Norge leder an og vil bygge bruer ved hjelp av automatisert lasersveising

– Dette er en sveisemetode hvor vi ved hjelp av digitale tvillinger og 3D-modellering programmerer roboter til å gjennomføre sveising og kvalitetssikring av gjennomførte sveiser, sier Kjell Håvard Belsvik fra Statens vegvesen. Han er delprosjektleder for E39 Fjordkryssing Bjørnafjorden.

Behovet for en mer effektiv sveisemetode er utløst av planene om å bygge en flytebru over Bjørnafjorden sør for Bergen, men blir nå testet ut i mindre skala.Denne moderne sveisemetoden for bruer er resultatet av et forskningssamarbeid mellom Statens vegvesen og Prodtex AS med støtte fra Innovasjon Norge. DNV og Vitec er med som kvalifiseringspartnere.

Hos Prodtex AS på Sunnmøre har roboter utført lasersveising av brudekket for Frønes bru i Åfjord kommune i Trøndelag. Gangbrua som åpner før jul blir sannsynligvis verdens første bru som er produsert ved hjelp av roboter og laser-hybrid sveiseteknologi. Prodtex har Norges største stålfabrikk basert på automatisert lasersveising.  Ved hjelp av digitale tvillinger og 3D-modellering programmeres roboter til å gjennomføre sveising og kvalitetssikring.  Fabrikken er 32 meter bred, med døråpning på 24 meter, det vil si at de kan bygge brudekker på maks 24 meter bredde i dag. Metoden har potensial til å effektivisere brubygging både i Norge og i utlandet, samt nøytralisere konkurransefortrinn verksteder i Østen har med rimelig arbeidskraft. 

Robotisering og lasersveising gir en mer effektiv produksjonsprosess

Flytebrua over Bjørnafjorden vil med sine 5,5 kilometer lengde vil bli verdens lengste flytebru.  Det vil si; 5,5 kilometer med stål tilsvarende 110 000 tonn skal sveises.  Det skal bygges et enormt antall like ståldeler med like sveiser.  Ved hjelp av denne moderne sveiseteknologien kan det sveises eksempelvis 4,2 meter i minuttet med en laser. Dette er mange ganger raskere enn tradisjonelle sveisemetoder gjort med robot. Metoden krever mindre energi enn tradisjonell sveising og er dermed CO2-reduserende. Potensialet er med andre ord stort for en bru over Bjørnafjorden.

Belsvik forteller at om lag 50 % av kostnadene til brubygging er knyttet til logistikk, og om bruelementene kan produseres og sveises lokalt spares det både tid og penger. Lokal produksjon fjerner CO2-utslipp knytta til transport over store havstrekninger.

Raskere, billigere og mer miljøvennlig metode for bygging av bruer

– Innsparing opptil 1 milliard for Bjørnafjorden forutsetter at ferdig produsert stål blir redusert med 10 kroner per kilo. Potensialet for kostnadsreduksjon vil variere avhengig av brua sin utforming, enkle og like deler gir mer effektiv produksjonsprosess og større besparelse. Vi vurderer potensialet til å være opptil 20 % lavere kostnad for vår bru. Dersom metoden overføres på byggingen av andre bruer i Norge er innsparingspotensialet tilsvarende der, sier han.

Norge har lang tradisjon fra mekanisk industri og verftsindustrien, kunnskap herfra er basis for videreutvikling av sveiseteknologien som kan brukes på bruelementer med tykkere og fastere stål enn i skipsproduksjon.

- Vi håper at bransjen får opp øynene nå og ser mulighetene til å ta i bruk den moderne teknologien. Ved å ta i bruk den nye produksjonsteknologien kan bransjen bli mer konkurransedyktig i forhold til dagens lavkostnadsland, fordi dette er en kunnskapskrevende metode som egner seg spesielt godt i norsk arbeidslivskultur. Norske fagarbeidere og ingeniører er kjent for gode samarbeidsevner, noe som er svært nyttig her.

Bedre presisjon gir bedre kvalitet

Johannes Veie og Cato Dørum fra Statens vegvesen jobber tett med Prodtex i utviklingen av den nye sveisemetoden. De forteller at robotene kan gjennomføre sveisingen med høy grad av presisjon og i større grad gi riktig kvalitet på første forsøk. Laserteknologien gjør at man kan utføre buttsveis fra en side. Dette fjerner behovet for å snu på stålplater og slipe/sveise baksveis, slik det blir gjort i dag. Sveiste T-forbindelser som i dag utføres med sveising av kilsveiser fra to sider kan også utføres med kun en sveis fra én side. Dette øker tilkomsten og nytten for roboter i produksjonen med laserhybridteknikk.

