Alumiinirakenteiden ja -liitosten robottihitsaus

Abstract

Alumiinilla on erityispiirteitä, jotka täytyy huomioida myös robottihitsauksessa, jotta laadukas hitsaus voidaan suorittaa. Hitsausparametrien vaikutus hitsin geometriaan muuttuu kappaleen lämmetessä, joten hitsausparametreja on muutettava myös hitsauksen aikana. Tässä diplomityössä tutkittiin 5000- ja 6000-sarjan alumiinien hitsaus- ja valmistusteknisiä erityispiirteitä. Myös alumiinin robottihitsauksessa hyödynnettäviä ohjelmointi- ja anturitekniikoita sekä niiden käytettävyyttä selvitettiin. Käytännön hitsauskokeissa tutkittiin hitsausparametrien vaikutusta pienahitsin geometriseen laatuun.

Kokeellisen osuuden tavoitteena oli selvittää parametrien vaikutus hitsin laatuun robotisoidussa MIG-hitsauksessa. Tutkittavana liitostyyppinä oli T-liitos, joka hitsattiin alapiena-asennossa pystylevyn ympäri. Muutettavia parametreja olivat langansyöttönopeus, lisäainelangan kärjen kohdistusetäisyydet, kuljetuskulma ja kallistuskulma. Parametrien vaikutus laatuun todennettiin visuaalisella tarkastuksella, laserskannauksella ja makrohietarkastuksella.

Kokeellisessa osuudessa havaittiin, että pintageometrista laatua voitiin parantaa kasvattamalla lisäainelangan kärjen kohdistusetäisyyttä pystylevystä käännöksen aikana. Kohdistusetäisyys kuitenkin heikensi hitsautumissyvyyttä, joten parametreja täytyy säätää lisää jatkotutkimuksissa. Kallistuskulman muuttaminen hitsauksen aikana havaittiin tarpeelliseksi, jotta pienahitsin kateettipoikkeamaa voitiin pienentää. Aloituspuolen havaittiin olevan kriittisempi verrattuna lopetuspuoleen, kun hitsattiin pystylevyn ympäri. Aloituspuolen hitsaus lämmitti kappaletta, joten lopetuspuolen hitsaus oli käytännössä esilämmitettyä, minkä ansiosta lopetuspuolella saavutettiin laadukkaampi liittyminen lähes kaikissa kokeissa. Tämä työ on toteutettu osana Business Finlandin rahoittamaa AluWeld-tutkimushanketta.

Aluminium has specific characteristics that must be considered in robotic welding to make high-quality welds. As the temperature of the workpiece increases, the welding parameters affect the weld geometry differently, requiring adjustments to the welding parameters during the process. This thesis examined the welding and manufacturing characteristics of 5000 and 6000 series aluminium alloys. It also investigated the programming and sensor technologies used in robotic aluminium welding and assessed their usability. In practical welding tests, the effects of welding parameters on the geometric quality of the fillet weld were studied.

The object of the experimental part was to determine the effects of parameters on the weld quality in robotic MIG welding. The joint type under investigation was a T-joint welded in horizontal position around the vertical plate. The adjusted parameters included wire feed speed, position of the filler wire tip in relation to vertical plate and base plate, travel angle and work angle. The effects of these parameters on the weld quality were verified through visual inspection, laser scanning and macrograph analysis.

The experimental part revealed that the geometric quality of the fillet weld could be improved by increasing the distance of filler wire tip from the vertical plate during welding at the tip of the vertical plate. However, this adjustment reduced weld penetration depth indicating that further optimization is required. Modifying the work angle during welding was found to be necessary to reduce unequal leg lengths of fillet weld. During welding around the vertical plate, the start side was found to be more critical compared to the end side. The welding of the start side heated the workpiece so the end side was welded on preheated material which resulted in better weld quality in almost all experiments. This work is part of AluWeld research project funded by Business Finland.