Wymagania stawiane nowoczesnym pojazdom rosną. Komponenty powinny być lżejsze, produkcja bardziej wydajna, a koszty inwestycyjne niższe. Jednocześnie stale rośnie złożoność procesów produkcyjnych – zwłaszcza w dziedzinie produkcji karoserii. Międzynarodowy dostawca części motoryzacyjnych, firma Gestamp z siedzibą w Hiszpanii, zaakceptowała to wyzwanie. Wspólnie z firmą TRUMPF przedsiębiorstwo opracowało innowacyjny proces spawania laserowego do zastosowań w przemyśle, który sprawdza się dokładnie tam, gdzie tradycyjne procesy osiągają swoje granice: w szybkim i elastycznym łączeniu wielkoformatowych, powlekanych części konstrukcyjnych. „Stawiamy na duże części konstrukcyjne zamiast na wiele pojedynczych komponentów, aby uprościć procesy przemysłowe. W ten sposób zmniejszamy złożoność montażu końcowego, co pozwala zaoszczędzić zasoby maszynowe i personalne, a tym samym obniżyć koszty“, mówi Miguel Angel Ferrandez, dyrektor technologii łączenia Tokyo & Bilbao w Gestamp.
Dlaczego duże części konstrukcyjne?
W produkcji samochodów obowiązuje zasada: im mniej elementów potrzebuje pojazd, tym wydajniejsza jest jego produkcja. Firma Gestamp konsekwentnie postępuje według tej strategii z tzw. rodziną Ges-Gigastamping® – wielkoformatowymi komponentami konstrukcyjnymi, które powstają ze stali o dużej wytrzymałości w wyniku tłoczenia na gorąco. Detale te zapewniają ogromne korzyści pod względem masy, stabilności i bezpieczeństwa w razie zderzenia, ale stawiają wysokie wymagania wobec procesu łączenia. „Wyzwanie zaczyna się już od materiału“, wyjaśnia Miguel Angel Ferrandez. „Obrabiamy stale utwardzane tłoczeniem z powłoką aluminiowo-krzemową (AlSi). Chroni to element przed korozją – sprawia jednak, że spawanie jest ekstremalnie trudne. Dlatego konieczne było zastąpienie tradycyjnych procesów spawania przemysłową metodą spawania laserowego, która zapewnia większą szybkość i elastyczność”.
Gestamp obrabia stale utwardzane tłoczeniem z powłoką aluminiowo-krzemową (AlSi). Chroni ona element przed korozją – sprawia jednak, że spawanie jest trudne.
W celu zapewnienia szybkiego i elastycznego spawania wielkoformatowych, powlekanych części konstrukcyjnych firma Gestamp we współpracy z TRUMPF opracowała proces spawania laserowego dostosowany do potrzeb przemysłu.
Miguel Angel Ferrandez, dyrektor technologii łączenia Tokyo & Bilbao u międzynarodowego dostawcy motoryzacyjnego Gestamp, pracuje nad uproszczeniem procesów przemysłowych za pomocą dużych części konstrukcyjnych.
Punkt krytyczny: warstwa ochronna
Firma Gestamp wykonała już „pracę wstępną”, opracowując nową metodę spawania laserowego G-Weld. Centralnym elementem tego rozwiązania jest spoina zakładkowa w kształcie litery G, która została opracowana specjalnie z myślą o nakładających się na siebie przykrojach. Proces spawania jest bardziej wydajny, zapewnia stabilniejsze spoiny i pozwala na nawet pięciokrotne zwiększenie prędkości spawania. Jednak w przypadku spawania laserowego, w odróżnieniu od spawania punktowego, konieczne było usunięcie powłoki AlSi przed łączeniem. Dodatkowy etap procesu, który zniweczył oszczędność czasu. Firma Gestamp zwróciła się do eksperta w dziedzinie laserów, firmy TRUMPF. „Naszym celem było bezpieczne i wydajne spawanie elementów bez konieczności usuwania powłoki na wcześniejszym etapie procesu”, powiedział Ferrandez. „Tylko w ten sposób mogliśmy uprościć proces i zwiększyć jakość elementów“.
