Złożone formy - szybkie spoiny

Nawet jeżeli pojazdy elektryczne będą coraz popularniejsze, analitycy liczą się z tym, że do 2025 roku ponad dwie trzecie wszystkich sprzedawanych samochodów nadal będzie napędzanych wyłącznie silnikami spalinowymi. Jeżeli doliczyć do tego samochody z napędem hybrydowym, to zdecydowana większość wszystkich pojazdów będzie potrzebowała podzespołów układu wydechowego. To wystarczający powód, by poważnie zastanowić się nad ulepszeniem metod ich spawania.

Podzespoły układu wydechowego są wykonane z rozmaitych materiałów podstawowych — od stali nisko- i wysokostopowych po stopy na bazie niklu. Grubości ścianek sięgają od kilku dziesiątych milimetra do wielu milimetrów. Poza tym mogą stale występować tolerancje wykonania. Pomimo to połączenia muszą spełniać wysokie kryteria jakościowe — i jednocześnie zapewniać rentowność ich wykonywania.

RÓŻNORODNE WYZWANIA — RÓŻNE ELEMENTY

Układy wydechowe odprowadzają gazy spalinowe z silnika i poddają je oczyszczaniu. Muszą być odporne na wysokie temperatury i korozję. Wymogi stawiane poszczególnym podzespołom decydują o tym, z jakich materiałów są wykonywane. Kolektor wydechowy jest na przykład przymocowany bezpośrednio do bloku silnika. Gromadzi gorące gazy spalinowe powstające w cylindrach i odprowadza je do układu wydechowego. Tu panują najwyższe temperatury, dlatego do produkcji kolektora wydechowego używa się głównie stali chromowych. Geometria elementu jest złożona, z wąskimi promieniami w wielu miejscach, co stanowi spore wyzwanie dla technologii łączenia.

Najczęściej stosowanym procesem podczas łączenia podzespołów układu wydechowego jest zautomatyzowane spawanie elektrodą topliwą w osłonie gazów aktywnych (MAG). Kolektor wydechowy stawia wysokie wymagania procesowi spawania: wąskie promienie elementu zmuszają robota do zmniejszenia prędkości spawania. Pomimo tego do elementu nie może trafiać zbyt wiele energii, a proces spawania musi zapewniać stabilność i powtarzalność.

WYDAJNA ELEKTRONIKA TWORZY NOWE MOŻLIWOŚCI

Tak jak kolektor wydechowy, tak i inne podzespoły mają swoje „humory”. Rodzaj i grubość materiału zależą od wymogów dla danej grupy elementów — dlatego konieczne jest też dostosowanie procesu spawania do danego podzespołu. Firma Fronius w swoim portfolio ma różne warianty regulacji procesu spawania MAG, umożliwiające ciągłe spawanie złożonych elementów. Dzięki wydajnej elektronice w nowoczesnych źródłach spawalniczych użytkownicy mogą w kontrolowany sposób wpływać na łuk spawalniczy i w ten sposób uzyskiwać optymalne wyniki.

Wariant procesu Low Spatter Control (LSC) szczególnie dobrze nadaje się do spawania podzespołów układu wydechowego. Jest oparty na spawaniu łukiem zwarciowym przy obniżonej energii i bez rozprysków. Osiąga się to przez precyzyjną kontrolę przypadku zwarcia przez system spawania: źródło spawalnicze dokładnie wykrywa zbliżenie drutu elektrodowego do jeziorka spawalniczego i steruje przedostawaniem się kropli do jeziorka w taki sposób, aby odbyło się to przy niskiej mocy. Dzięki temu ciepło oddawane do elementu jest niskie i praktycznie nie powstają rozpryski. To idealne rozwiązanie w przypadku łączenia elementów o niewielkiej grubości ścianek i zmiennych geometriach łączenia — jak np. w przypadku kolektora wydechowego. Poza tym, LSC zapewnia wysoką stabilność w przypadku trudnych zmian położenia palnika spawalniczego, a przez to wysokie prędkości spawania.

Kolejnym wariantem procesu jest „Pulse Multi Control”, w skrócie PMC. Ten zmodyfikowany proces spawania prądem pulsującym odznacza się precyzyjnie regulowanym i pozbawionym rozprysków oderwaniem kropli. Proces PMC wytwarza silny, stabilny łuk spawalniczy i w pozycjach wymuszonych zapewnia dobre wydajności stapiania, a jednocześnie dobre opanowanie jeziorka spawalniczego. Dzięki temu użytkownicy mogą unikać nieregularności, takich jak karby — i spawać w sposób stabilny oraz powtarzalny. Wariant ten nadaje się szczególnie do elementów z tolerancjami o silnych wahaniach grubości ścianek — takie warunki można spotkać w wielu podzespołach układu wydechowego. Proces PMC zapewnia wystarczające wtopienie i dobre wypełnianie szczelin. Dostawcy branży motoryzacyjnej stosują często tę metodę do spawania kolektorów wydechowych. W praktyce PMC umożliwia uzyskanie wyraźnie wyższych prędkości spawania, a przez to wzrost produktywności.

WYŻEJ, DALEJ – CIENIEJ!

Przyszłe wyzwania w przemyśle motoryzacyjnym mogą jednak ustawić w centrum zainteresowania także inne warianty procesów. Ważnym trendem jest projektowanie coraz lżejszych pojazdów: mniejsza masa zmniejsza zużycie paliwa, a oszczędność materiałów obniża koszty produkcji. Ma to też wpływ na konstrukcję podzespołów układu wydechowego. Zastosowane materiały podstawowe i spoiwa odporne na działanie temperatur umożliwiają produkcję tych elementów z coraz cieńszych materiałów. Dlatego w przyszłości regułą może stać się zastosowanie elementów o grubości ścianek 0,8 mm. Tu stosowana jest metoda CMT (Cold Metal Transfer). Proces łączy w sobie regulowane spawanie łukiem zwarciowym z drutem elektrodowym poruszającym się naprzód i wstecz. Rezultat: szczególnie małe ciepło oddawane i nadzwyczajna stabilność procesu spawania, dzięki czemu użytkownik uzyskuje optymalne wyniki także w przypadku łączenia bardzo cienkich elementów.