LaserHybrid Kaynağı Uygulaması

Otomotiv tedarikçisi Alu Menziken, ekstrüzyon presi profillerinin kaynağında LaserHybrid kaynak yöntemini tercih etmektedir. Bu yöntem, çok yaygın olan sürtünme karıştırma kaynağına (Friction Stir Welding) karşın önemli avantajlar sunmaktadır: Az aşınmaktadır, malzeme çıkıntıları problem değildir ve bu kaynak yöntemiyle hem alın hem de köşe kaynağı yapılabilir. Bu nedenle Alu Menziken, akü tablası bileşenlerinin üretimi için bir LaserHybrid kaynak sistemine yatırım yapmıştır ve Fronius Welding Automation ile Fanuc kaynak ve robot teknolojisiyle net proses avantajları elde etmektedir.

Yukarı Avusturya’daki Ranshofen’de bulunan Alu Menziken Euromotive GmbH, Kasım 2014’te İsviçreli Alu Menziken Extrusions AG şirketinin yüzde yüz kardeş şirketi olarak kurulmuştur. Şirket çapında yaklaşık 700 çalışan istihdam edilmektedir, bunların 150’si Ranshofen’dedir. Burada Alu Menziken, otomotiv ve havacılık sanayi için modern alüminyum hafif yapı bileşenleri ve sistemleri geliştirip üretmektedir. Avusturyalılar otomotiv segmentinde premium üretici, spor arabası üreticisi ve E-hareketlilik için tedarikçi olarak ün yapmışlardır. Tipik bileşen ve yapı grupları nakit para yönetim sistemleri, koltuk yapıları, yuvarlama sistemleri ve akü kutularıdır.
 
Otomotiv üreticileri, Alu Menziken şirketinin tecrübe, esneklik ve geliştirme becerisinin yanı sıra özellikle firma içi üretim derinliği ve yüksek üretim bilgi birikimini de takdir etmektedir. Akü tablası elemanlarının prototipleri oluşmadan önce tüm konstrüksiyon çizimleri yapılabilirlikleri açısından kontrol edilmekte ve proses akışı simüle edilmektedir. Tüm parçaların kaynak ve birleştirme tekniği açısından hayata geçirilebilir olup olmadığı test edilmekte ve gerektiğinde bir yarıçapın büyütülmesi veya bir tabanın değiştirilmesi gibi düzeltmeler önerilmektedir. 

Birinci öncelik, akü tablalarının sızdırmazlığıdır 

Otomotiv branşı hemen hemen düz ve deformasyon olmayan kaynak sonuçları gerektirmektedir. Aynı zamanda bileşenleri tekrarlanabilir kalitede kaynak yapmak sürekli daha büyük alanlı ve daha zor hale gelmektedir. Akü tablaları, araç şasisinin milimetre milimetresine ayarlanmadan önce bir sızdırmazlık testine tabi tutulmalıdır. Nedeni: Tüm akü tablalarının yalnızca hava geçirmez değil, aynı zamanda püskürtme suyuna karşı korumalı da olması gerekmektedir. Bu, kaynak yapmayı zorlaştırmaktadır.
 
Yüksek yüzey kalitesi, ısı iletkenliği veya temizlik gereksinimleri nedeniyle alüminyum kaynağı çok tercih edilmektedir. Yalnızca dikiş hazırlama veya kaynak parametreleri oluşturmayla ilgili kapsamlı bilgiler değil, aynı zamanda münferit tabla elemanlarının deforme olmasını önleyecek doğru kaynak sırasına ilişkin kapsamlı bilgiler de gereklidir. Alu Menziken bu uzman bilgisine sahiptir. Şirket, EN ISO 3834-2 TÜV’e göre sertifikalıdır ve kalifiye kaynak uzmanlarının yanı sıra kalite yönetimi sisteminin önemli bir unsuru olarak harici bir kaynak süpervizörlüğü de istihdam etmektedir. Esas itibariyle 5000-7000 serisi alüminyum alaşımlar kaynak yapılmaktadır.

