Fyra laserstrålar som dörröppnare: Gestamp svetsar bilkarosser mer effektivt

Kraven på moderna fordon ökar. Komponenterna ska bli lättare, tillverkningen effektivare och investeringskostnaderna lägre. Samtidigt ökar komplexiteten i produktionsprocesserna ständigt – särskilt inom bilkarosstillverkning. Den multinationella billeverantören Gestamp, med säte i Spanien, har antagit denna utmaning. Tillsammans med TRUMPF har företaget utvecklat en innovativ och industriellt lämplig lasersvetsningsprocess som tar vid där konventionella metoder når sina gränser: vid snabb och flexibel sammanfogning av stora, belagda strukturdelar. "Vi satsar på stora strukturdelar, istället för många enskilda komponenter, för att förenkla industriella processer. ”Detta minskar komplexiteten i slutmonteringen, vilket sparar maskin- och personalresurser och därmed sänker kostnaderna”, säger Miguel Angel Ferrandez, chef för Fogteknik Tokyo & Bilbao på Gestamp.

Inom bilproduktion gäller följande regel: ju färre komponenter ett fordon behöver, desto effektivare kan det tillverkas. Gestamp följer konsekvent denna strategi med den så kallade Ges-Gigastamping®-familjen – stora strukturkomponenter som tillverkas av höghållfasta stål genom varmformning. Dessa delar ger enorma fördelar när det gäller vikt, stabilitet och krocksäkerhet, men ställer höga krav på sammanfogningsprocessen. ”Utmaningen börjar med materialet”, förklarar Miguel Angel Ferrandez. "Vi bearbetar presshärdade stål med aluminium-kiselbeläggning (AlSi). Detta skyddar komponenten mot korrosion – men gör svetsning extremt utmanande. Det var därför nödvändigt att ersätta de traditionella svetsförfarandena med ett industriellt lasersvetsningsförfarande som erbjuder mer hastighet och flexibilitet.”

Gestamp hade redan gjort det "förberedande arbetet" genom att utveckla det nya laserförfarandet G-Weld. Kärnan i utvecklingen är en G-formad överlappande fog, som är speciellt utformad för överlappande snitt. Svetsprocessen är effektivare, säkerställer stabilare fogar och möjliggör svetshastigheter som är upp till fem gånger högre. Till skillnad från punktsvetsningen krävde lasersvetsningen dock att AISi-beläggningen togs bort före sammanfogningen. Ett extra processteg som omintetgjorde tidsbesparingarna. Gestamp kontaktade laserexperterna på TRUMPF. ”Vårt mål var att svetsa komponenterna säkert och effektivt utan att behöva ta bort beläggningen i ett föregående processteg”, säger Ferrandez. "Det var enda sättet att effektivisera processen och öka komponentkvaliteten."

Utmaningen med lasersvetsning av belagda komponenter är det faktum att de två olika materialen inte ansluter sig homogent till varandra. Under smältprocessen bildas ferrit – en kristallin struktur – vilket har en negativ inverkan på svetskvaliteten. ”Nyckeln till lösningen ligger i strålformningen – när det gäller Gestamp-kravet, i alternativet Multifokus”, förklarar Marc Hummel, Global Business Development Manager Mobility på TRUMPF. Vid alternativet Multifokus delas laserstrålen upp i fyra enskilda strålar, var och en med samma energiinmatning. Varje stråle har en kärn- och en ringstråle. Den senare "lugnar" genom sin extra energi smältbadet och förhindrar stänk. De fyra enskilda strålarna blandar AlSi-beläggningen på ett kontrollerat och homogent sätt i smältbadet, vilket förhindrar ferritbildning. Resultatet: en stabil fog med hög hållfasthet och draghållfasthet. ”Man kan jämföra det med att röra en deg”, säger Hummel. "Ju fler personer som rör om, desto bättre gåt det att lösa upp eventuella besvärliga klumpar."

För Gestamp medför den nya och framför allt industriellt lämpliga förfarandestrategin ett antal fördelar. Ferrandes sammanfattar det så här: "Tack vare strålformningen från TRUMPF uppnår vi betydligt högre hastigheter och bättre fogkvalitet vid svetsning. Dessutom – och detta är mycket viktigt vid stora strukturdelar – drar vi nytta av betydligt bättre åtkomst med lasern, samtidigt som vi bibehåller samma processhastighet. Och sist men inte minst, har vi på grund av den delvisa svetsningen, fördelen med den så kallade "halvt synliga ytan". Fogen syns knappt längre.”

Den nya svetsprocessen har nu validerats internt. För Miguel Angel Ferrandez är en sak klar: ”Det nära samarbetet med TRUMPF var en avgörande faktor. TRUMPF har alltid varit mer än bara en teknologileverantör. Tillsammans har vi utvecklat en lösning som har potential att fundamentalt förändra tillverkningen av strukturdelar.”