A lézer-hibrid hegesztés gyűjti a pontokat a szálpréselt profiloknál
Az autóipari beszállító Alu Menziken a lézer-hibrid eljárást választotta a szálpréselt profilok hegesztésénél. Ez az eljárás döntő előnyökkel rendelkezik a szélesen elterjedt súrlódásos hegesztés keverőelektródával (Friction Stir Welding) eljárással szemben: kis mértékű kopás, a kiálló anyag nem jelent problémát és az eljárással mind tompa, mind pedig sarokvarratok is hegeszthetők. Ezért hajtott végre beruházást az Alu Menziken cég az akkumulátorteknő-elemek gyártása területén és alakított ki egy lézer-hibrid hegesztőrendszert, aminek köszönhetően jelentős eljárási előnyökre tett szert a Fronius Welding Automation és a Fanuc hegesztő- és robottechnikájával.
A felső-ausztriai Ranshofenben működő Alu Menziken Euromotive GmbH-t 2014. novemberében az Alu Menziken Extrusions AG svájci vállalat százszázalékos leányvállalataként alapították. A konszern kereken 700 munkatársat foglalkoztat, ebből 150-et Ranshofenben. Ott fejleszt és gyárt az Alu Menziken modern alumínium könnyűszerkezeti elemeket és rendszereket az autó- és a repülőgépipar számára. Az autóipar területén a prémiumtermékeket gyártó cégek, a sportkocsigyártók és az e-mobilitás területén tevékenykedő cégek beszállítójaként szereztek nevet az osztrákok. A jellemző elemek és egységek az ütközés-kezelő rendszerek, ülésszerkezetek, borulásgátló rendszerek és akkumulátordobozok.
A tapasztalat, a rugalmasság és a fejlesztési kompetencia mellett mindenekelőtt az Alu Menziken gyártási mélységét és gyártási know-how-ját értékelik az autógyártók. Mielőtt elkészülnének az akkumulátorteknő-elemek prototípusai, az összes tervrajzot leellenőrzik a gyárthatóság szempontjából és szimulálják a gyártási folyamatot. Letesztelik, hogy hegesztés- és illesztés-technikailag minden elem megvalósítható-e és szükség esetén korrekciókra, pl. egy sugár megnövelésére vagy egy borda módosítására tesznek javaslatot.
Az akkumulátorteknők tömítettsége a legfontosabb követelmény
A gépjármű-üzletág szinte tökéletesen sík és vetemedésmentes hegesztési eredményeket követel meg. Ugyanakkor egyre nagyobb felületen és nehezen reprodukálható minőséggel hegeszthetők az elemek. Még mielőtt behelyeznék az akkumulátorteknőket a járművek alvázába, tömítettség-ellenőrzésnek vetik őket alá. Ennek oka: nemcsak légzárónak, hanem fröccsenő víz ellen védettnek is kell lennie minden akkumulátorteknőnek. Ez igazi kihívássá teszi a hegesztést.
A felületi minőség vagy a tisztaság magas követelményei miatt az alumínium-hegesztés különösen igényes művelet. Nem csak a varrat-előkészítés vagy a hegesztési paraméterek megalkotása vonatkozásában követel komoly tudást, hanem a helyes hegesztési sorrendnél is, aminek meg kell akadályoznia azt, hogy az egyes teknőelemek deformálódjanak. Az Alu Menziken rendelkezik ezzel a speciális tudással. A vállalat EN ISO 3834-2 szerinti TÜV tanúsítvánnyal rendelkezik és a képzett hegesztési szakértők mellett a minőségbiztosítási rendszer fontos elemeként külső hegesztési felügyelettel is rendelkezik. A cég főleg 5000-7000 sorozatú alumínium-ötvözeteket hegeszt.