Ekstrüzyon presi profillerinde LaserHybrid’in avantajları

Şu anda otomotiv endüstrisi halen sürtünme karıştırma kaynağını kullanmaktadır. Bu kaynak yöntemi, gaz veya ilave malzeme kullanmamakta ve oldukça düşük sıcaklıklar sayesinde (alüminyumda yaklaşık 550 derece Celsius) neredeyse deformasyonsuz kaynak yapmaktadır. Bu bağlamda döner takım (pim olarak adlandırılmaktadır) yüksek kuvvetle birlikte birleştirme yarığına dalar. Bu pim, birkaç saniye içerisinde erime noktasının hemen altına kadar kaynak bölgesini ısıtır. Malzeme yumuşamaya başladığında, şu anda yüksek pres kuvvetiyle birleştirme hattı boyunca dönen pimin ileri hareketi başlar. Pimin etrafında eriyen alüminyum birleşir ve nihayetinde sıkıca bir bağlantı oluşturur. 

Sonunda ileri hareket durur ve dönen takım, kaynak bölgesinden çekilir. Ancak tam olarak bu hareket önemli bir sürtünme karıştırma kaynağı dezavantajına sahiptir: Döner takımın ana malzemeyi bıraktığı yerde bir delik meydana gelir. Mühendisin kaynak işleminden sonra çıkartılması gereken bir iş parçası çıkıntı mesafesi planlaması gerekir. Bir diğer dezavantaj sürtünme karıştırma kaynağı köşe kaynaklarının kaynağı için uygun değildir. Alın ve köşe kaynakları, aynı kaynak kafasıyla kaynak yapılamayacağı için daima iki ayrı işlem gerektirmektedir. Buna karşın bu, PA ve PB pozisyonunda LaserHybrid kaynağı sırasında mümkün değildir.

Alu Menziken için gelecek, LaserHybrid’dir
 
Alu Menziken doğrudan LaserHybrid kaynağını kullanmaktadır. Bu kaynak yöntemi, köşe kaynağına izin vermektedir ve gereksiz çıkış alanlarını önlemektedir. LaserHybrid, ortak bir proses bölgesinde lazer ışınını bir MIG kaynak prosesi ile kombine etmektedir. Yüksek konsantre, kaynak dikişine yönelik ışın çok yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu sayede alüminyum buharlaşır ve ana malzemenin derinine nüfuz eder. Lazeri takip eden MIG prosesi, dikişin doldurulması için kullanılmaktadır ve optimum bir kenar bağlantısı sağlar. İlave olarak nüfuz etmiş ısı, malzemeye gaz çıkışı için süre verir ve bu sayede saf lazer kaynağına kıyasla gözenek oluşturma meylini önler.
 
Ranshofen’deki Alu Menziken’de üretim müdürü olan Norbert Dickinger avantajları bilmektedir: “Biz, birden fazla akü tablası bileşenini tek bir işlemde kaynak yapabiliriz ve çıktımızı lazer tarafından stabilize edilmiş ark sayesinde yüksek kesme hızıyla arttırıyoruz. Aynı zamanda birim uzunluk başına düşük enerji sayesinde iş parçası deformasyonu minimize edilmektedir.” 

Fronius ve Fanuc’un kaynak ve robot teknolojisi
 
Proje işbirliği içinde düzenlenmiştir: Makine mühendisliği ve kaynak teknolojisi Fronius Welding Automation’dan, robot ve fiber lazer ise Fanuc’dan gelmektedir. Alu Menziken, hali hazırda uzun süreden beri manüel kaynak ve robotlu kaynak için TPS ve TPS/i serisi kaynak akımı kaynakları başarıyla kullanıldığından dolayı Fronius ile daha önce iyi deneyimlere sahiptir. 
 
Alu Menziken’de kaynak teknoloji uzmanı olan Sven Esterbauer övgüyle “Fronius bizi örnek desteğiyle ikna etti. Yardıma ihtiyaç olduğunda kısa süre içerisinde birisi olay yerinde. Daha küçük problemleri telefon desteğiyle veya uzaktan bakımla çözüyoruz. Ayrıca Fronius düzenli olarak kaynak teknisyenleri için geliştirme kursları sunuyor. İyi işletme iklimi de önemli bir rol oynamaktadır. Yalnızca yüksek kalitede bileşenler takıldığı için Fronius cihazlarının bozulması neredeyse imkânsızdır” demiştir. Norbert Dickinger ise meslektaşını onaylamaktadır: “Bu projede de Fronius Destek örnekti.” 

