Tämä on hyvä uutinen, mutta se muuttuu aina vain paremmaksi, kun otetaan huomioon, että pitkästä, pitkästä aikaa suurin osa lähes puolet kiinteistä investoinneista tähtää kapasiteetin kasvattamiseen, eikä pelkästään kapasiteetin ylläpitoon. Alan t&k-investoinnit romahtivat vuonna 2012 kolmesta miljardista 2,2 miljardiin euroon ja ovat siitäkin vielä puolittuneet viidessä vuodessa. Epätyydyttävälle kannattavuudelle ei ole yhtä ja yksiselitteistä syytä. Sen selittää lähes täysin sähköja elektroniikkateollisuuden kehitystoiminnan siirtyminen ulkomaille. Suunnan muutos on merkittävä ja toivottavasti pysyvä. Kone kirii ohi kännykästä Tuotannollisten investointien pitkän aikavälin laskun ohella huolestuttavaa on tuotekehitysinvestointien alamäki. Mika Hämäläinen Toimittaja (free) mikahmlnn@gmail.com. Kokonaisuutena koneja metallituoteteollisuuden kannattavuus on niukin naukin plussalla. Investoimattomuus tietysti ajan myötä johtaa huonoon kilpailukykyyn ja huonoon kannattavuuteen, mutta on tässä muutakin. Kaikissa tapauksissa ei halukaan ole kovin vahva, koska huonosti kannattavalle yritykselle toiminnan kasvattaminen on aina riski. Halvat keinot käyttöön On huomattavaa, että vaikka koneja metallituoteteollisuudessa liikevaihto ja uusien tilauksien määrä on ollut kasvussa, ero hyvien ja huonojen yritysten välillä on suuri. Erot tässäkin yritysten välillä ovat suuret. Se tarkoittaisi, että teollisuuden tuotantokyky jatkaa laskuaan, ja viennin ja työllisuuden kasvu pysähtyy. Vuosina 2008-2010 koneja metallituoteteollisuuden t&k-investointien määrä oli seitsemäsosa sähköja elektroniikkateollisuuden t&k-investoinneista. Tuotannolliset investoinnit ylittivät viime vuonna tuotannollisen pääoman kulumisen määrän, mutta jos investoinnit eivät pysy hyvällä tasolla, on vaara, että pääomia kuluu taas enemmän kuin uutta luodaan. Jos asiassa haluaisi nähdä hyvän puolen, se voisi olla, että Nokialta ja sen alihankkijoilta vapautunut älyllinen kapasiteetti on joltain osin siirtynyt koneteollisuuteen rakentamaan tälle alalle tärkeää digitalisaatiota. Koneja metallituoteteollisuudessa t&k-investointien määrä on kasvanut tasaisesti. Se on pysynyt samoilla haminoilla vuosikaudet, eikä ole noussut edes nyt nousukaudella. Sarjatuotannossa yksittäisen työvaiheen ja prosessin kehityksen merkitys korostuu, mutta hyvä menetelmäsuunnittelu parantaa myös lyhyiden tuotesarjojen ja tilaustuotannon tuottavuutta. Sähköja elektroniikkateollisuuden innovaatioiden muuttaminen fyysisiksi tuotteiksi on työllistänyt myös koneenrakentajia. Runsaassa kymmenessä vuodessa panostus on kaksinkertaistunut. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 2 PÄÄKIRJOITUS Kasvu tarvitsee lisää investointeja Teknologiateollisuuden saamat uudet tilaukset ovat lisääntyneet jo kolmen vuoden ajan. Teollisuuden kapasiteetti on pitkän laman johdosta selvästi pienempi kuin kymmenen vuotta sitten, eikä volyymikasvu voi jatkua kovin kauan, ellei investointivauhti pysy korkeana. Tänä vuonna teknologiateollisuuden kiinteiden investointien odotetaan nousevan lähelle kolmea miljardia euroa. Asia on merkityksellinen myös koneja metallituoteteollisuuden kannalta. Teollisuuden kokonaisinvestoinnit Suomessa ovat alittaneet pääomien kulumisen jo kohta kymmenen vuoden ajan. Kaikkein polttavin patoutunut uuden tuotantotekniikan tarve ehkä on jo tyydytetty. Näillä seikoilla on suuri vaikutus työn tuottavuuteen ja ne ovat yleensä halpoja toteuttaa. Siksi yritysten kyky investoida ja kasvattaa kapasiteettiaan ei ole kovin vahva. Kun kasvun pääomaa on