Kizöldült a hegesztéstechnika

A TRUMPF nagy teljesítményű zöld lézere az Automotive szakkiállítás Nagydíját is elnyerte

2019. november 07., csütörtök, 06:00

Címkék: hegesztés hegesztéstechnika lézer lézeres hegesztés lézerhegesztés lézertechnológia TruDisk Trumpf zöld lézer

Mivel az autóipartól az energetikáig gyakorlatilag minden iparágban gombamód szaporodnak az elektronikus funkciók, a gyártók egyre több rezet használnak fel, és keresik a megoldást azokra a nehézségekre, amelyek jelenleg az anyag hegeszthetőségével kapcsolatban fennállnak. A réz a hegesztés során a lézersugár nagy részét visszatükrözi, ami rendkívül megnehezíti az anyag szabályozott hegeszthetőségét. A rézhegesztés megújításának lehetőségeiről Szabó Balázs, a TRUMPF Hungary Kft. lézertechnikai üzletágának értékesítési vezetője beszélt a TechMonitornak.

Egyre gyakrabban vágják ki a rezet

Általános trend, hogy a gépjárművek a hajtáslánctól függetlenül egyre több elektronikát tartalmaznak. 20 évvel ezelőtt egy átlagos autóban 10-20 kapcsoló volt, míg manapság egy panelen több száz féle funkciót állíthatunk be. Minden egyes funkció mögött valamilyen elektronika áll, az elektronika pedig rezet alkalmaz. A réz fokozottabb felhasználását tehát a hagyományos hajtásláncú gépkocsik fejlődése is elősegíti, az elektromobilitás térhódítása pedig tovább erősíti a trendet.

Ahol lehet, ott az elektronikai iparban a mai napig forrasztanak, hiszen egyszerűbb, olcsóbb és gyorsabb megoldás. Ha viszont az alkatrész hőterhelése meghaladja a 231,9 °C-ot – az ón olvadáspontját –, akkor a forrasztás többé nem alkalmazható, és marad a hegesztett kötés.

A réz azonban egy kifejezetten rosszul hegeszthető anyag, ami részben a rendkívül magas hővezetési képességéből adódik, részben pedig abból a tulajdonságából, hogy az általánosan használ IR hullámhosszú lézersugár nagy részét visszatükrözi. Jelenleg számos ipari gyártó infravörös lézert használ a rézhegesztési feladatokhoz. A problémát az okozza, hogy a réz a magas hővezető képesség mellett 1 000 nanométeres hullámhosszon (IR) még nagy reflexiójú is. Emiatt a réz más anyagokhoz képest a lézersugár nagy részét visszatükrözi, így az energia jelentős része elvész. Ráadásul a hegesztési folyamatokban még a fröccsenés veszélye is fennáll. Röviden szólva, az infravörös lézersugár használata jelentős kihívást jelent a hegesztési minőség és a folyamatbiztonság szempontjából. „Amint elkezdjük hegeszteni a szoba-hőmérsékletű rezet, az energiabevitel első néhány milliszekundumában az anyag kezd átmelegedni, és ahogy melegszik, lassan nő az abszorpciós képessége. Több száz fokon az elnyelődés a kezdeti 5 százalékos szintről 35-40 százalékra ugrik fel – magyarázta Szabó Balázs, a TRUMPF Hungary Kft. lézertechnikai üzletágának értékesítési vezetője. – Innentől sokkal több energiát viszünk be, mint amennyire a hegesztéshez valójában szükség lenne, így nagymértékű fröcskölés jelentkezik. A szétfröccsenő anyag – kisebb rézgolyók, illetve bevonatos alkatrészek esetén óngolyók – vezetőképességgel rendelkeznek, így bármikor rövidzárlatot okozhatnak a panelben. Ez hatalmas biztonsági kockázattal jár, és éppen ezt hivatott a zöld lézer megszüntetni.”

Lézerek a hegesztéstechnikában

A mai napig – főleg a kelet-európai országokban – a legelterjedtebbnek számító CO2-lézerek 10 600 nanométeren üzemelnek, a modern technológiának számító szilárdtest lézerek pedig ~1 064 nanométeres hullámhosszat használnak, de mindkét lézerforrás gyakorlatilag ugyanazon fémek vágására szolgál. A hegesztési eljárásokban általánosnak számít az 515 nanométeres zöld lézer használata, ami a Trumpf kínálatában folyamatos és impulzus üzemben is megtalálható. Nem szabad megfeledkezni a legkisebb, UV-hullámhosszú, 364 nanométeres speciális lézerekről sem, amelyeket elsősorban a jelöléstechnikában alkalmaznak. Az ennél is kisebb hullámhosszú lézerek már csak orvostechnikai alkalmazásban fordulnak elő.