Multifokus robi wielką różnicę
Wyzwanie podczas spawania laserowego elementów powlekanych polega na tym, że te dwa różne materiały nie łączą się ze sobą w sposób jednorodny. Podczas procesu topnienia tworzy się ferryt – krystaliczna struktura – która negatywnie wpływa na jakość spoiny. „Kluczem rozwiązania jest przekształcanie stali – w przypadku firmy Gestamp wymóg w opcji Multifokus“, wyjaśnia Marc Hummel, Global Business Development Manager Mobility w TRUMPF. W opcji Multifokus promień lasera jest dzielony na cztery pojedyncze promienie, każdy z tym samym wkładem energii. Każdy promień ma promień rdzeniowy i pierścieniowy. Ten ostatni „uspokaja“ jeziorko spawalnicze dzięki swojej dodatkowej energii i zapobiega powstawaniu odprysków. Cztery pojedyncze promienie mieszają powłokę AlSi w sposób kontrolowany i jednorodny w jeziorku spawalniczym, zapobiegając w ten sposób tworzeniu się ferrytu. Wynik: stabilna spoina o wysokiej wytrzymałości i odporności na rozciąganie. „Można to porównać z mieszaniem ciasta“, mówi Hummel. „Im więcej mieszadeł miesza masę, tym skuteczniej udaje się rozbić niepożądane grudki”.
W opcji Multifokus promień lasera jest dzielony na cztery pojedyncze promienie, każdy z tym samym wkładem energii. Umożliwia to wymieszanie powłoki AlSi w kontrolowany sposób jeziorku spawalniczym, co pozwala uzyskać stabilną spoinę o dużej wytrzymałości i odporności na rozciąganie.
Zaletą lasera jest jednostronne spawanie. Jego zaletą jest tzw. „powierzchnia widoczna w połowie“. Spoiny prawie nie widać.
Dzięki przetwarzaniu stali firmy TRUMPF można osiągnąć znacznie wyższą prędkość i lepszą jakość spoiny podczas spawania. Ponadto – co jest ważne w przypadku dużych części konstrukcyjnych – lasera oferuje znacznie lepszy dostęp przy niezmienionej prędkości procesu.
Suma korzyści
Nowa strategia procesowa nadająca się do zastosowań w przemyśle przynosi firmie Gestamp szereg korzyści. Ferrandes podsumowuje: „Dzięki przetwarzaniu stali firmy TRUMPF osiągamy znacznie wyższą prędkość i lepszą jakość spoiny podczas spawania. Ponadto – co jest bardzo ważne w przypadku dużych części konstrukcyjnych – dzięki zastosowaniu lasera zyskujemy znacznie lepszy dostęp przy niezmienionej prędkości procesu. I wreszcie, co nie mniej ważne, dzięki częściowemu spawaniu zyskujemy zaletę w postaci tak zwanej „powierzchni w połowie widocznej”. Spoiny prawie nie widać“.
Partnerstwo na równi
Nowy proces spawania został już sprawdzony wewnętrznie. Dla Miguela Angela Ferrandeza jest jasne: „Bliska współpraca z firmą TRUMPF była decydującym czynnikiem. Firma TRUMPF była od początku więcej niż dostawcą technologii. Wspólnie opracowaliśmy rozwiązanie, które ma potencjał, by zasadniczo zmienić produkcję części konstrukcyjnych“.
Gestamp jest wiodącą międzynarodową firmą z branży dostawców motoryzacyjnych, specjalizującą się w projektowaniu i produkcji zaawansowanych technicznie komponentów metalowych. Posiadając 115 zakładów produkcyjnych w 24 krajach i ponad 43 000 pracowników, firma Gestamp stawia na innowację, zrównoważony rozwój i doskonałość operacyjną. W 13 centrach badań i rozwoju na całym świecie przedsiębiorstwo opracowuje rozwiązania, które kształtują mobilność przyszłości i sprawiają, że pojazdy stają się bezpieczniejsze, lżejsze i trwalsze.
