La tecnologia al plasma attivo a caldo ACERIOS di FRONIUS rimuove la contaminazione da particolato e film, sia da superfici metalliche che non metalliche. La casa automobilistica Audi utilizza ormai da due anni il processo per le parti sottili della carrozzeria in alluminio: laddove la lamiera deve essere preparata per la saldatura dei perni, ACERIOS è riuscita a ridurre significativamente i costi di pulizia sostenuti. Allo stesso tempo, è stata aumentata l’efficienza delle risorse.
“Nel peggiore dei casi, il guasto di una connessione bullonata a terra può portare alla rottura di un veicolo”, afferma il Dipl. Ing. Daniel Rudolph, lo sviluppatore tecnologico responsabile per le giunzioni e la costruzione leggera presso AUDI AG. “Nella produzione Audi A8, abbiamo impostato numerosi bulloni di messa a terra, dove dobbiamo assicurarci che ognuno sia perfettamente collegato. Ci impegniamo molto per soddisfare i requisiti di qualità.” Perché la qualità di ogni saldatura del perno è in gran parte determinata dalle proprietà della superficie. La contaminazione da oli di trafilatura e lubrificanti secchi, come quelli utilizzati nella formatura dei metalli, può portare a difetti nel giunto.
In molti casi, il problema della contaminazione può essere risolto con la stessa saldatrice: a questo scopo, il processo di saldatura vero e proprio è preceduto da un picco di corrente (clean flash), che pulisce la superficie di saldatura. Tuttavia, questo approccio non è più praticabile per fogli di alluminio di spessore inferiore a 2 millimetri, poiché l’apporto di calore è troppo elevato e il foglio si brucerebbe durante il processo di saldatura. Inoltre, durante questo processo possono formarsi dei pori che compromettono la qualità della cucitura.
Uno di questi componenti nella produzione Audi è, ad esempio, la paratia dell’Audi A8. È costituito da una lamiera in lega di alluminio (6xxx) e ha uno spessore di soli 1,5 millimetri nei punti in cui vengono saldati i bulloni rettificati: “Nei primi anni dopo l’inizio della produzione in serie, l’intero componente doveva essere pulito chimicamente e decapato in un modo complesso e costoso”, spiega Rudolph. “Solo allora siamo stati in grado di garantire in ogni caso la qualità al 100% richiesta della connessione saldata dei perni”.
Nel 2017, Audi stava per creare un nuovo stabilimento di produzione per quella che oggi è la quinta generazione della A8. E Audi voleva porre rimedio alla complessa pulizia chimica. Una possibile soluzione è stata individuata nella tecnologia al plasma attivo a caldo (HAP), sulla quale Fronius, fornitore di lunga data di tecnologie di saldatura e partner di sviluppo, stava già lavorando intensamente.
Poiché l’area di responsabilità di Rudolph include anche la valutazione di nuove tecnologie di produzione e il loro ulteriore sviluppo fino a quando non saranno pronte per la produzione in serie, gli specialisti della tecnologia di giunzione di Audi e Fronius hanno quindi collaborato intensamente. Questo approccio tecnico è stato poi sviluppato congiuntamente e qualificato per la produzione in serie. Rudolph chiarisce: “In Fronius, l’obiettivo principale era lo sviluppo della tecnologia di processo e di sistema. I test funzionali relativi all’applicazione, i test dei parametri, i test di durata e i test funzionali hanno quindi avuto luogo nel nostro stabilimento di produzione. Abbiamo anche affrontato la questione di come l’uso della tecnologia influisca su ulteriori catene di processo come l’unione, la resistenza, l’adesione della vernice e molto altro.
” I vantaggi del trattamento delle superfici con la tecnologia al plasma attivo caldo (HAP) ACERIOS di Fronius sono numerosi. Il plasma ad arco si trasforma in una fiamma per mezzo di un flusso di gas di protezione, che nel nucleo raggiunge temperature fino a 1.000°C. I processi termici e chimici innescati assicurano così che le superfici dei materiali siano parzialmente e precisamente liberate da residui organici e contaminazione filmica. Contemporaneamente viene attivata la superficie. Poiché l’arco in ACERIOS si crea tra l’ugello plasma e l’elettrodo di tungsteno della torcia, non è necessario un collegamento di massa al pezzo. Di conseguenza, anche i materiali non metallici possono essere puliti con plasma attivo a caldo.
“Abbiamo verificato ACERIOS – come tutte le nuove tecnologie che abbiamo considerato più da vicino – per la sua idoneità e determinate variabili di influenza, nonché possibili finestre di parametri. Insieme a Fronius, abbiamo quindi ottimizzato in modo rapido e mirato il prototipo per l’uso in serie “, afferma Rudolph. “Quindi i nostri progettisti di sistema e colleghi della produzione hanno iniziato a identificare una situazione di installazione favorevole”.
