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La soldadura LaserHybrid destaca en los perfiles de aluminio extrusionado / nº 257 · 258

El proveedor de componentes para la industria automovilística Alu Menziken utiliza LaserHybrid para la soldadura de perfiles de aluminio extrusionados, ya que ofrece importantes ventajas en comparación con la soldadura por fricción y agitación (Friction Stir Welding): los salientes de material no suponen un problema, el desgaste se reduce y es posible soldar tanto cordones a tope como de garganta. Por eso, Alu Menziken invirtió en un sistema de soldadura LaserHybrid para la fabricación de componentes de bandejas de baterías, y ha conseguido grandes ventajas en los procesos con la tecnología robótica y de soldadura de Fronius Welding Automation y Fanuc

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Edificio de la sede de Alu Menziken Euromotive GmbH en Ranshofen/Alta Austria

La empresa Alu Menziken Euromotive GmbH, con sede en Ranshofen (Alta Austria), se fundó en noviembre de 2014 como filial 100% vinculada a la compañía suiza Alu Menziken Extrusions AG. El grupo emplea a 700 personas aproximadamente, 150 en Ranshofen. Aquí, Alu Menziken desarrolla y produce modernos componentes ligeros de aluminio y sistemas para las industrias automovilística y aeronáutica. En el sector de la automoción ha adquirido una sólida reputación como proveedor de fabricantes de vehículos de alta gama, deportivos y eléctricos. Entre los componentes y montajes más habituales se encuentran los sistemas de gestión de impactos, las estructuras de asiento, los sistemas antiarrollamiento y las cajas de baterías.

Además de la experiencia, la flexibilidad y la capacidad de desarrollo, los fabricantes de automóviles valoran especialmente el porcentaje de producción propia y el avanzado know how de fabricación de Alu Menziken. Antes de completar los prototipos de elementos de bandejas de baterías, se comprueba la viabilidad de todos los planos de construcción y se simula el proceso. Se revisa si es técnicamente factible la soldadura e unión de todas las piezas y, si es necesario, se proponen correcciones, como el aumento de un radio o la modificación de una cara de la raíz.

Bandejas de baterías a prueba de fugas

La industria automovilística exige resultados de soldadura uniformes y sin deformaciones. Al mismo tiempo, es necesario soldar en calidad reproducible componentes que presentan una superficie cada vez mayor y un peso cada vez más elevado. Antes de encajar las bandejas de baterías en el chasis de los vehículos con una precisión milimétrica, se someten a una comprobación de fugas. La razón es que las bandejas de baterías no solo deben ser herméticas, sino también estar protegidas de las salpicaduras. Por ello, la soldadura supone un reto.

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Sven Esterbauer, Tecnólogo de soldadura en Alu Menziken, sujetando un perfil extruido

Debido a las altas exigencias con respecto a las características de la superficie, la conductividad térmica o la limpieza, la soldadura de aluminio es especialmente compleja. Requiere conocimientos avanzados sobre la preparación del cordón y de los parámetros de soldadura, así como de la secuencia de soldadura correcta para impedir que ciertos elementos de la bandeja se deformen. Alu Menziken es especialista en estos procesos y dispone del certificado EN ISO 3834-2 TÜV. No solo emplea a expertos en soldadura cualificados, sino también a supervisores externos, una parte esencial de su sistema de gestión de la calidad. Sueldan sobre todo aleaciones de aluminio de la serie 5000-7000.

Las ventajas de LaserHybrid para los perfiles extrusionados

Actualmente, la industria automovilística sigue utilizando principalmente la soldadura por fricción y agitación, un procedimiento sin gas ni material de aporte que permite soldar casi sin deformaciones gracias a las temperaturas relativamente bajas (unos 550 ºC si se trata de aluminio). Durante este proceso, una herramienta giratoria denominada «perno» se introduce con gran fuerza en la junta entre las dos piezas y calienta la zona de soldadura en pocos segundos hasta sobrepasar ligeramente el punto de fusión. En cuanto el material comienza a ablandarse, se inicia el movimiento hacia adelante del perno, que rota a lo largo de la línea de unión con una gran fuerza de extrusión. El aluminio que se funde alrededor del perno se mezcla y forma la unión por adherencia de materiales.

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La soldadura LaserHybrid de los cordones longitudinales se realiza con ayuda de un robot Fanuc

Finalmente se detiene el movimiento hacia adelante y se retira la herramienta rotatoria de la zona de soldadura. Y es precisamente en este movimiento donde reside una de las principales desventajas de la soldadura por fricción y agitación: en el lugar donde la herramienta rotativa abandona el material base se origina un orificio. Es necesario prever un componente saliente que se retirará una vez concluido el proceso de soldadura. Otra desventaja es que no permite soldar cordones de garganta. Los cordones a tope y de garganta requieren siempre dos procesos de trabajo independientes, ya que no pueden soldarse con el mismo cabezal de soldadura. Sin embargo, sí es posible con el procedimiento LaserHybrid en posición PA y PB.

