• Audi opracowało technologię spawania laserowego aluminium
• Nowa technologia jest tańsza i efektywniejsza
• Spawanie laserowe nową metodą skraca proces produkcyjny
• Spawanie laserowe aluminium wykorzystano w produkcji Audi A8

Istotą przyszłościowego projektowania z wykorzystaniem lekkich konstrukcji w motoryzacji jest elastyczna, a równocześnie stabilna technologia łączenia lekkich materiałów. Nową technikę w tym zakresie opracowała firma Audi. Zdalne spawanie laserowe aluminium umożliwia kontrolowane sterowanie przepływem ciepła w obrabianym elemencie.

Dokładne pozycjonowanie strumienia lasera w stosunku do krawędzi spawania obniża ryzyko powstawania pęknięć pod wpływem ciepła, ponieważ głębokość penetracji jest precyzyjnie kontrolowana. Odpowiednia regulacja procesów umożliwia zaś określenie wielkości szczeliny między częściami w trakcie łączenia i efektywne jej wypełnienie.

Zalety spawania laserowego

Kolejną zaletą nowej techniki spawania laserowego jest nie tylko zwiększona efektywność, ale także obniżenie bieżących kosztów produkcji – m.in. dzięki temu, że nie stosuje się w niej drutu spawalniczego czy gazów ochronnych. Poza tym umożliwia ona w niektórych przypadkach obniżenie zużycia energii (nawet o połowę), co redukuje powodowane przez ciepło zniekształcenia części. Wysoka prędkość posuwu i niższe zapotrzebowanie na energię promienia lasera zmniejszają emisję CO o około 25% – w dużej mierze dzięki możliwości wytwarzania lekkich konstrukcji z krótszymi kołnierzami (flanszami). Dowodem na to są spoiny w ramie drzwi Audi A8. Audi to pierwszy producent samochodów, który stosuje zdalne spawanie laserowe do łączenia standardowych stopów aluminium.

– Nowoczesne zdalne spawanie laserem umożliwia przy produkcji seryjnej oszczędności 95% bieżących kosztów – mówi dr Jan-Philipp Weberpals, odpowiedzialny w Audi za opracowywanie lekkich konstrukcji i ich łączenie promieniem lasera.

Spawanie laserowe bez przerywania

Wyzwaniem towarzyszącym powstawaniu tej innowacji było połączenie w jednym procesie możliwości zdalnego spawania laserem wykorzystywanego przy łączeniu stali ze specyficznymi właściwościami materiałów aluminiowych.

Dotychczas spawanie laserowe monolitycznych połączeń aluminium – zwłaszcza przy tworzeniu spoiną pachwinową złącza zakładkowego – następowało tylko poprzez taktylne (dotykowe) wprowadzenie elementów optycznych do obróbki, co wymagało długich czasów procesowych. Oprócz tego spawalność elementu jest zasadniczo określana przez skład stopu, który wynika z dodatku wysokostopowego drutu, który wprowadza się do promienia lasera. Komponenty stopu wpływają przykładowo na utwardzalność, mikrostrukturę i jeziorko spawalnicze.

Zdalne spawanie laserowe stało się sprawdzoną i powszechnie wykorzystywaną techniką łączenia w przypadku przemysłowego wytwarzania komponentów stalowych. Szybkie pozycjonowanie promienia lasera dzięki zintegrowanemu skanerowi umożliwia prawie całkowite uniknięcie przerw w procesach produkcyjnych, co znacząco zwiększa rozmiar, a tym samym efektywność produkcji wielkoseryjnej. Zalet zdalnego spawania promieniem lasera komponentów stalowych nie można jednak całkowicie przenieść do procesu wytwarzania karoserii z aluminium ze względu na właściwości tego materiału.

Do tej pory jedną z największych przeszkód było pełne zastąpienie taktylnego prowadzenia spoiny. W nowo opracowanej metodzie w zależności od formy komponentów i geometrii spoiny następuje dokładne pozycjonowanie promienia lasera przez zwierciadło skanera z użyciem optycznej identyfikacji krawędzi na podstawie triangulacji lasera. Dodatkowo poprzez optyczne prowadzenie spoiny z użyciem zwierciadeł można wykorzystać oscylację o wysokiej częstotliwości, dopasowaną do geometrii części i warunków procesowych. Tę technikę spawania można stosować do wypełniana szczelin, regulowania szerokości spawu i głębokości penetracji lasera.  

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rozdzielanie i łączenie

Spawanie laserowe blach elektromagnetycznych

Spawanie laserem włóknowym blach elektromagnetycznych stosowanych w stojanach i wirnikach silników elektrycznych ma wiele zalet w porównaniu ze spawaniem tradycyjnym, ale także z laserem Nd:YAG.

Rozdzielanie i łączenie

Spawanie wiązką laserową a napędy elektryczne

Inżynieria motoryzacyjna przeżywa dynamiczną transformację. Wykorzystywane do tej pory koncepcje napędów są powoli kwestionowane – te bazujące na spalaniu węgla mają być w przyszłości zastąpione przez przyjazne dla środowiska i neutralne pod względem emisji CO₂ formy dostarczania energii. To właśnie przemysł motoryzacyjny po raz kolejny będzie pionierem w rozwoju nowej, dynamicznej technologii.

Drut spawalniczy – co zamiast?

Dokładna regulacja roztapiania i utwardzania zapewnia elastyczne tworzenie spoiny według określonej geometrii. Umożliwia to optyczne prowadzenie spoiny w połączeniu z określoną przestrzenną i czasową modulacją promienia lasera. Zamiana drutu spawalniczego na optyczne prowadzenie krawędzi umożliwia znaczącą redukcję ruchów doprowadzających robota, zwiększenie prędkości produkcji przy takim samym wyniku procesu, a tym samym duże zwiększenie ogólnej efektywności procesu. Zdalne spawanie laserowe w porównaniu do konwencjonalnego przynosi oszczędność czasu około 53%.

Opisana metoda spawania laserowego została z powodzeniem wykorzystana w produkcji drzwi do modelu Audi A8, a następnie w innych projektach, zdobywając także drugie miejsce w konkursie Innovation Award Laser Technology 2016.

----------

^{Artykuł powstał na podstawie materiałów firmy Audi AG}