I responsabili della linea A8 hanno finalmente deciso di utilizzare ACERIOS in una cella robotizzata che avesse abbastanza tempo di inattività per pulire due aree, ciascuna con un’area di 12 cm². “Ecco perché il tempo a disposizione è stato addirittura sufficiente per aumentare il tempo di combustione di ACERIOS a sei secondi per punto di saldatura: di conseguenza, la distanza tra la torcia e il pezzo è di 30 mm. E possiamo quindi abbassare la corrente a 120 A senza alcuna perdita di effetto pulente “, aggiunge Jürgen Kolbenschlag, esperto di saldatura della carrozzeria A8.
“In questo modo proteggiamo le parti soggette a usura”, che sono state inizialmente modificate da Audi dopo 10.000 punti di pulizia. Si è scoperto che i limiti di usura erano ancora lontani dall’essere raggiunti. Lo scambio regolare è stato quindi continuamente esteso. E a metà del 2021, il limite delle parti soggette a usura non era ancora stato raggiunto, nonostante fossero stati impostati 25.000 punti di pulizia.
L’integrazione della tecnologia al plasma hot-active è stata facilitata dal fatto che i progettisti hanno potuto installare la torcia al plasma ACERIOS PCT 2000 stazionaria. A tale scopo era sufficiente un’area di lavoro minima all’interno del raggio d’azione del robot. “L’alimentatore non richiede nemmeno un metro quadrato di superficie, quindi potremmo posizionarlo ben al di fuori della cella tra le unità di alimentazione esistenti”, riporta Rudolph.
Il tempo di inattività precedentemente inutilizzato del robot viene utilizzato per trasportare la parete anteriore al bruciatore. Anche l’accessibilità al pezzo è molto buona grazie alla torcia stretta, in modo che la fiamma al plasma lavori esattamente perpendicolare e quindi perfettamente allineata alla superficie. Inoltre, non è necessario percorrere corsie durante il processo di pulizia: l’effetto di pulizia, che inizia dall’interno verso l’esterno, copre completamente l’area desiderata entro il tempo di combustione.
Anche il fatto che ACERIOS funzioni con l’economico gas protettivo argon ha aiutato Audi. In questo modo, la rete esistente ad anello di argon potrebbe essere utilizzata per alimentare le saldatrici MIG. Non ci sono quindi costi aggiuntivi.
Gli investimenti per l’utilizzo di ACERIOS presso Audi sono stati relativamente bassi. Tuttavia, questo non ha a che fare solo con la possibilità di un doppio utilizzo delle risorse esistenti e dell’hardware vario. La vasta esperienza di Audi con altri generatori Fronius e i loro bassi costi di manutenzione non sono stati gli unici fattori decisivi. Rispetto ad altre soluzioni per la pulizia parziale, il sistema HAP di Fronius si caratterizza per i costi di acquisto particolarmente bassi.
Ad esempio, a differenza dei sistemi basati su laser – che sono già circa un milione di euro nell’investimento di base. La configurazione ACERIOS è molte volte più economica qui. Compreso il rispettivo sistema di automazione, la soluzione Fronius si colloca nella fascia media a cinque cifre. Inoltre, non è necessaria alcuna cella robot separata e schermata, come richiesto dal sistema laser. Anche il consumo energetico è nettamente inferiore a quello di un laser per la pulizia. Inoltre, ACERIOS necessita di circa 15 litri di gas al minuto.
I risparmi ottenuti sono considerevoli anche rispetto alla solita e complessa pulitura ad umido, come conferma Rudolph: “Siamo stati in grado di ridurre i costi di pulizia per parete di fondo di un importo nella fascia più bassa dell’euro a una cifra e allo stesso tempo aumentare il efficienza delle risorse senza compromettere la qualità della pulizia. Il raggiungimento di risparmi comparabili nella costruzione dei veicoli è solitamente associato a costi significativamente più elevati”.
L’esperienza pratica di AUDI AG può essere utilizzata per riassumere: A causa dei bassi costi operativi e di acquisizione, l’uso di ACERIOS paga anche per piccole quantità, ma anche nella produzione su larga scala. Inoltre, la tecnologia HAP di Fronius è particolarmente utile negli spazi ristretti e nei compiti di pulizia selettivi in pochi secondi. ACERIOS amplia il portafoglio tecnologico di Audi.
Grazie a questi risultati costantemente buoni, Audi ha già integrato la tecnologia di pulizia di Fronius in un’altra area: in un componente del tunnel, anche le superfici per quattro saldature di prigionieri vengono pulite utilizzando la tecnologia HAP. “ACERIOS amplia in modo ottimale il portafoglio tecnologico a nostra disposizione”, conclude Rudolph. “Ogni volta che si tratta di saldare bulloni rettificati su componenti con pareti sottili, questa tecnologia HAP è ora immediatamente nella lista dei candidati come processo di pulizia”.
(fonte: Fronius International GmbH)
