Kvalitet i brennpunktet
"Resultatet av en godsboltforbindelse kan i verste fall føre til at bilen havarerer", sier ingeniøren Daniel Rudolph, ansvarlig teknologiutvikler for sammenføyninger og lettkonstruksjoner ved AUDI AG. "I produksjonen av Audi A8 bruker vi mye godsbolting, og vi må være helt sikre på at hver enkelt sammenføyning er perfekt. Vi gjør alt vi kan for å sikre kvaliteten."
For kvaliteten til hver boltesveising avhenger av egenskapene til overflaten. Forurensning fra trekkolje eller tørre smøremidler – som de som brukes ved metallforming – kan føre til defekter i fugeforbindelsen.
Clean Flash mislykkes på tynn platetykkelse
I mange tilfeller kan problemet med forurensning ofte løses direkte av boltesveiseapparatet selv: Før den egentlige sveiseprosessen starter, kommer det med et strømstøt (Clean Flash) som rengjør sveiseflaten. Men denne funksjonen kan ikke brukes ved plater som er under 2 mm tykke, fordi varmetilførselen er for stor og ville brenne igjennom platen under sveising. I tillegg kan det ved denne fremgangsmåten også oppstå blant annet porer, som reduserer sømkvaliteten.
En slik type komponent er for eksempel torpedoveggen i Audi A8. Denne består av en aluminiumslegering (6xxx) og er kun 1,5 mm tykk der godsboltene sveises. "De første årene etter seriestart måtte hele komponenten rengjøres kjemisk og beises nøye og kostnadsintensivt", forklarer Rudolph. "Først da kunne vi garantere at kvaliteten på boltesveiseforbindelsen var 100 %."
I 2017 begynte byggingen av et nytt produksjonsanlegg for den femte generasjonen A8 hos Audi. Og det var et øske fra Audi om å unngå den krevende kjemiske rengjøringen. En mulig løsning var da varmeaktiv plasmateknologi (HAP), som den mangeårige sveiseteknologileverandøren og utviklingspartneren Fronius allerede jobbet intensivt med. Også Audi hadde testet HAP i forbindelse med universitetssamarbeid.
Siden Rudolphs oppgaveområde også inkluderer evaluering av ny produksjonsteknologi samt videreutvikling frem til serieproduksjon, samarbeidet fugeteknikkspesialistene og Fronius intensivt i tiden som fulgte. Denne tekniske ideen ble så utviklet videre til å kunne settes i produksjon. Rudolph understreker: "Fronius tok seg hovedsakelig av utviklingsarbeidet av prosess- og anleggsteknologien. Så ble det gjennomført bruksrettede funksjonsforsøk, parametertester, driftstidstester og funksjonstester i produksjonen hos oss. Et viktig spørsmål var også hvordan bruken av teknologien påvirker andre deler av prosessen, som fuging, stabilitet, lakkhefte og mye annet."
Partiell rengjøring med plasma som løsning
Det er mange fordeler med behandling av overflater med den varmeaktive plasmateknologien (HAP) Acerios fra Fronius. Ved hjelp av beskyttelsesgassstrøm blir lysbueplasmaen formet til en flamme som i kjernen når en temperatur på inntil 1000° celsius. De termiske og kjemiske prosessene som utløses, sørger for at materialoverflatene frigjøres for organiske rester og beleggssmuss partielt og punktnøyaktig. Samtidig aktiveres overflaten. Siden lysbuen på Acerios oppstår mellom plasmadysen og wolframelektroden på sveisepistolen, er det ikke nødvendig med jordforbindelse til arbeidsemnet. Tilsvarende kan også ikke-metalliske materialer rengjøres med varmeaktiv plasma.
"På samme måte som annen ny teknologi vi vurderer, testet vi Acerios for egnethet og sveisetekniske påvirkningsstørrelser samt mulige parametervinduer. Sammen med Fronius optimerte vi så prototypen raskt og målrettet for serieproduksjon", sier Rudolph. "Deretter tok våre anleggsplanleggere og deres kolleger fra produksjonen fatt på arbeidet med å identifisere en god anleggsinstallasjon."
De ansvarlige for A8-serien bestemte seg så for å bruke Acerios i en robotcelle som hadde nok hviletid for rengjøring av to områder – med et areal på 12 cm² per stk. "Derfor strakk den tilgjengelige tiden også med til å øke Acerios brennetid til seks sekunder per sveisepunkt. Avstanden mellom sveisepistol og arbeidsemne er 30 mm og vi kan senke strømmen ned til 120 A uten at rengjøringseffekten blir redusert", forklarer Jürgen Kolbenschlag som er sveiseekspert innen A8‑karosseribygg.
"Slik skåner vi forbruksdelene", som Audi tidligere måtte bytte etter 10 000 rengjøringspunkter. Og det viste seg at slitasjegrensen ikke var nådd på lenge ennå. Det turnusbaserte byttet ble dermed stadig forlenget. Og halvveis ut i 2021 var grensen for forbruksdeler fortsatt ikke nådd – til tross for 25 000 rengjøringspunkter.
Enklere integrasjon
Integrasjonen av den varmeaktive plasmateknologien ble betydelig lettet ved at planleggerne kunne installere Acerios-plasmasveisepistol 2000 stasjonært. Det trengtes kun et minimalt arbeidsområde i aksjonsradiusen til roboten. "Selv ikke strømtilførselen trengte mer plass enn en kvadratmeter, så den kunne vi greit plassere utenfor cellen mellom eksisterende forsyningsenheter", forteller Rudolph.
Tidligere hviletider for roboten brukes til transport av torpedoveggen til sveisepistolen. Takket være den smale sveisepistolen er tilgangen til arbeidsemnet også god, slik at plasmaflammen jobber nøyaktig loddrett og dermed er optimalt rettet mot overflaten. Det er også blitt overflødig å kjøre rengjøringsprosessene i baner: Rengjøringseffekten virker innenfra og ut og dekker hele det ønskede arealet i et brenneforløp.
Også det faktum at Acerios kan brukes med den gunstige beskyttelsesgassen Argon, var et godt argument for Audi. Dermed kunne forsyningen til MIG-sveisesystemet kobles på det bestående Argon-ledningsnettet, slik at man unngikk ekstra tilleggskostnader.
Og plasmastrømkilden som er koblet til sveisepistolen med en 6 m lang slangepakke ble enkelt integrert av Audi – som Rudolph forteller: "Grensesnittet til Acerios-systemet tilsvarer det vi bruker til våre MIG/MAG-sveisesystemer fra Fronius. Siden dette er en del av VW-grensesnittspesifikasjonen, kunne vi uten problemer koble Acerios-systemet til anleggsstyringen i løpet av en dag."
Også innstilling og betjening av anlegget støtter seg i stor grad til TIG-sveisestrømkildene, bekrefter Rudolph: "Kan du stille inn en TIG-strømkilde, kan du også jobbe med Acerios-systemet. Betjeningen er enkel, siden kun få parametere som strømstyrke eller brennetid må stilles inn."
Oversiktlige kostnader ved anskaffelse og drift
Audis investering for å kunne bruke Acerios er sammenlignbart lave. Det hadde ikke bare noe å gjøre med muligheten for å bruke eksisterende driftsmidler og maskinvare. Også Audis omfattende erfaringer med andre strømkilder fra Fronius og vedlikeholdskostnadene forbundet med disse var utslagsgivende. Sammenlignet med andre løsninger for partiell rengjøring utmerker HAP-systemet fra Fronius seg ved spesielt lave anskaffelseskostnader.
Eksempelvis ligger laserbaserte systemer allerede ved grunninvestering på rundt en million euro. Acerios-konfigurasjonen er her betydelig billigere. Inkludert det enkelte automatiseringsanlegget ligger løsningen fra Fronius rundt midten av et femsifret beløp. Videre trengs det heller ingen separat, avskjermet robotcelle – slik som lasersystemet krever. Også strømforbruket er betydelig lavere enn for en rengjøringslaser. Videre bruker Acerios rundt 15 liter gass per minutt.
Også sammenlignet med den hittil vanlige, omfattende våtrengjøringen er besparelsene store, bekrefter Rudolph: "For hver torpedovegg kunne vi kutte rengjøringskostnadene med over tusen euro og samtidig øke ressurseffektiviteten uten å redusere rengjøringskvaliteten. Sammenlignbare kostnadsreduksjoner innen bilindustrien er vanligvis forbundet med betydelig høyere innsats."
AUDI AG kan dokumentere: På grunn av de lave drifts- og anskaffelseskostnadene lønner bruken av Acerios seg allerede ved lave produksjonstall, men også ved store serier. I tillegg er HAP-teknologien fra Fronius spesielt egnet for mindre plassforhold og sekundraske, punktvise rengjøringsoppgaver.
Acerios utvider teknologiportefolien til Audi
På grunn av disse gode resultatene har Audi også integrert rengjøringsteknologien fra Fronius på andre områder: Også ved tunnelkomponenter blir flatene til de fire boltesveisingene rengjort med HAP-teknologien. "Acerios utvider teknologiportefolien vi har til rådighet på en optimal måte", avslutter Rudolph. "HAP-teknologien er alltid blant førstevalget når det gjelder rengjøringsprosesser ved sveising av godsbolter på tynne komponenter."