Požiadavky na moderné automobily stúpajú. Ich komponenty musia byť ľahšie, výroba musí byť efektívnejšia a investičné náklady nižšie. Zároveň sa neustále zvyšuje zložitosť výrobných procesov – najmä pri výrobe karosérií automobilov. Nadnárodný dodávateľ automobilového priemyslu, firma Gestamp so sídlom v Španielsku, túto výzvu prijal. Spolu s firmou TRUMPF vyvinuli inovatívny proces zvárania laserom vhodný pre priemysel, ktorý rieši práve to, kde konvenčné metódy narážajú na svoje hranice: pri rýchlom a flexibilnom spájaní veľkoformátových častí konštrukcií karosérií s povrchovými úpravami. „Zameriavame sa na veľké časti konštrukcií karosérií namiesto mnohých malých komponentov, aby sme zjednodušili priemyselné procesy. To znižuje zložitosť finálnej montáže, šetrí strojové a personálne zdroje a tým znižuje náklady“, vraví Miguel Angel Ferrandez, riaditeľ technológie spájania Tokyo & Bilbao firmy Gestamp.
Prečo veľké časti konštrukcií karosérií?
Pri výrobe automobilov platí pravidlo: Čím menej komponentov vozidlo potrebuje, tým efektívnejšie sa dá vyrobiť. Firma Gestamp dôsledne presadzuje túto stratégiu takzvanou sériou Ges-Gigastamping® – veľkoformátovými konštrukčnými komponentmi, ktoré sa vyrábajú z vysokopevnostných ocelí tvárnením za tepla. Tieto dielce ponúkajú obrovské výhody z hľadiska hmotnosti, stability a bezpečnosti pri náraze, ale kladú vysoké nároky na proces spájania. „Výzva začala už pri materiáli“, vysvetľuje Miguel Angel Ferrandez. „Spracovávame lisované kalené ocele s hliníkovo-kremíkovou povrchovou vrstvou (AlSi). Táto chráni komponent pred koróziou – vďaka nej je ale zváranie extrémne náročné. Preto bolo potrebné nahradiť tradičné zváracie procesy priemyselným procesom zvárania laserom, ktorý ponúka vyššiu rýchlosť a flexibilitu.“
Firma Gestamp spracováva lisované kalené ocele s hliníkovo-kremíkovou povrchovou vrstvou (AlSi). Táto chráni komponent pred koróziou – vďaka nej je ale zváranie veľmi náročné.
Na rýchle a flexibilné zváranie veľkoformátových častí konštrukcií karosérií s povrchovou úpravou vyvinula firma Gestamp spolu s firmou TRUMPF proces zvárania vhodný pre priemysel.
Miguel Angel Ferrandez, riaditeľ technológie spájania Tokyo & Bilbao v nadnárodnej automobilovej spoločnosti Gestamp, pracuje na zjednodušení priemyselných procesov pomocou veľkých častí konštrukcií karosérií.
