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Soldagem LaserHybrid vantajosa em perfis de extrusão

18/02/2020
A fornecedora automotiva Alu Menziken utiliza o método de soldagem LaserHybrid para soldar perfis de extrusão. Em comparação com a difundida soldagem de fricção com rotação (Friction Stir Welding), esse método apresenta vantagens decisivas: é resistente a desgaste, saliências no material não são problema e é possível soldar tanto cordões de topo quanto soldagens em ângulo com esse método. Por isso, a Alu Menziken investiu num sistema de soldagem LaserHybrid para a produção de componentes de reservatórios de bateria e está conquistando significativas vantagens nos processos com a tecnologia de soldagem e de robô da Fronius Welding Automation e Fanuc.

A empresa Alu Menziken Euromotive GmbH, localizada em Ranshofen na Alta Áustria, foi fundada em novembro de 2014 como filial inteiramente pertencente à empresa suíça Alu Menziken Extrusions AG. Cerca de 700 colaboradores trabalham no grupo todo, 150 deles em Ranshofen. Ali a Alu Menziken desenvolve e produz modernos componentes e sistemas de construção leve em alumínio para a indústria automobilística e aeronáutica. No segmento automotivo, os austríacos fizeram um nome como fornecedores para fabricantes premium, construtores de carros esportivos e mobilidade elétrica. Componentes e módulos típicos são sistemas de crash management, estruturas de assentos, sistemas de capotamento e caixas de bateria.

Além da experiência, da flexibilidade e do desenvolvimento competente, os fabricantes automobilísticos estimam principalmente a integração vertical e o elevado know-how de produção da Alu Menziken. Antes de surgirem os protótipos dos elementos de reservatórios de bateria, todos os desenhos de construção são verificados quanto à sua viabilidade e a sequência de processos é simulada. É testado se todas as peças são viáveis em termos de soldagem e fusão e, conforme a necessidade, são sugeridas correções como o aumento de um raio ou a alteração de uma barra.

 

Estanqueidade de reservatórios de bateria é exigência máxima

  O setor automobilístico exige resultados de soldagem praticamente uniformes e sem nenhuma deformação. Ao mesmo tempo, os componentes estão ficando cada vez maiores e difíceis de soldar numa qualidade reprodutível. Antes de os reservatórios de bateria serem milimetricamente encaixados no chassi dos veículos, eles precisam ser submetidos a um teste de estanqueidade. O motivo: além de herméticos, todos os reservatórios de bateria precisam ficar protegidos contra respingos de água. Isso torna a soldagem um desafio.

Devido às elevadas exigências em termos de consistência da superfície, condutividade de calor ou limpeza, a soldagem de alumínio é bastante exigente. Ela exige amplo conhecimento não apenas em relação ao preparo dos cordões ou à criação dos parâmetros de soldagem mas também em relação à sequência de soldagem certa para impedir que elementos do reservatório se deformem. A Alu Menziken possui esse conhecimento especial. A empresa é certificada conforme EN ISO 3834-2 TÜV e, como parte essencial do seu sistema de gestão de qualidade, emprega tanto especialistas em soldagem qualificados quanto um pessoal de coordenação externo. Principalmente ligas de alumínio da série 5000-7000 são soldadas.

 

As vantagens da soldagem LaserHybrid em perfis de extrusão

 No momento, a indústria automobilística ainda prefere a soldagem de fricção com rotação. Esse método de soldagem não consome nem gás nem materiais adicionais e, devido às temperaturas relativamente baixas – cerca de 550 graus Celsius no caso do alumínio –, solda praticamente sem nenhuma deformação. Nesse método, uma ferramenta giratória – o pino – penetra com grande força na fenda a ser soldada. O pino aquece a zona de soldagem em poucos segundos até pouco abaixo do ponto de fusão. Assim que o material começa a amolecer, o pino começa a se mover para frente e gira ao longo da linha de fusão com grande força de pressão. O alumínio que derrete ao redor do pino se une e forma então a consistente ligação.

Por fim, o movimento para frente cessa e a ferramenta giratória é retirada da zona de soldagem. Mas é exatamente esse movimento que representa uma considerável desvantagem da soldagem de fricção com rotação: no ponto onde a ferramenta giratória sai da matéria prima básica fica um furo. O construtor precisa planejar uma protrusão do componente, que precisa ser retirada após o processo de soldagem. Outra desvantagem: Friction Stir Welding não é apropriada para soldagens em ângulo. Cordões de topo e soldagens em ângulo requerem sempre dois processos de trabalho separados, pois não podem ser soldados com a mesma cabeça de tocha. Na soldagem LaserHybrid, em contrapartida, isso é possível na posição PA e PB.