El futuro de Alu Menziken se llama «LaserHybrid»

Alu Menziken apuesta decididamente por la soldadura LaserHybrid. Este procedimiento permite soldar cordones de garganta y evita zonas de salida innecesarias. LaserHybrid combina un rayo láser con un procedimiento de soldadura MIG en la misma zona de procesamiento. El rayo de luz, muy concentrado y orientado al cordón de soldadura, presenta una gran densidad de energía. De esta forma funde el aluminio y penetra profundamente en el material base. El proceso MIG posterior sirve para rellenar el cordón y facilita una unión óptima de los flancos. El calor adicional permite que el material tenga suficiente tiempo para desgasificarse, para así reducir la tendencia a la porosidad en relación con la soldadura láser por sí sola.

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Juntos hacia el éxito: robot Fanuc con tecnología de soldadura Fronius

Norbert Dickinger, Director de Producción de la sede de Alu Menziken de Ranshofen, conoce las ventajas: «Podemos soldar varios componentes de bandejas de baterías en una sola operación de trabajo; las altas velocidades de soldadura nos permiten aumentar nuestra productividad gracias al arco voltaico estabilizado por láser. Al mismo tiempo se minimiza la deformación de los componentes por la reducida energía de recorrido«.

Tecnología robótica y de soldadura de Fronius y Fanuc

El proyecto se desarrolló de forma colaborativa: Fronius Welding Automation se encargó de la ingeniería mecánica y la tecnología de soldadura, y Fanuc de los robots y los láseres de fibra. Alu Menziken ya tenía experiencias muy positivas con Fronius, ya que venía trabajando desde hace tiempo con fuentes de potencia de soldadura de las series TPS y TPS/i para soldadura manual y robotizada.

«Fronius nos convenció por su excelente asistencia técnica. Siempre que necesitamos ayuda tenemos a alguien preparado para echar una mano. Los problemas menores los resolvemos con la asistencia telefónica o a través del mantenimiento remoto. Además, Fronius ofrece regularmente cursos de formación para técnicos de soldadura. El buen ambiente empresarial también desempeña un papel importante. Mención aparte merecen sus equipos, que rara vez dan fallos, ya que solo incluyen componentes de alta calidad«, alaba Sven Esterbauer, Tecnólogo de soldadura de Alu Menziken. Norbert Dickinger lo corrobora: «En este proyecto, la asistencia de Fronius también ha sido ejemplar«.

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La celda de soldadura Fronius LaserHybrid con controles del sistema y posicionador H

Antes de concebir la primera celda de soldadura robotizada, Fronius realizó las primeras pruebas en Thalheim. Una vez que se obtuvieron resultados satisfactorios, la instalación se diseñó y se fabricó. Posteriormente, Alu Menziken aportó un dispositivo de soldadura con un sistema de sujeción con punto cero para seguir realizando pruebas y determinar parámetros. A continuación, la celda de soldadura robotizada se montó en Ranshofen con un posicionador H. “Fronius nos ha ayudado a optimizar todos los parámetros. Es la colaboración que cualquiera soñaría”, añade Dickinger.

Para la automatización del sistema de soldadura, Alu Menziken eligió Fanuc sabiendo que era la mejor opción: esta empresa proporcionó el robot y la fuente láser. Una ventaja que se refleja en la óptima sincronización de la velocidad del robot y la potencia del láser. Otros puntos positivos fueron la facilidad de uso y la sencilla programación del robot.

Preparado para componentes de diferentes tamaños

Es posible soldar diferentes piezas extrusionadas hasta un determinado tamaño de montaje. La zona de soldadura no debe superar los 2800 x 2000 mm, y el peso de los componentes por cada lado del posicionador debe ser inferior a 500 kg.

El proceso de producción se desarrolla de forma parcialmente automatizada: el operario coloca los componentes de aluminio en un posicionador H y activa el proceso de sujeción automático protegido mediante barrera de luz de seguridad. A continuación, el posicionador H gira hacia la cabina de protección láser y el robot de soldadura avanza hasta la posición de partida. El programa de soldadura se desarrolla de forma automática, al igual que la limpieza de la antorcha, según los ciclos de limpieza predefinidos. Una vez finalizado el proceso, el robot se desplaza hasta la posición de mantenimiento y el posicionador H retira mediante un giro la pieza soldada. Por último, la pieza se suelta automáticamente y está lista para retirarse.

Para Sven Esterbauer, la instalación ofrece grandes ventajas: «Los controles del sistema Fronius son tan intuitivos que los nuevos operarios pueden aprender a utilizarlo en cuestión de minutos. Gracias a su gran pantalla táctil se puede obtener una perspectiva completa del proceso en todo momento, incluida la posición del robot, los parámetros y el seguimiento del cordón«.

LaserHybrid: económico, rápido y flexible

En Alu Menziken Euromotive están convencidos de las ventajas del procedimiento LaserHybrid. Ahora pueden soldar cordones a tope y cordones de garganta y componentes enteros en un mismo proceso de trabajo, lo que se traduce en un ahorro de tiempo y costes.

«Estoy seguro de que Alu Menziken va a establecer el proceso LaserHybrid en la industria automovilística», explica Norbert Dickinger. El proveedor dispone de un equipo especial para demostraciones que consta de diferentes componentes con distintos espesores de pared y profundidades de penetración, así como muestras de soldadura microscópicas. «La nueva celda de soldadura robotizada de Fronius Welding Automation y Fanuc nos ayudará en el proceso«, afirma Dickinger convencido.

FRONIUS

tel. 91 6496040 
www.fronius.es

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