– Ny teknologi gir mulighet til bedre kontroll over hele produksjonsprosessen. Vi kan følge kvaliteten på sveisingen kontinuerlig, gå presist inn på nøyaktige punkter, og dersom kvaliteten er for lav blir det avdekket umiddelbart. Høsting av data fra sveiseprosessen med laserhybrid vil kunne dokumentere riktig kvalitet, påpeker Veie og Dørum.

Belsvik påpeker at den nye sveisemetoden også kan påvirke materialvalget som brukes på bruer. Laserhybridsveising har et lite og lokalt smeltebad som størkner fort. Dermed er det viktig med lite karboninnhold i stålet for å beholde duktiliteten i sveisen og i varmepåvirka sone. SSAB i Sverige har levert stål til brua som nå produseres.

Tar bransjen steget inn i fremtiden?

Kunnskapen fra dette FoU-prosjektet blir offentliggjort. Industrien kan styrke sin konkurranseevne ved å benytte seg av robotisert lasersveiseteknologi, men det krever at bransjen ser mulighetene, skaffer seg kunnskap og evne til å benytte laserhybrid med roboter. Sentral kunnskap her er metallurgi, kunstig intelligens, modellbasert prosjektgjennomføring, nysgjerrige fagarbeidere og metodepersonell. Det kan være mer å tjene på produksjon av bruelementer i og utenfor Norge framover, når denne teknologien brer om seg. Teknologien kan sette lokale leverandører i posisjon til å konkurrere med lavkostland i Europa, men også med Østen/Kina som tradisjonelt sett har vært verdensledende produsenter og eksportører av bruelementer. Også når internasjonale aktører tar samme produksjonsteknikk i bruk.

– Det blir spennende å se hvilke tradisjonelle industribedrifter som våger å ta det første steget og dermed sikre seg et konkurransefortrinn. Kanskje får vi nyetableringer? Vegvesenet legger til rette for å benytte kvalifisert moderne produksjonsmetoder i kontraktene. Vi er spente på om leverandørene vil se dette som en inngangsport til å skaffe seg økt konkurranseevne i flere prosjekter, sier Belsvik. For bransjen vil det å ta i bruk ny teknologi være en balanse mellom risiko og fortjeneste, mellom å våge eller å jobbe som før, og mellom utvikling og stagnasjon.

– Vegvesenet kan i forbindelse med E39 Fjordkryssing Bjørnafjorden redusere kostnadene sammen med leverandørene ved å være utvikler og skaper av muligheter. Konkurranse i markedet er det som til sist vil gi oss svar på hvor mye vi kan redusere kostnadene for flytebrua, avslutter Belsvik.

Hva er lasersveising og laser-hybridsveising?

Lasersveising foretas vanligvis under computerkontroll (CNC), hvor sveisehodet er tilkoblet en flerakset robot. Automatisert sveising er velegnet for repeterbar produksjon, og arbeidet med programmering kan lettes ved bruk av CAD-modeller og kunstig intelligens. Laser-hybridsveising er når det tilføres ekstra materiale (tilsats) til smeltebadet undervegs i prosessen.

Så fort laserstrålen treffer arbeidsemnets overflate, varmer det opp det tilsvarende området til fordampningstemperatur. Resultatet er en dyp, smal innbrenning. Ved laser-hybrid-prosessen begrenses behovet for kostbar laserenergi seg nesten utelukkende til dypsveiseeffekten, som også muliggjør sammenføyning av tykkere plater.

Med sin smeltende elektrode tillater den samtidig en bedre fugefylling. Energibehovet til laser- og laser-hybrid sveising er vesentlig lavere sammenlignet med energibehovet ved tradisjonell lysbuesveising, derfor er dette en svært bærekraftig teknikk. – Teknologien er ikke begrenset til bruk i samferdsel, men kan også benyttes for andre konstruksjoner, små og store. Betingelse for effektiv produksjon ligger i mange like deler og mange like prosesser.

Trøndelag: Statens vegvesen trolig først i verden med å bygge bru ved hjelp av lasersveising