Kritické miesto: ochranná vrstva
Firma Gestamp už vykonala „predbežné práce“ vývojom nového procesu zvárania laserom G-Weld. Základom vývoja je prekrývajúci sa zvarový šev v tvare G, ktorý bol špeciálne navrhnutý pre prekrývajúce sa prístrihy. Proces zvárania je efektívnejší, zabezpečuje stabilnejšie zvarové švy a umožňuje až päťkrát vyššie rýchlosti zvárania. Na rozdiel od bodového zvárania si však zváranie laserom vyžadovalo odstránenie povlaku AISi ešte pred samotným zváraním. Ďalší krok procesu, ktorý znemožňoval úsporu času. Firma Gestamp preto kontaktovala laserových expertov firmy TRUMPF. „Naším cieľom bolo bezpečne a efektívne zvárať komponenty bez toho, aby bolo potrebné v predchádzajúcom kroku procesu odstrániť povrchovú vrstvu.“, vraví pán Ferrandez. „Len tak sme mohli zefektívniť proces a zvýšiť kvalitu obrobkov.“
Multifokus vytvára ten rozdiel
Najväčšia výzva pri zváraní komponentov s povrchovou úpravou laserom spočíva v tom, že dva rôzne materiály sa nespájajú homogénne. Počas procesu tavenia sa tvorí ferit – kryštalická štruktúra – ktorá má negatívny vplyv na kvalitu zvaru. „Kľúčom k riešeniu je tvarovanie lúča - v prípade firmy Gestamp požiadavka doplnkovej výbavy Multifokus“, vysvetľuje Marc Hummel, manažér globálneho rozvoja podnikania pre oblasť mobility vo firme TRUMPF. Pri doplnkovej výbave Multifokus sa laserový lúč rozdelí na štyri jednotlivé lúče, každý s rovnakým prínosom energie. Každý optický kábel má jeden lúč v jadre a jeden v koaxiálnom vedení. Ten druhý svojou dodatočnou energiou „upokojuje“ taveninu a zabraňuje tvorbe striekancov. Štyri jednotlivé lúče kontrolovane a homogénne premiešavajú povrchovú vrstvu AlSi v tavenine, čím zabraňujú tvorbe feritu. Výsledok: stabilný zvar s vysokou tuhosťou a pevnosťou v ťahu. „Dá sa to prirovnať k mieseniu cesta.“, vraví pán Hummel. „Čím viac miešadiel zmes premieša, tým lepšie sa rozpustia všetky nepríjemné hrudky.“
Pri doplnkovej výbave Multifokus sa laserový lúč rozdelí na štyri jednotlivé lúče, každý s rovnakým prínosom energie. To umožňuje kontrolované miešanie povrchovej vrstvy AlSi v tavenine, čo umožňuje stabilný spoj s vysokou tuhosťou a pevnosťou v ťahu.
Výhodou lasera je, že zvára z jednej strany. Má výhodu v podobe toho, čo sa opisuje ako „poloviditeľný povrch“. Zvar takmer vôbec nie je vidieť.
Vďaka tvarovaniu lúča vyvinutého firmou TRUMPF je možné dosiahnuť výrazne vyššie rýchlosti a lepšiu kvalitu zvaru. Okrem toho – čo je dôležité pre veľké časti konštrukcií karosérií – laser ponúka lepšiu dostupnosť pri nezmenenej rýchlosti procesu.
Sumár výhod
Pre firmu Gestamp prináša nová a predovšetkým pre priemysel vhodná stratégia procesu množstvo výhod. Pán Ferrandes sumarizuje: „Vďaka tvarovaniu lúča vyvinutého firmou TRUMPF dosahujeme výrazne vyššie rýchlosti a lepšiu kvalitu zvaru. Okrem toho – a to je veľmi dôležité pre veľké časti konštrukcií karosérií – využívame výrazne lepšiu dostupnosť lasera pri zachovaní rovnakej rýchlosti obrábania. A v neposlednom rade máme vďaka čiastočnému zváraniu výhodu takzvaného poloviditeľného povrchu. Zvar takmer vôbec nie je vidieť."
Partnerstvo za rovnakých podmienok
Nový proces zvárania bol medzičasom interne overený. Miguelovi Angelovi Ferrandezovi je jedna vec jasná: „Úzka spolupráca s firmou TRUMPF bola rozhodujúcim faktorom. TRUMPF bol hneď od začiatku viac ako len dodávateľ technológie. Spoločne sme vyvinuli riešenie, ktoré má potenciál zásadne zmeniť výrobu častí konštrukcií karosérií.
Gestamp je popredný nadnárodný dodávateľ automobilového priemyslu, ktorý sa špecializuje na vývoj a výrobu špičkových kovových komponentov. So 115 výrobnými závodmi v 24 krajinách a s viac ako 43.000 zamestnancami sa firma Gestamp zameriava na inovácie, udržateľnosť a prevádzkovú excelentnosť. V 13 výskumno-vývojových centrách po celom svete vyvíja podnik riešenia, ktoré podporujú mobilitu budúcnosti a vytvárajú bezpečnejšie, ľahšie a udržateľnejšie vozidlá.
