Att svetsa aluminium och plåt: två material, två utmaningar, en robot

För den som inte jobbar med metallbearbetning kan svetsning framstå som en och samma process oavsett material. I verkligheten är svetsning av aluminium och svetsning av tunnplåt två tekniskt sett ganska olika discipliner, med olika felkällor, olika krav på utrustning och olika skäl till att fler och fler legotillverkare i dag löser dem med robot snarare än för hand.

Aluminium: lätt att bearbeta, svårt att svetsa rätt

Aluminium har ett rykte om sig att vara ett enkelt material att jobba med, det är lätt, korrosionsbeständigt och formbart. Men just de egenskaperna gör metallen förrädisk att svetsa. Aluminium leder värme ungefär tre gånger så snabbt som stål, vilket gör att värmen som tillförs i svetsfogen omedelbart sprids ut i det omgivande materialet i stället för att stanna kvar där den behövs. Resultatet blir ojämna svetssträngar om inte strömstyrka och hastighet anpassas noggrant.

Till det kommer oxidskiktet. Ren aluminium bildar näst intill omedelbart ett tunt lager aluminiumoxid på ytan, ett skikt som smälter först vid omkring 2 050 grader, medan aluminiumet under smälter redan vid ungefär 660 grader. Utan att bryta upp oxidskiktet först riskerar svetsen dåligt sammansmältning och inneslutningar, vilket är en stor del av anledningen till att aluminiumsvetsning nästan alltid kräver växelström vid TIG-svetsning, den positiva halvcykeln bryter upp oxiden medan den negativa smälter grundmaterialet. Ytterligare en riskfaktor är porositet: fukt och olja på ytan eller i tillsatsmaterialet kan bilda gasbubblor som fastnar i den smälta svetsfogen och försvagar den färdiga fogen, vilket ställer högre krav på ren lagring av material och skyddsgas av hög renhet, vanligen ren argon, än vad många stålsvetsningar kräver. Aluminium saknar dessutom den färgförändring som stål visar strax innan smältpunkten, vilket gör att en svetsare inte kan lita på synintrycket för att avgöra när metallen är på väg att smälta, ytterligare ett skäl till att processen är svårare att bemästra manuellt än den ser ut att vara.

Plåt i stål: andra material, samma krav på precision

Svetsning av vanlig tunnplåt möter inte samma oxid- och värmeledningsproblem som aluminium, men ställer i stället höga krav på annat håll, särskilt i tunnare gods. Hög värmetillförsel vid konventionell MIG/MAG-svetsning riskerar att deformera tunn plåt, ge sprut som kräver efterarbete, och skapa måttavvikelser som gör att detaljer inte längre passar exakt i den slutliga konstruktionen. Just den kombinationen, tunnt material och krav på dimensionsstabilitet, är skälet till att flera nyare svetsmetoder utvecklats specifikt för att sänka värmetillförseln utan att offra svetshastighet, bland annat Cold Metal Transfer, CMT, en metod där svetstråden rör sig fram och tillbaka i stället för att matas fram kontinuerligt, vilket gör att bågen bara är aktiv under en kort brinntid per droppe. CMT fungerar dessutom väl för aluminium, och är i praktiken en av få metoder som hanterar båda materialens respektive svårigheter, låg värmetillförsel för plåtens skull och kontrollerad droppövergång för att hantera aluminiumets värmeledning och oxidproblematik, inom samma process.

Varför robotisering blivit standard snarare än nisch

Både svetsning av aluminium och tunnplåt belönar en sak mer än något annat: repeterbarhet. En svetsrobot upprepar exakt samma rörelse, vinkel och hastighet från detalj till detalj, vilket är svårt att matcha manuellt över en hel produktionsserie, särskilt när metoden i sig, som CMT, redan är känslig för små variationer i inställningar. I kombination med en stabil, robotstyrd båge blir svetskvaliteten betydligt jämnare över en hel serie än vad som är praktiskt möjligt med manuell svetsning i högre volymer, samtidigt som kraven på operatören förskjuts från själva svetsmomentet till programmering, fixturdesign och kvalitetskontroll. För en legotillverkare som arbetar med båda materialen innebär robotiserad svetsning dessutom att man kan hålla samma kvalitetsnivå oavsett om ordern gäller en aluminiumdetalj till en lätt konstruktion eller en plåtdetalj till en kapsling, utan att behöva två helt separata processer och kompetenser för varje material.

Blomdahls Mekaniska: aluminium och plåt under samma tak

Blomdahls Mekaniska i Herrljunga är ett exempel på en svensk legotillverkare som byggt sin verksamhet kring just den kombinationen, legotillverkning och svetsning av aluminium och tunnplåt inom samma organisation. I sin robotiserade svetsning använder bolaget CMT-tekniken för att foga samman gods med lägre värmetillförsel, vilket enligt företaget ger bättre måttstabilitet och är särskilt värdefullt vid svetsning av tunnare material som annars riskerar att ta skada av för hög värme. Utöver den rena måttnoggrannheten lyfter Blomdahls fram att metoden i praktiken eliminerar svetssprut och minskar behovet av efterbearbetning, samtidigt som den ger jämna, estetiskt tilltalande svetsfogar, egenskaper som väger tungt både för aluminiumdetaljer där ytan syns i den färdiga produkten och för plåtdetaljer som ska in i kapslingar där toleranserna är snäva.

Robotsvetsningen är enligt bolaget anpassad för produktion i något större kvantiteter, där särskilda fixturer tas fram för varje enskild produkt så att detaljerna hålls exakt på plats genom hela svetscykeln, en investering som kräver tillräcklig volym för att löna sig men som sedan ger både kortare genomloppstid och en konsekvent kvalitet som är svår att matcha för hand. Att kunna hantera både aluminium och plåt i samma robotiserade process, snarare än att outsourca det ena materialet till en annan leverantör, är i sig ett konkurrensmedel för en legotillverkare som vänder sig till kunder vars produkter kombinerar flera material i samma konstruktion.

CTM och robotteknik

Aluminium och plåt ställer i grunden olika krav på en svetsprocess, aluminiumets värmeledning och oxidskikt kontra plåtens känslighet för deformation vid hög värmetillförsel, men de möts i samma lösning: låg, kontrollerad värmetillförsel och hög repeterbarhet. Metoder som CMT adresserar båda problemen samtidigt, vilket är en stor del av förklaringen till teknikens spridning inom svensk legotillverkning de senaste tjugo åren. Robotiseringen i sin tur är det som gör att fördelarna faktiskt går att realisera i större serier, med en jämnhet som är svår att nå manuellt. Blomdahls Mekaniska är ett exempel på hur en mindre svensk verkstad byggt in just den kombinationen, aluminium och plåt, CMT och robot, i sitt löpande produktionsutbud snarare än att behandla den som en specialbeställning.