 

Para a Alu Menziken, o futuro se chama LaserHybrid

A Alu Menziken aposta na soldagem LaserHybrid. Esse método de soldagem permite soldagens em ângulo e evita áreas de fuga desnecessárias. LaserHybrid combina um raio laser com um processo de soldagem MIG numa mesma zona de processo. O raio laser, bem concentrado e direcionado para o cordão de soldagem, possui uma densidade de energia bem elevada. Assim o alumínio evapora e penetra fundo na matéria prima básica. O processo MIG que se segue ao laser serve para preencher o cordão e gera uma excelente ligação dos flancos. O calor introduzido adicionalmente concede tempo para o material volatilizar, reduzindo assim a deterioração dos poros em comparação com a soldagem a laser pura.  

Norbert Dickinger, diretor de produção da Alu Menziken em Ranshofen, conhece as vantagens: „Podemos soldar vários componentes de reservatórios de bateria num único processo de trabalho e aumentar a nossa produção com altas velocidades de soldagem – graças ao arco voltaico estabilizado pelo laser. Ao mesmo tempo, a deformação dos componentes diminui devido ao baixo aporte térmico.“

 

Tecnologia de soldagem e de robô da Fronius e Fanuc

O projeto foi desenvolvido com base numa parceria: a engenharia mecânica e tecnologia de soldagem vieram da Fronius Welding Automation, os robôs e o laser de fibra da Fanuc. A Alu Menziken já havia tido boas experiências com a Fronius antes, pois já utiliza com sucesso fontes de solda das séries TPS e TPS/i para a soldagem manual e a soldagem com robô há algum tempo.  

„A Fronius nos impressiona com seu suporte exemplar. Quando precisamos de ajuda, logo aparece alguém. Problemas menores nós resolvemos pelo telefone ou via manutenção remota. Além disso, a Fronius oferece cursos de aperfeiçoamento periodicamente para técnicos em soldagem. O bom ambiente empresarial também é importante. Isso sem falar no fato de os equipamentos da Fronius quase nunca falharem, já que apenas componentes de alta qualidade são utilizados“, elogia Sven Esterbauer, tecnólogo em soldagem na Alu Menziken. Norbert Dickinger concorda com seu colega: „Nesse projeto, o suporte da Fronius também foi exemplar.“

Antes mesmo da nova célula de soldagem com robô ter sido concebida, a Fronius já soldava os primeiros experimentos em Thalheim. Após resultados satisfatórios, o sistema foi projetado e fabricado. Na etapa seguinte, a Alu Menziken disponibilizou um dispositivo de soldagem com sistema tensor de ponto zero para outros experimentos e verificações de parâmetros. Em seguida, a célula de soldagem com robô, incluindo posicionador H, foi construída em Ranshofen. „Junto com a Fronius, otimizamos então todos os parâmetros. É assim que se imagina uma grande parceria“, complementa Dickinger.

Para a automatização do sistema de soldagem, a Alu Menziken optou pela Fanuc: a especialista forneceu não apenas o robô mas também a fonte de laser. Uma vantagem que se reflete na excelente sincronização entre a velocidade do robô e o desempenho do laser. Outros pontos positivos foram o fácil uso e a fácil programação do robô.

 

Para diferentes tamanhos de componente

Até um determinado tamanho de módulo, é possível soldar diferentes peças de extrusão, sendo que a faixa de soldagem máxima é de 2.800 x 2.000 milímetros e o peso do componente por lado do posicionador é de 500 quilogramas.  

O processo de produção ocorre de forma semiautomática: depois que o operador coloca os componentes de alumínio no posicionador H, ele ativa o processo de aperto automático protegido por uma barreira fotoelétrica de segurança. Em seguida, o posicionador H entra na cabine de proteção contra laser e o robô de soldagem vai para a posição inicial. O programa de soldagem se desenvolve automaticamente, assim como a limpeza da tocha de solda com base em ciclos de limpeza especificados. Após o término, o robô se desloca para a posição de espera e o posicionador H gira o componente soldado a partir da cabine. Por fim, a peça de trabalho é automaticamente solta e pode ser retirada.

Para Sven Esterbauer, o sistema oferece importantes vantagens: „O painel de controle da Fronius é tão intuitivo que um novo operador é capaz de operar o sistema em poucos minutos. Graças à grande tela de toque, sempre se tem um panorama completo de todo o processo – inclusive posição do robô, parâmetros do processo e acompanhamento do cordão.“

 

LaserHybrid: mais barato, rápido e flexível

A Alu Menziken Euromotive está convicta das vantagens do método de soldagem LaserHybrid. Agora ela pode soldar cordões de topo e soldagens em ângulo, portanto componentes inteiros, num único processo de trabalho, o que torna o processo mais rápido e barato.

„Tenho certeza de que a Alu Menziken vai consolidar o processo do LaserHybrid na indústria automobilística“, explica Norbert Dickinger. Para convencer, a fornecedora montou um equipamento especial com a finalidade de demonstração, formado por diversos componentes com diferentes espessuras de parede e profundidades de penetração de solda assim como padrões de soldagem processados macroscopicamente. „A nova célula de soldagem com robô da Fronius Welding Automation e Fanuc vai nos ajudar nisso“, diz Dickinger convicto.