5

Bilder

Sven Esterbauer, sveisetekniker hos Alu Menziken, spenner fast de ekstruderte profilene. Fronius

Av Joppe Næss Christensen 4. mai 2020 12:04

Bildelleverandøren Alu Menziken bruker LaserHybrid-prosessen for å sveise ekstruderte profiler. Dette gir avgjørende fordeler sammenlignet med roterende friksjonssveising: resultatet er lite slitasje, utstående material er ikke noe problem og prosessen kan brukes til å sveise både butt- og kilesveisesømmer.

Dette er grunnen til at Alu Menziken investerte i et LaserHybrid-sveisesystem for produksjon av batteriholderkomponenter. De oppnådde betydelige prosessfordeler med sveising og robotteknologi fra Fronius Welding Automation og Fanuc.

Alt testes

Alu Menziken Euromotive GmbH, som ligger i Ranshofen i Oberösterreich, ble grunnlagt i november 2014 som et heleid datterselskap av det sveitsiske selskapet Alu Menziken Extrusions AG. Rundt 700 personer er ansatt i hele konsernet, inkludert 150 i Ranshofen. Her utvikler og produserer Alu Menziken moderne og lette aluminiumkomponenter og -systemer for bil- og luftfartsindustrien. Innen produksjon for bilindustrien har østerrikerne utmerket seg som leverandører for «premiumprodusenter», sportsbilprodusenter og innen e-mobilitet. Typiske komponenter og komponentgrupper er kollisjonshåndteringssystemer, setestrukturer, veltesystemer og batteribokser.

I tillegg til erfaring, fleksibilitet og utviklingskompetanse setter bilprodusentene spesielt pris på produksjonsdybden og den lange erfaringen til Alu Menziken. Før prototypene til batteriholderelementene opprettes, kontrolleres alle konstruksjonstegninger med tanke på gjennomførbarhet, i tillegg til at selve prosessflyten simuleres. Det utføres en test for å bestemme om alle delene kan sveises og skjøtes, og ved behov foretas det korreksjoner for å øke radius eller endre U-profiler.

Lekkasjetetthet har øverste prioritet

Bilbransjen krever bortimot helt jevne og deformasjonsfrie sveiseresultater. Samtidig får komponentene stadig større flate og blir vanskeligere å sveise i reproduserbar kvalitet. Allerede før batteriholderne skal plasseres nøyaktig på millimeteren i chassiset på bilene, utføres det en tetthetskontroll på dem. Grunnen til dette er at batterikassene må ikke bare være lufttette, men også beskyttet mot vannsprut. Dette gjør sveisingen til en utfordring.

På grunn av de høye kravene til overflateegenskaper, varmeledeevne og renhet er sveising av aluminium spesielt utfordrende. Det krever ikke bare omfattende kunnskap om søm klargjøring eller innstilling av sveiseparameter, men også riktig sveiserekkefølge som skal hindre at de enkelte holderelementene deformeres. Alu Menziken har nettopp disse kunnskapene. Selskapet er sertifisert i henhold til EN ISO 3834-2 TÜV, og i tillegg til kvalifiserte sveiseeksperter sysselsetter de også en ekstern sveiseveileder som en integrert del av sitt kvalitetsstyringssystem. Hovedsakelig sveises det aluminiumslegeringer i serien 5000-7000.

Fordeler til LaserHybrid ved ekstruderte profiler

Bilindustrien foretrekker foreløpig fremdeles roterende friksjonssveising. Denne prosessen bruker hverken gass eller tilsatsmaterialer og sveiser nesten uten forvrengning på grunn av de relativt lave temperaturene (rundt 550 °C for aluminium). Et roterende verktøy – den såkalte stiften – senkes ned i skjøten med stor kraft. Den varmer opp sveisesonen til like under smeltepunktet i løpet av noen få sekunder. Så snart materialet begynner å bli mykt, starter foroverbevegelsen av stiften som nå roterer med høyt kontakttrykk langs skjøtelinjen. Aluminiumet som smelter rundt stiften, fuges sammen og danner deretter den integrerte skjøten.

Til slutt stoppes foroverbevegelsen, og det roterende verktøyet trekkes ut av sveisesonen. Det er imidlertid nøyaktig denne bevegelsen som innebærer en stor ulempe ved roterende friksjonssveising: det skapes et hull der det roterende verktøyet forlater grunnmaterialet. Konstruktøren må ta med et såkalt komponentoverskudd i beregningen, som må fjernes etter sveiseprosessen. En annen ulempe: Friction Stir Welding er ikke egnet for sveising av kilesveis. Buttsveisesømmer og kilesveis krever alltid to separate prosesser, ettersom de ikke kan sveises med samme sveisehode. Med LaserHybrid-sveising er dette mulig i PA- og PB-posisjon.