hävinnyt samanaikaisesti myös teollisuuden T&K-toiminnoista, näiden kokonaisvaikutus kansantaloudelle on huomattava. Tilausten mukana kasvuun ovat kääntyneet myös investoinnit. Niin konepajateollisuudessa kuin tekniikkaa toimittavissa yrityksissäkin toivotaan nyt, että nopeiden laskujen ja nousujen ajasta päästäisiin jo eroon, tasaisemman kehityksen aikaan. Työnsuunnittelu ja työpaikan kehittäminen viisaasti yhdessä tehtynä voi olennaisesti vaikuttaa työntekijöiden sitoutumiseen ja viihtymiseen. Monessa konepajassa ei ole huolehdittu riittävästi yksinkertaisista lattiatason asioista: ergonomian ja työmenetelmien ja työnsuunnittelun parantamisesta sekä materiaalien ja tiedonkulun selkeyttämisestä. Mikäli kehitys jatkuu ennallaan, on hyvin mahdollista, että jo tänä vuonna alojen suuruusjärjestys tässä suhteessa vaihtuu. Luku on korkein vuoden 2008 jälkeen. Investointien volyymin pitäisi kuitenkin vielä kasvaa reippaasti, että teollisuuden kapasiteetti tältä osin uusiutuisi ja modernisoituisi kilpailijamaiden tahdissa. Samoin on huomattavaa, että vaikka toiminnan volyymi kasvaakin, työn tuottavuus ja yritysten keskimääräinen kannattavuus eivät kasva. Teollisuuden investointien ja kiinteiden pääomien kehityksellä on suuri merkitys, koska teollisuusyritykset tuovat edelleen noin 80 prosenttia Suomen vientituloista
Tämän takia olemme kehittäneet vähäpäästöiset CLEAROSTA-hitsauspuikot ja -täytelangat ruostumattoman teräksen hitsaamiseen. CLEAROSTA Matalan CR6+ -pitoisuuden hitsauslisäaineet CR6+ pitoisuus MMA CLEAROSTA E vs Standardi 308L Verrannolliset huurujen ominaisuudet Tulokset on tuottanut TWI (The Welding Institute Ltd), Cambridge Iso-Britannia, kesäkuussa 2016. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 3 STANDARD E 308L UP TO -60% 1 2 3 4 5 STANDARD F 316L PF UP TO -60% 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.5 4.07 1.64 0.52 0.19 4.07 1.64 0.52 0.19 Annonce CLEARINOX_OER_210x297_GB__ 19/07/2017 10:31 Page1 Ympäristö sekä hitsaajien terveys ovat meille hyvin tärkeitä. CR6+ pitoisuus FCW CLEAROSTA F vs Standardi 316L CLEAROSTA F 316L CLEAROSTA E 308L Cr V | pit ois uu s (% ) Cr V | pit ois uu s (% ) infofi@lincolnelectric.eu www.lincolnelectric.eu. Innovatiivinen sarja hitsauspuikkoja ja täytelankoja, jotka vähentävät merkittävästi hitsaushuuruja sekä Cr6+-päästöjä jopa 60%
Muodonmuutosten jäädessä minimaalisiksi kokoonpanija kiittää, kun osat sopivat kerralla paikalleen ilman ylimääräistä, lisäarvoa tuottamatonta työtä. Hitsausnopeuksissa liikutaan metreissä minuutissa ja siten lämmöntuonti kappaleisiin on vähäistä. Limiliitosten käyttö antaa lasersäteen kohdistukselle enemmän pelivaraa, riippuen liitettävien levyjen limittymisleveydestä. Käyttämällä DFMA (Design for manufacturing and assembly) työkaluja voidaan rakenne käydä kokonaisvaltaisesti läpi; mm. Jos vastaavan painoinen rakenne toteutetaan 2t-paksuisena Kuva 1. Tällä tavoin on saavutettu merkittäviä painonsäästöjä mm. Eri materiaaleja ja ainepaksuuksia tarpeiden mukaisesti käyttämällä voidaan saavuttaa merkittäviä painonsäästöjä rakenteissa. Käyttämällä laserhybridihitsausta (laserja perinteinen valokaarihitsaus yhdessä) voidaan hitsiin tuoda lisäainetta hallitusti, jolloin voimakkaammin seostetuissa teräksissä saavutetaan hitsialueelle varmemmin sille halutut ominaisuudet, kuten korroosionkestävyys. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 4 Laserhitsausprosessien käyttö laajentaa tuotesuunnittelun mahdollisuuksia Laserhitsausprosesseissa useiden kilowattien teho fokusoidaan hyvin pieneen pisteeseen. Hyödyntämällä kaikki laserhitsauksen tuomat tuotteen suunnittelun mahdollisuudet voidaan rakenteista tehdä jäykkiä, keveitä, mittatarkkoja ja tasalaatuisia ratkaisuja. Koska lämpökuorma on vähäinen, rakenteeseen syntyvät muodonmuutokset ovat minimaalisia, mikä mahdollistaa mittatarkemmat kokonaisuudet. auton korirakenteissa, junan vaunuissa ja kuormaautojen lavoissa. Tyypillisesti syvätunkeumahitsausta tehdään halkaisijaltaan alle 1 mm:n polttopisteellä. Yksi hyvä esimerkki eri materiaalien käytöstä ovat räätälöidyt levyt, joita esimerkiksi autoja kuljetusvälineteollisuus on käyttänyt jo vuosikymmeniä. HT Laser Oy on toimittanut laserhitsattuja komponentteja asiakkailleen yli kymmenen vuoden ajan ja laajentaa laserhitsauspalveluiden tarjontaa entisestään ensi vuoden alusta lähtien. Esimerkiksi umpiteräksen ainepaksuuden ollessa t levyrakenne omaa jäykkyyden 1 ja painon 1. voin laserhitsaukseen. Päittäisliitosten hitsauksessa railonseurannan käytöllä varmistetaan lasersäteen kohdistuminen oikein liitokseen nähden. Ensin alalevyyn laserhitsataan ns. Vanha, kaarihitsattavaksi alun perin suunniteltu rakenne sopii sellaisenaan hyvin harLaserhitsaamalla keveitä ja jäykkiä sekä mittatarkkoja ohutlevyrakenteita Anna Fellman, Tero Haapakoski ja Jani Hänninen Laserhitsausja laserhybridihitsausprosessit ovat matalan lämmöntuonnin liittämisprosesseja, joilla voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia suuriinkin rakenteisiin. Laserhitsausta käyttämällä voidaan joissain tapauksissa luopua esim. Moni asia voi olla laserhitsausta hyödynnettäessä toisin kuin kaarihitsatussa rakenteessa.. hehkutuksista tai koneistuksista. Hitsit ovat itsessään myös pieniä ja tasalaatuisia, kiitos automatisoidun ja vakioidun hitsauksen. Myös eri ainepaksuuksia voidaan hitsata tarpeiden mukaisesti ja juohevoittaa levyjen välisiä liitoksia tuomalla lisäainetta. Siten on mahdollista käyttää eri teräslaatuja tarpeiden mukaisesti rakenteissa: kulutuskestävyyttä, lujuutta tai parempaa korroosionkestoa sinne, missä sitä tarvitaan ja muualla käytetään sitten edullisempia peruslaatuja. Rakennekokonaisuus näyttää myös siistimmältä, koska levykentät ovat tasomaiset eivätkä aaltoile. ydin, joka on ohutlevystä taivuteltu ”ryppypelti”. Laserhitsattavan tuotteen suunnittelussa tulee huomioida prosessin tarjoamat parannusmahdollisuudet tuotekokonaisuudessa. Usein hitsiä ei edes huomaa, vaan se naamioituu maalin tai muun pinnoitteen alle. Kennolevyissä kahden ohutlevyn väliin laserhitsataan taivuteltua ohutlevyä vastaavalla tavalla kuin aaltopahvissa. Tämän jälkeen ”ryppypellin” päälle asetetaan suora ohutlevy, joka hitsataan laserilla ”ryppypeltiin” kiinni. Laserhitsit ovat hyvin kapeita, joten lasersäde on kohdistettava tarkasti liitokseen etenkin päittäisliitoksissa, jotta hitsattavat pinnat ovat kunnolla sulaneet. Valo ei tiedä, mitä se hitsaa, joten laserhitsaus ei merkittävästi poikkea eri teräslaatujen välillä. Rakenteeseen voidaan lisätä myös paikoittavia elementtejä, kuten olakkeita ja kohdistusnastoja. Ohutlevykennoilla saavutetaan merkittäviä painonsäästöjä Yksi merkittävimmistä laserhitsauksen ratkaisuista ohutlevyrakenteisiin ovat kennolevyt. Kennolevy voidaan yksinkertaisimmillaan mieltää ristikkorakenteeksi, joka on äärimmäisen jäykkä. vähentää osia, yhdistellä ainepaksuuksia ja käydä koko valmistusketju läpi, kuva 1