A lézer-hibrid hegesztés előnyei szálpréselt profiloknál
Jelenleg az autóipar még a súrlódásos hegesztést keverőelektródával részesíti előnyben. Ez az eljárás nem fogyaszt sem gázt, sem hegesztőanyagokat és a viszonylag alacsony hőmérséklet – alumíniumnál kb. 550 Celsius-fok – következtében csaknem vetemedésmentes. A művelet közben egy forgó szerszám – az úgynevezett pin – nagy erővel belemerül az illesztési hézagba. Néhány másodperc alatt felmelegíti a hegesztőzónát kevéssel az olvadáspont alá. Mihelyt lágyulni kezd az anyag, a pin előre kezd mozogni és nagy nyomóerővel forog az illesztési vonal mentén. A pin körül megolvadó alumínium összekeveredik és ennek következtében létrehozza az anyagzáró kapcsolatot.
Végül leáll az előremozgás és a forgó szerszám kihúzódik a hegesztőzónából. De éppen ez a mozgás jelenti a súrlódásos hegesztés keverőelektródával egyik legfontosabb problémáját: Ahol a forgó szerszám elhagyja az alapanyagot, ott lyuk keletkezik. A tervezőnek be kell terveznie egy ún. alkatrész-túlnyúlást, amit a hegesztés után el kell távolítani. További hátrány: a Friction Stir Welding módszer nem alkalmas sarokvarratok hegesztésére. A tompa- és sarokvarratoknál mindig két külön munkamenetre van szükség, azokat nem lehet ugyanazzal a hegesztőfejjel hegeszteni. A PA- és PB-pozícióban történő lézer-hibrid hegesztésnél azonban ez lehetséges.
Az Alu Menziken-nél a jövő neve lézer-hibrid
Az Alu Menziken célzottan választja a lézer-hibrid hegesztést. Ez a hegesztőeljárás lehetővé teszi a sarokhegesztést és elmaradnak a felesleges kifutási területek. A lézer-hibrid hegesztés lézersugarat kombinál egy MIG hegesztőeljárással egy közös eljárászónában. Az erősen fókuszált, a hegesztővarratra irányított fénysugár nagyon nagy energiasűrűséggel rendelkezik. Ennek köszönhetően elpárolog az alumínium és mélyen behatol az alapanyagba. A lézert követő MIG-eljárás a varrat kitöltésére szolgál és optimális él-összekötést hoz létre. A járulékosan bejuttatott hő időt ad az anyagnak a kigázolgásra és így – a tiszta lézerhegesztéssel összehasonlítva – csökkenti a pórusképződési hajlamot.
Norbert Dickinger, a ranshofeni Alu Menziken termelési vezetője ismeri az előnyöket: „Mi több akkumulátorteknő-elemet tudunk egyetlen munkamenetben hegeszteni és ezáltal a nagy hegesztési sebesség révén növelni tudjuk kimenő mennyiségünket – a lézer által stabilizált ívnek köszönhetően. Ugyanakkor a kis szakaszenergia miatt minimalizálódik az alkatrészek vetemedése.”
A Fronius és Fanuc hegesztés- és robottechnika
A projekt lebonyolítása partneri együttműködésben történt: a gépgyártás és a hegesztéstechnika a Fronius Welding Automation-tól, a robot és a szállézer pedig a Fanuc-tól jött. Az Alu Menziken már korábban is jó tapasztalatokat gyűjtött a Fronius-szal, mert már régóta használja sikeresen a TPS és TPS/i sorozatú hegesztő áramforrásokat a kézi és a robothegesztés területén.
