniker, bland annat optisk mikroskopi, elektronmikroskopi, mekanisk provning och elektrokemisk korrosionsprovning.
Nöjd med resultaten
– Utvecklingen av EBSD-metodiken* är ett av de mest intressanta resultaten i min forskning. Metodiken ger ett robust ramverk för att analysera fasfraktioner i additivt tillverkade och svetsade komponenter. Det möjliggör ytterligare framsteg inom materialvetenskap och tillverkningsteknik, säger Amir.
– Dessutom kan den systematiska fyrstegs-metodiken bidra till att man enklare och mer kostnadseffektivt kan utveckla skalbara tillverkningsmetoder för produktion av metallkomponenter med bättre mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet.
Stora fördelar med additiv tillverkning
Fördelarna och möjligheterna med additiv tillverkning är stora och många. Tekniken öppnar nya möjligheter att tillverka komponenter ”near-net-shape” med effektiv materialanvändning, skräddarsydda funktioner och egenskaper.
– Dessutom kan man med hjälp av CAD-program tillverka en komponent direkt efter att den har designats. I en del av min forskning producerades en cylinder med additiv tillverkning. Det gick betydligt snabbare jämfört med produktionstiden med konventionella tekniker som gjutning, smide, svetsning med mera.
– Med additiv tillverkning går det även att skapa lättare komponenter med mer komplexa strukturer. Sammantaget kan dessa faktorer bidra till en mer hållbar produktion.
För Amir fortsätter karriären hos ESAB i Göteborg, där hans expertis inom materialvetenskap kommer till nytta i utvecklingsarbetet av svetsmaterial för olika metalliska substrat, med målet att öka svetseffektiviteten och prestandan inom olika industrisektorer.
*EBSD är engelsk förkortning för Electron Backscatter Diffraction.
————————
Läs mer om Amir Baghdadchis forskning i doktorsavhandlingen: “Directed Energy Deposition Additive Manufacturing and Welding of Duplex Stainless Steel using Laser Beam”
Kontakt: Amir Baghdadchi, doktor i Produktionsteknik, e-post: amir.baghdadchi@esab.se,
Telefon: +46 76 554 2736