Schweissen von Premium-Karosserien aus Aluminium

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Für die Fertigung einer Kleinserie mit 70 000 Millimeter Schweissnahtlänge je Karosserie bietet sich manuelles Schweissen an. Neben der geringen Stückzahl sprechen dafür die zahlreichen, häufig kurzen und teilweise sehr schwer zugänglichen Fügestellen. Sie verbinden 16 Guss-, 146 Profil- und 197 Blechteile. Dies würde in automatisierten Prozessen einen hohen Vorbereitungsaufwand bedeuten. Widerstand-Punktschweissverfahren entfallen aus diesem Grund sowie auch wegen der schwierigen Zugänglichkeit und wegen der Geometrie der Schweisszangen. Gegen konventionelles Punktschweissen sprechen ausserdem geringe Produktivität und Prozesssicherheit.

Grenzen des WIG-Schweissens von Aluminium

Das bewährte WIG-Schweissen würde beim Rohbau des SLS AMG erhebliche Probleme aufwerfen. Denn es erzeugt bei relativ hohen Temperaturen und einer langen Schweisszeit einen hohen Wärmeeintrag in das Schweissgut. Schrumpfungen bis zu einem Millimeter pro Naht können die Folge sein. Weil die Nähte sich über die gesamte Karosserie – Chassis und Aussenhülle – verteilen, würden die Schrumpfungen dreidimensionale Verkürzungen ergeben. Ihre Wirkung in Abhängigkeit von den Nahtpositionen, -richtungen und -lagen zueinander sind hoch komplex. Zum Ausgleich wären grosse Spaltmasse erforderlich, die jedoch wiederum geringere Festigkeit und höhere Schrumpfung fördern würden. Die Ergebnisse dieses dynamischen, multifaktoriellen Bedingungsgefüges entziehen sich der CAD-Berechnung. Deshalb gelingt es nicht, passend grössere Bauteile zu ermitteln, die gefügt in Summe die gewünschten Karosserieendmasse ergeben. Im konkreten Fall würde 70 000-Millimeter-WIG-Schweissen am SLS AMG voraussetzen, alle Nähte mit entsprechenden Vorrichtungen zu schweissen, die Schrumpfung und ihre Auswirkungen zu testen und dann iterativ die Bauteile sowie die Vorrichtungen anzupassen. Eine weitere negative Auswirkung: Die lange Abkühlzeit der stark erwärmten Bauteile würde die Taktzeit unzulässig verlängern, oder eine teilweise parallele Linie wäre erforderlich.

Welches Schweissverfahren?

Magna Steyr suchte folglich ein Verfahren, das diese Nachteile vermeidet, aber die Vorzüge des WIG-Schweissens erfüllt. Dabei bietet das Plasma-Schweissen keine Alternative, weil es vom Wärmeeintrag her ähnliche Wirkungen hat. Übrig blieb die Option des MIG-Schweissens. Seine Wirtschaftlichkeit zählt zu den Positivposten. Negative Nebenwirkungen: Häufig zu geringe Nahtüberhöhungen besonders beim manuellen Schweissen, Spritzer- und Rauchentwicklung sowie eine mangelhafte Nahtoptik.

Werner Karner, verantwortlich für Fügetechnik im Versuchsbau, informierte sich während seiner Suche nach dem geeigneten Schweissverfahren auch über den «kalten» CMT-Prozess von Fronius. Sein Interesse weckten die CMT-spezifischen Eigenschaften wie geringer Wärmeeintrag, praktische Spritzerfreiheit und gute Spaltüberbrückung. Aus diesen Merkmalen resultieren sowohl geringer Verzug als auch geringe Nacharbeit. Allerdings existierten im industriellen Massstab nur automatisierte Versionen für das Roboterfügen. In Übereinstimmung mit seinem Vorgesetzten Manfred Kolar erörterte Karner die Möglichkeit einer manuell bedienbaren CMT-Version gemeinsam mit dem Ansprechpartner von Fronius.

Erfahrener Schweisser besser als Roboter

Bis zum Start über die Wahl des endgültigen Produktionsverfahrens blieben noch zwei Jahre, welche die Beteiligten intensiv nutzten. Grösse, Form und Gewicht des Brenners, der den reversierenden Drahtvorschub enthält, waren zunächst anzupassen. Die wesentlichen Steuerfunktionen müssen manuell, d.h. direkt am Brenner während des Schweissens, eingestellt werden können. Nur so kann der Schweisser die massgeblichen Vorteile des CMT nutzen: Flexibles und schnelles Reagieren auf unterschiedliche und sich ändernde Spaltmasse. In dieser Anwendung bedeutet dies eine klare Überlegenheit erfahrener Schweisser im Vergleich zum programmierten Roboter.

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