Zöld spektrumú sugárforrás a hatékonyabb rézhegesztéshez

A lézerforrások és -rendszerek gyártójaként ismert TRUMPF a közösségileg finanszírozott ProLasKu konzorciumi projekt keretein belül fejlesztette ki a TruLaser Station 5005 TruDisk Pulse 421 zöld lézeres megmunkálócellát, ami a 2019-es Automotive szakkiállítás fő attrakciójaként Kiállító Nagydíjat is nyert.

Az új lézerforrás a német gyártó továbbfejlesztett diszk technológiáján alapul, és kifejezetten a réz, illetve rézötvözetek – például bronz – hegesztésére hozták létre, rezet vágni ugyanis infravörös technológiával is lehet. A zöld lézerforrás kifejlesztésénél a hullámhossz előállításánál használt speciális kristály jelentette az egyik legnagyobb problémát, amely az ipari alkalmazási tesztek során nem bírta a hőterhelést. A kristály hűtése és a terhelés szabályozása jelentette tehát a valódi „zöld utat” a lézerforrás megalkotásához.

A kisebb hullámhosszú zöld lézerrel végzett hegesztés konstans elnyelődéssel jár, így a folyamat is sokkal szabályozottabb. „Nagyon sok mérnök nagyon sok munkájának köszönhetően az infravörös lézerrel is jó százalékkal hegeszthető a réz, de a folyamat akkor sem lesz teljes mértékben szabályozott, és a minőség sem reprodukálható megbízhatóan – mondta Szabó Balázs. – A reflexió azonban jelentősen csökken, amikor a réz a zöld fényspektrumban működő sugárforrásnak van kitéve. Ebből kifolyólag a zöld lézerek képezhetik a minőségi, energiahatékony és az anyag felületi tulajdonságaitól független rézhegesztés alapját. Használatukkal a fröcskölés mértéke is jelentősen csökken.”

A TruDisk Pulse 421 gép 2018 januárjában került be a Trumpf termékválasztékába, de a kiemelt ügyfeleknél folytatott tesztek már egy-két évvel korábban elkezdődtek Magyarországon is. A tesztekből leszűrt tapasztalatokat természetesen a fejlesztési folyamatban is felhasználták. Az új lézerforrás jelen állapot szerint kétféle Trumpf cellába szerelhető be, de az ügyfelek szabadon telepíthetik a saját gyártósorukba. Felhasználói szempontból a lézerforrás kezelése ugyanarról a kezelői felületről történik, és a gépkezelőnek maximum annyi tűnik fel, hogy a lézervédelmi üveg nem zöld, hanem bordó színű.

Nem nélkülözhetik az autóipari beszállítók

„Jelenleg számos autóipari beszállító beruházásstopot hirdetett meg, nemcsak Európában, hiszen a távol-keleti beszerzések is jócskán elmaradnak a korábbi években megszokott szinttől. Az itthon látványosnak tűnő beruházások – például a Samsung gödi gyárbővítése – csak egy kicsi szeletét jelentik a távol-keleti beruházási potenciálnak – jelentette ki Szabó Balázs. – Meglátásom szerint az autóiparban nem baj van, csak kivárás. Mindenki szeretné látni, hogy milyen következményekkel jár a brexit, az amerikai elnökválasztás, a vámháborúk, és milyen irányt vesz az autók hajtásláncának fejlesztése. Az elektromos autók fejlesztése hatalmas összegeket emészt fel, de a belőlük befolyó bevétel továbbra is kicsi, amire e befektetők úgy reagáltak, hogy kivárnak az újabb nagy volumenű fejlesztésekkel. Ez a megtorpanás alapvetően különbözik a 2008-as válságtól, mert gyakorlatilag a technológia olyan magas szintre történő fejlődése idézte elő, amely már társadalmi kérdéseket vetett fel. Senki sem tudja, hogy mi a biztos irány, mert a fejlesztések megtérülését túl nagy mértékben befolyásolják a politikai döntések.”

„Az autóipari beszerzéseket nagyon megfontolják, és az is igaz, hogy a nagyobb beszállítók nem magyarországi központtal működnek – zárta a beszélgetést Szabó Balázs. – Nem valószínű, hogy egy Bosch vagy Continental szintű beszállító Magyarországon fogja telepíteni az első TruDisk Pulse 421 zöld lézeres megmunkálócelláját. Az új technológiák jellemzően először Németországban jelennek meg a gyártásban. Egy japán tulajdonú autóipari beszállító viszont nagy valószínűséggel hamarosan üzembe állítja az első hazai zöldlézer-forrást. A világon az első ilyen gép Szlovéniában került telepítésre 2018 februárjában, és azóta problémamentesen, zéró selejtszámmal működik. Ezért azt gondolom, hogy hároméves időtávlatban egyik autóipari beszállító sem tudja elkerülni azt, hogy alkalmazza ezt a technológiát, ha meg akarja őrizni a megszerzett ügyfélkörét.”

Molnár László

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek