24. března 2020 18:56

Svařování LaserHybrid boduje u vytlačovaných profilů

Dodavatel autodílů Alu Menziken sází při svařování vytlačovaných profilů na svařovací postup LaserHybrid. Ten nabízí oproti velmi rozšířenému třecímu svařování s promíšením (Friction Stir Welding) rozhodující výhody: podléhá minimálnímu opotřebení, přesahy materiálu nejsou žádný problém a lze jím svařovat jak tupé, tak i koutové svary. Proto společnost Alu Menziken investovala do svařovacího systému LaserHybrid pro výrobu komponent akumulátorových van a díky svařovací technice a robotice od společností Fronius Welding Automation a Fanuc dosáhla významných procesních výhod.

Společnost Alu Menziken Euromotive GmbH se závodem Ranshofen v Horním Rakousku byla založena v listopadu 2014 jako stoprocentní dceřiná pobočka švýcarské společnosti Alu Menziken Extrusions AG. V celém koncernu pracuje přibližně 700 zaměstnanců, z toho 150 v Ranshofenu. Zde se vyvíjejí a vyrábějí moderní lehké hliníkové konstrukční díly a systémy pro automobilový a letecký průmysl. V segmentu automobilového průmyslu je tato rakouská firma známá jako dodavatel pro prémiové výrobce, konstruktéry sportovních vozů a oblast elektromobility. Typickými díly a konstrukčními celky jsou systémy crash managementu, struktury sedadel, systémy pro ochranu proti převrácení a akumulátorové boxy.

Inzerce

Pohled na provozní budovu společnosti Alu Menziken Euromotive GmbH v Ranshofenu (Horní Rakousko).

Automobiloví výrobci oceňují vedle zkušeností, flexibility a vývojových kompetencí především hloubku výroby a špičkové výrobní know-how společnosti Alu Menziken. Dříve než vzniknou prototypy jednotlivých prvků akumulátorových van, se u všech konstrukčních výkresů ověřuje jejich proveditelnost a simuluje se průběh procesu. Testuje se, zda lze všechny díly z hlediska techniky svařování a spojování realizovat, a v případě potřeby se navrhují úpravy, např. zvětšení poloměru nebo změna příčky.

Těsnost akumulátorových van je základním požadavkem

Automobilové odvětví vyžaduje téměř ideálně rovné a nedeformované výsledky svařování. Současně se zvětšují rozměry komponent a jejich svařování v reprodukovatelné kvalitě je čím dál náročnější. Než se akumulátorové vany s milimetrovou přesností nasadí do automobilových podvozků, procházejí kontrolou těsnosti. Důvod: Všechny akumulátorové vany musí být nejen vzduchotěsné, ale také chráněné před stříkající vodou. Vzhledem k tomu je svařování velkou výzvou.

Kvůli vysokým požadavkům na kvalitu povrchu, tepelnou vodivost nebo čistotu je svařování hliníku velmi náročné. Vyžaduje nejen obsáhlé znalosti s ohledem na přípravu svaru nebo sestavení parametrů svařování, ale také na správné pořadí svařování, které má zabránit deformaci jednotlivých prvků vany. Alu Menziken tyto speciální znalosti má. Společnost je certifikovaná podle normy EN ISO 3834-2 TÜV a kromě kvalifikovaných odborníků na svařování zaměstnává také externí svářečský dozor jako důležitou součást systému řízení kvality. Svařují se hlavně hliníkové slitiny řady 5000–7000.

 Výhody metody LaserHybrid u vytlačovaných profilů

V současné době automobilový průmysl ještě upřednostňuje třecí svařování s promíšením. Při tomto svařovacím postupu se nespotřebovává plyn ani přídavné materiály a vzhledem k relativně nízkým teplotám – u hliníku přibližně 550 stupňů Celsia – nedochází téměř k žádným deformacím. Rotující nástroj – takzvaný kolík – se přitom velkou silou zanořuje do stykové mezery. Během několika sekund zahřeje svarovou zónu těsně pod bod tání. Jakmile materiál začne měknout, zahájí kolík dopředný pohyb a s vysokou přítlačnou silou rotuje podél linie svaru. Hliník, který se okolo kolíku taví, se spojuje a následně vytváří pevný svar.

Nakonec se dopředný pohyb zastaví a rotující nástroj je vytažen ze svarové zóny. A právě v tomto pohybu spočívá hlavní nevýhoda třecího svařování: V místě, kde rotující nástroj opouští základní materiál, zůstává otvor. Konstruktér musí do plánu zahrnout takzvaný přesah dílu, který je třeba po svařování odstranit. Další nevýhoda: Metoda Friction Stir Welding není vhodná pro svařování koutových svarů. Tupé a koutové svary vždy vyžadují dva samostatné pracovní postupy, protože je nelze svařovat stejnou svařovací hlavou. Při svařování LaserHybrid v poloze PA a PB to ale možné je.

Budoucnost společnosti Alu Menziken se jmenuje LaserHybrid

Alu Menziken se cíleně zaměřuje na svařování LaserHybrid. Tento svařovací postup umožňuje svařování koutových svarů a zabraňuje zbytečnému vytékání. LaserHybrid kombinuje laserový paprsek se svařovacím procesem MIG v jedné společné procesní zóně. Vysoce koncentrovaný světelný paprsek nasměrovaný na svarový šev se vyznačuje obrovskou hustotou energie. V důsledku toho se hliník odpařuje, a to hluboko do základního materiálu. Po laseru následuje proces MIG, který slouží k vyplnění svaru a zajišťuje optimální připojení boční stěny. Dodatečně vnesené teplo poskytuje materiálu čas pro odplynění a snižuje tak možnost tvorby pórů v porovnání s čistě laserovým svařováním.

Norbert Dickinger, vedoucí výroby ve společnosti Alu Menziken v Ranshofenu, shrnuje výhody: „Vzhledem k vysokým rychlostem svařování dokážeme za jeden jediný pracovní den svařit více komponent akumulátorových van a zvýšit výkon, a to díky oblouku stabilizovanému laserem. Zároveň se díky nízké celkové energii v délce svaru minimalizuje deformace dílů.“

Norbert Dickinger, vedoucí výroby ve společnosti Alu Menziken v Ranshofenu

Svařovací technika a robotika od společností Fronius a Fanuc

Projekt se vyznačoval partnerskou spoluprací: Konstrukce zařízení a svařovací technika pocházely od společnosti Fronius Welding Automation, roboty a vláknový laser od společnosti Fanuc. Dobré zkušenosti se společností Fronius má Alu Menziken již z dřívějška, protože už delší dobu úspěšně používá svařovací zdroje série TPS a TPS/i pro ruční a robotizované svařování.

„Společnost Fronius nás přesvědčuje příkladnou podporou. Když potřebujeme pomoc, velmi rychle někdo přijde. Menší problémy řešíme prostřednictvím telefonické podpory nebo vzdálené údržby. Kromě toho Fronius pravidelně nabízí kurzy dalšího vzdělávání pro svařovací techniky. Důležitou roli hraje také příjemná podniková atmosféra. Nehledě k tomu, že přístroje Fronius se sotva kdy porouchají, protože se vyrábějí jen z vysoce kvalitních součástí,“ pochvaluje si Sven Esterbauer, svářecí technolog ve společnosti Alu Menziken. Norbert Dickinger slova svého kolegy potvrzuje: „Také u tohoto projektu byla podpora společnosti Fronius příkladná.“

Společnost Fronius provedla první svařovací pokusy v Thalheimu ještě předtím, než byla koncipována nová robotická svařovací buňka. Po uspokojivých výsledcích bylo navrženo a zhotoveno zařízení. V dalším kroku společnost Alu Menziken poskytla svařovací přípravek s upínacím systémem s nulovým bodem pro další pokusy a stanovení parametrů. Poté byla robotická svařovací buňka včetně horizontálního polohovače v Ranshofenu postavena. „Ve spolupráci se společností Fronius jsme optimalizovali všechny parametry. Tak si představujeme partnerskou spolupráci,“ doplňuje N. Dickinger.

Pro automatizaci svařovacího systému společnost Alu Menziken záměrně vybrala Fanuc: Tento specialista dodal nejen robota, ale také laserový zdroj. Jde o výhodu, která se odráží v optimální synchronizaci rychlosti robota a laserového výkonu. Dalšími klady byl uživatelský komfort a snadné programování robota.

Svařování LaserHybrid podélných svarů se provádí za pomoci robota Fanuc.

Připraveno na různé velikosti dílů

Až do určité velikosti konstrukčního celku je možné svařovat různé vytlačované díly, přičemž maximální svařovací plocha je 2 800 x 2 000 milimetrů a hmotnost dílu upnutého do polohovače 500 kilogramů.

Výrobní proces probíhá zčásti automatizovaně: Poté co pracovník umístí hliníkové díly do horizontálního polohovače, aktivuje automatický upínací proces zajištěný bezpečnostní světelnou závorou. Potom se horizontální polohovač otočí do kabiny chránící před laserovým zářením a svařovací robot najede do výchozí polohy. Svařovací program probíhá automaticky, stejně jako čištění hořáku podle nastavených čisticích cyklů. Po skončení se robot přesune do čekací polohy a horizontální polohovač otočí dokončený svařený díl z kabiny. Nakonec se svařenec automaticky uvolní a lze jej odebrat.

Pro Svena Esterbauera má zařízení významné výhody: „Systémové řízení Fronius je tak intuitivní, že nový pracovník zvládne obsluhu zařízení během několika minut. Velká dotyková obrazovka poskytuje neustálý přehled celého procesu, včetně polohy robota, procesních parametrů a sledování svaru.“

LaserHybrid: nenákladný, rychlý a flexibilní

Společnost Alu Menziken Euromotive je o výhodách svařovacího postupu LaserHybrid přesvědčena. Nyní mohou v jednom pracovním dnu svařovat tupé i koutové svary a tím celé komponenty, díky čemuž je proces rychlejší a efektivnější.

„Jsem si jistý, že Alu Menziken zavede proces LaserHybrid do automobilového průmyslu,“ vysvětluje Norbert Dickinger. Aby dodavatel přesvědčil, sestavil pro předváděcí účely speciální vybavení složené z různých komponent s rozdílnou tloušťkou stěn a hloubkou průvaru a makroskopicky upravené svařovací vzory. „Pomůže nám při tom nová robotická svařovací buňka od společností Fronius Welding Automation a Fanuc,“ je přesvědčen N. Dickinger.

Svařovací buňka LaserHybrid od společnosti Fronius včetně systémového řízení a horizontálního polohovače.