LaserHybrid = fremtiden for Alu Menziken

Alu Menziken bruker LaserHybrid-sveising på en målrettet måte. Denne prosessen gjør det mulig med kilesveis og gjør at man unngår unødvendige utløpsområder. LaserHybrid kombinerer en laserstråle med en MIG-sveiseprosess i én felles prosess-sone. Den kraftige strålebunten som rettes mot sveisesømmen har svært høy energitetthet. Dermed fordamper aluminiumet og trenger dypt inn i grunnmaterialet. Med MIG-prosessen, som kommer etter laseren, fylles sømmen og man får en optimal dannelse av ensartede sider. Den ekstra varmen som tilføres gir materialet tid til utgassing, og dermed reduseres poreømfintligheten i sammenligning med ren lasersveising.

Norbert Dickinger, produksjonsleder hos Alu Menziken i Ranshofen, kjenner fordelene:

- Vi kan sveise flere batteriholderkomponenter i ett enkelt arbeidstrinn, og øker produksjonen ved hjelp av høye sveisehastigheter, takket være den laserstabiliserte lysbuen. Samtidig minimeres komponentenes deformasjon takket være det lave energiinntaket.

Sveise- og robotteknologi fra Fronius og Fanuc

Prosjektet ble utført i partnerskap, der maskinteknikk og sveiseteknologi fra Fronius Welding Automation og roboter og fiberlasere fra Fanuc er satt sammen til en løsning. Alu Menziken har allerede hatt gode erfaringer med Fronius, ettersom sveisestrømkildene i serien TPS og TPS/i har vært vellykket bruk til manuell sveising og robotsveising i lang tid.

- Fronius overbeviser oss med sin forbilledlige støtte. Hvis du trenger hjelp, vil noen være der innen kort tid. Vi kan løse mindre problemer over telefonen eller fjernvedlikehold. I tillegg tilbyr Fronius jevnlig opplæringskurs for sveiseteknikere. Den gode arbeidsstemningen spiller også en viktig rolle. Dessuten skal det sies at Fronius-apparater knapt har noen problemer, ettersom det kun brukes komponenter av høy kvalitet, sier Sven Esterbauer, sveisetekniker hos Alu Menziken. Norbert Dickinger bekrefter det kollegaen sier:

- Støtten vi fikk fra Fronius, var også utmerket i dette prosjektet.

Fronius utførte de første sveiseforsøkene i Thalheim før den nye robotsveisecellen ble designet. Etter tilfredsstillende resultater ble systemet designet og produsert. I neste trinn stilte Alu Menziken en sveiseinnretning med et nullpunktsspennsystem for ytterligere tester og parameterbestemmelser til rådighet. Robotsveisecellen og H-posisjoneringen ble deretter satt opp i Ranshofen.

- Sammen med Fronius optimaliserte vi deretter alle parameterne. Det er nettopp slik du forestiller deg et partnerskapsbasert samarbeid, legger Dickinger til.

Alu Menziken valgte bevisst Fanuc for automatisering av sveisesystemet. Spesialisten leverte ikke bare roboten, men også laserkilden. Dette er en fordel som gjenspeiles i optimal synkronisering av robothastigheten og laserkraften. I tillegg var også brukervennligheten og den enkle programmerbarheten av roboten en fordel.

Optimalt rustet for ulike komponentstørrelser

Ulike ekstruderte profiler kan sveises opp til en viss komponentstørrelse, med et maksimalt sveiseområde på 2800 x 2000 mm og en komponentvekt per posisjoneringsside på 500 kg.

Produksjonsprosessen er halvautomatisert. Etter at operatøren har plassert aluminiumkomponentene på en H-posisjonering aktiveres den automatiske spennprosessen, som er sikret med en sikkerhetslysport. H-posisjoneringen svinger deretter inn i laserbeskyttelseshuset, og sveiseroboten beveger seg til startposisjonen. Sveiseprogrammet kjører automatisk og det samme gjør sveisepistolrengjøringen i henhold til spesifiserte rengjøringssykluser. Etter ferdigstillelse beveger roboten seg i venteposisjon og H-posisjoneringen beveger den sveisede komponenten ut av huset. Til slutt blir arbeidsemnet automatisk avspent og kan fjernes.

For Sven Esterbauer medfører systemet viktige fordeler:

- Systemstyringen fra Fronius er så intuitiv at en ny operatør kan betjene systemet i løpet av få minutter. Takket være den store berøringsskjermen har man alltid fullstendig oversikt over hele prosessen – inkludert robotposisjon, prosessparametere og sømsporing.

Mer lønnsomt, raskere og mer fleksibelt

Hos Alu Menziken Euromotive hersker det ingen tvil om fordelene med LaserHybrid-sveiseprosessen. Nå kan de sveise både buttsveisesømmer og kilesveis i ett og samme arbeidstrinn, noe som gjør prosessen raskere og mer lønnsom

- Jeg er sikker på at Alu Menziken vil være med på etablere LaserHybrid-prosessen innen bilindustrien, forklarer Norbert Dickinger.

For å overbevise har leverandøren satt sammen spesialutstyr for demonstrasjonsformål, bestående av forskjellige komponenter med forskjellige veggtykkelser og innbrenningsdybder, samt makroskopisk forberedte sveisemønstre.

- Den nye robotsveisecellen fra Fronius Welding Automation og Fanuc vil hjelpe oss med dette", sier Dickinger overbevist.

For mer informasjon se: www.fronius.com og www.alu-menziken.com

Kilde: Fronius