„A Fronius példás támogatása meggyőzően hat ránk. Ha segítségre van szükség, akkor hamar jön valaki. A kisebb problémákat telefonos támogatással vagy távkarbantartással oldjuk meg. Ezenkívül a Fronius rendszeresen kínál továbbképző tanfolyamokat hegesztő technikusok számára. A jó üzemi klíma szintén fontos szerepet játszik. Arról nem is beszélve, hogy a Fronius-készülékek alig hibásodnak meg, mert csak kiváló minőségű komponensek vannak beépítve”, hangzik Sven Esterbauer-nek, az Alu Menziken hegesztés-technológusának dicsérete. Norbert Dickinger megerősíti kollégáját: „Ennél a projektnél is példás volt a Fronius támogatása.“
A Fronius már az új robotos hegesztőcella megtervezése előtt elvégezte első hegesztési kísérleteit Thalheimben. A megelégedésre szolgáló eredmények után megtörtént a berendezés megtervezése és legyártása. A következő lépésben az Alu Menziken rendelkezésre bocsátott egy, nullpont-befogórendszerrel rendelkező hegesztőszerkezetet a további kísérletekhez és paraméter-meghatározásokhoz. Ezután építették fel a robotos hegesztőcellát a H-pozicionálóval együtt Ranshofenben. „A Fronius-szal közösen optimalizáltuk az összes paramétert. Mi így képzeljük el a partneri együttműködést”, egészíti ki az elmondottakat Dickinger úr.
A hegesztőrendszer automatizálásához tudatosan döntött az Alu Menziken a Fanuc mellett: a specialista nem csak a robotot szállította, hanem a lézerforrást is. Ez olyan előny, ami a robotsebesség és a lézerteljesítmény optimális szinkronizálásában tükröződik vissza. A robot kezelőbarát volta és egyszerű programozhatósága további pluszpontokat jelentett.
Különböző munkadarab-méretekhez felszerelve
Egy bizonyos egységméretig különböző szálpréselt elemek hegeszthetők, miközben a maximális hegesztési tartomány 2800 x 2000 milliméter és a munkadarabsúly pozicionáló-oldalanként 500 kilogramm lehet.
A gyártási folyamat részben automatizált módon zajlik: miután a dolgozó behelyezte az alumínium munkadarabokat a H-pozicionálóba, aktiválja a biztonsági fénysorompóval biztosított automatikus befogási folyamatot. Ezután a H-pozicionáló befordul a lézer ellen védő fülkébe és a hegesztőrobot indulási pozícióba áll. A hegesztőprogram automatikusan lefut, mint ahogyan az előre megadott tisztítási ciklusonként lezajló hegesztőpisztoly tisztítás is. Befejezés után a robot várakozási pozícióba fordul és a H-pozicionáló kifordítja a készre hegesztett munkadarabot a fülkéből. Végül megtörténik a munkadarab automatikus kifogása és az kivehető a berendezésből.
Sven Esterbauer számára fontos előnyöket nyújt a berendezés: „A Fronius rendszervezérlés annyira intuitív, hogy egy új kezelő már néhány perc alatt kezelni tudja a berendezést. A nagy érintőképernyőnek köszönhetően mindig áttekintést kap az egész folyamatról – beleértve a robot pozícióját, az eljárási paramétereket és a varrat követését is.”
Lézer-hibrid: kedvezőbb költségek, gyorsabb és rugalmasabb
Az Alu Menziken Euromotive meg van győződve a lézer-hibrid hegesztőeljárás előnyeiről. Tompa- és sarokvarratokat tudnak hegeszteni, így aztán egy munkamenetben össze tudják hegeszteni az összes elemet, ami gyorsabbá és kedvezőbb költségűvé teszi a folyamatot.
„Biztos vagyok benne, hogy az Alu Menziken el fogja terjeszteni a lézer-hibrid hegesztést az autóiparban“, jelenti ki Norbert Dickinger. A meggyőzéshez demonstrációs célokra speciális eszközt állított össze a beszállító, ami különböző, eltérő falvastagsággal és beolvadási mélységgel rendelkező elemeket és mikroszkópos nagyításban látható hegesztési mintákat tartalmaz. „A Fronius Welding Automation és a Fanuc új robotos hegesztőcellája segít nekünk ebben”, mondja meggyőződéssel Dickinger úr.