Bu sayede Fronius, yeni robotlu kaynak hücresi tasarlanmadan önce Thalheim’da ilk kaynak denemesini yapmıştır. Tatmin edici sonuçlardan sonra tesis tasarlanmış ve imal edilmiştir. Sonraki adımda Alu Menziken başka deneme ve parametre tespitleri için sıfır noktası germe sistemine sahip bir kaynak istasyonu kullanmıştır. Akabinde robotlu kaynak hücresi Y-konumlandırıcı ile birlikte Ranshofen’e kurulmuştur. Dickinger, “Fronius ile birlikte tüm parametreleri optimize ettik. Böylelikle ortaklık temelli bir işbirliği hayal edildi” diye eklemiştir.
 
Kaynak sisteminin otomatikleştirilmesi için Alu Menziken bilinçli olarak Fanuc’u tercih etmiştir: Uzman yalnızca robot değil, aynı zamanda lazer kaynağı da tedarik etmektedir. Avantajı, optimum robot hızı ve lazer gücü senkronizasyonunda kendisini göstermesidir. Diğer artı noktaları ise robotun kullanıcı dostu ve kolay programlanabilir olmasıdır.

Farklı iş parçası boyutları için tasarlandı
 
Belli bir iş parçası boyutuna kadar farklı ekstrüzyon presi parçaları kaynak yapılabilir, burada azami kaynak aralığı 2.800 x 2.000 milimetredir ve konumlandırıcı tarafı başına iş parçası ağırlığı 500 kilogramdır.
 
Üretim prosesi yarı otomatik ilerlemektedir: Usta, alüminyum iş parçalarını bir Y-konumlandırıcı üzerine yerleştirdikten sonra güvenlik ışık bariyeri sayesinde emniyete alınmış otomatik gerdirme prosesini etkinleştirir. Akabinde Y-konumlandırıcı, lazer koruma kabinine döner ve kaynak robotu başlangıç konumuna gider. Kaynak programı, öngörülen temizleme çevrimlerinden sonra torç temizliğindeki gibi otomatik sona erer. Sona erdikten sonra robot bekleme pozisyonuna geçer ve Y-konumlandırıcı, kaynak yapılmış iş parçasını kabinden çıkarır. Sonunda iş parçasının gerginliği otomatik alınır ve parça çıkartılabilir.

Sven Esterbauer için tesis önemli avantajlar sunmaktadır: “Fronius sistem kontrolü, yeni bir kullanıcının tesisi birkaç dakika içerisinde kullanabileceği kadar sezgiseldir. Büyük dokunmatik ekran sayesinde sürekli olarak robot pozisyonu, proses parametresi ve dikiş izleme dahil tüm proses hakkında eksiksiz bir genel bakışa sahip olacaksınız.”

LaserHybrid: Maliyet açısından daha uygun, daha hızlı ve daha esnek
 
Alu Menziken Euromotive, LaserHybrid kaynak yönteminin avantajlarıyla ön plana çıkmaktadır. Şu anda alın kaynağı ve köşe kaynağını ve bununla birlikte tüm bileşenleri tek bir işlemde kaynak yapabilirsiniz, bu, prosesi daha hızlı ve maliyet açısından daha uygun hale getirmektedir.

Nobert Dickinger, “Alu Menziken’in LaserHybrid prosesini otomotiv endüstrisine yerleştireceğine eminim” açıklamasını yapmıştır. İkna etmek için tedarikçi, gösteri amacıyla farklı duvar kalınlıklarında ve kaynak nüfuziyetinde çeşitli bileşenlerden ve bunun yanı sıra makroskopik olarak hazırlanmış kaynak kalıplarından meydana gelen özel bir ekipman bir araya getirmiştir. Dickinger, “Fronius Welding Automation ve Fanuc’un yeni robotlu kaynak hücresi bize bu konuda yardımcı olacak” diyerek emin olduğunu ifade etmiştir.