Railojen valmistuksen ja kiinnityksen epätarkkuuksia voidaan kuitenkin kompensoida tuomalla laserhitsauksen kanssa samaan sulaan esimerkiksi MIG/MAG-hitsausprosessi. Kennon ytimen muoto voidaan valita käyttökohteen pohjalta. perusteräksillä vielä ainepaksuudet 10-15 mm. Tosin laserhitsauksessa pärjätään varsin hyvin 12—16 kW tehoilla. Laserhitsattujen kennolevyjen ydin voidaan valmistaa hyvin monenlaisista profiileista, putkista tai taivutetuista ohutlevyrakenteista. Kennolevyillä saavutetaan jäykempi ja lujempi rakenne kuin umpilevyllä, rakenteen kokonaispainon pysyessä samana. Lopputuloksena on tarpeettoman suuri lämmöntuonti. Kennolevy voidaan myös pintakäsitellä Kuva 2. Ongelmia saattaa seurata nopean jäähtymisen kautta hitsin kovuudessa, jos hitsataan pelkällä laserilla. Testissä kenno on valmistettu 0,5-0,75 mm paksuista DC01-levyistä. Paksujenkin terästen hitsaus onnistuu laserilla Laserhitsaus on yleisesti mielletty ohutlevyjen hitsausmenetelmäksi, mitä se on toki ollutkin aiemmin, kun lasereissa oli saatavilla 4-6 kW lasertehoa. Laserja laserhybridihitsausta hyödynnetään vielä ainepaksuuden 15 mm jälkeenkin, koska prosessilla voidaan tuottaa myös Kuva 5. halutulla tavalla. Jos tästä mennään paljon suurempiin tehoihin, ei pysytä enää metallurgisesti oikeilla raiteilla, vaan ongelmia alkaa tulla liian nopean ja syvän tunkeuman kautta mm. Konkreettisesti kennon lujuudesta ja jäykkyydestä saa käsitystä kuvan 3 testistä, jossa puutukien päällä olevan kennolevyn päälle on ajettu pakettiautolla, eikä kennossa ole havaittavissa minkälaista taipumaa. Asiaa voidaan kuitenkin lievittää käyttämällä laserhybridihitsausta, jolloin kaarihitsauksen tuoma lisälämpö ja lisäaineen seostusmahdollisuus vähentävät karkenemista ja kovuuden kasvua. Tällä tavoin muodostetulla laserhybridihitsausprosessilla mahdollistetaan railon täyttyminen tapauksissa, joissa ilmarako pääsee avautumaan tai ei ole mahdollista saavuttaa täysin ilmaraotonta liitosta. Erikoisemmat kennolevyt mitoitetaan asiakaan tarpeen mukaan. Kennon ydin voi koostua eri variaatioista, joita on havainnollistettu kuvassa 4. HT Laser valmistaa myös vakiomitoitettua 16 mm korkeaa kennolevyjä, josta voidaan leikata asiakkaan tuotteen mukaisia osia vesisuihkuleikkauksella, kuva 5. Jos rakenteen paksuutta voidaan vielä lisätä ja kennon korkeudeksi tehdään 4t, jäykkyys ja taivutuslujuus kasvavat edelleen, painon pysyessä edelleen samana. HT Laserilla tehdyssä ”kenttätestissä” havaittiin, ettei kennolevy taivu, vaikka sen päälle ajetaan pakettiautolla. Näillä paksuuksilla laserhitsaus on mahdollista suorittaa yhdellä palolla, ja lopputuloksena syntyvä hitsi on lujuusominaisuuksiltaan perusainetta vastaava. Viime vuosina laserresonaattoreiden maksimitehot ovat kasvaneet ja tänä päivänä saatavilla on lasereita jopa 500 kW tehoon saakka. Muita ihanteellisia käyttökohteita ovat mm. Tämähän tulee jopa välttämättömäksi runsasseosteisilla teräksillä, jotta liitokselle saavutetaan haluttu metallurgia ja ominaisuudet. Kuva 3. Kennon korkeus on 16 mm. tehosta suuri osa jää hitsin pintaan ja heijastuu ympäristöön eikä lisää enää hitsin tunkeumaa merkittävästi. Hitsi ei kuitenkaan ole hauras, vaan hyvinkin sitkeä, kiitos hyvin hienojakoisen mikrorakenteen. Kennon resonointitaajuudet ovat lähellä valettuja rakenteita, mistä syystä kennorakenteita voidaan ajatella käytettävän erilaisissa koteloissa ja suojissa. Vakiokennolevy, josta voidaan leikata haluttuja muotoja vesisuihkuleikkaamalla.. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 5 laserhitsattuna kennona, sen jäykkyys on 7, taivutuslujuus 3,5 ja paino pysyy jokseenkin samana kuin umpilevyllä. ajoneuvojen, junien ja lentokoneiden rakenteet, kantavat rakenteet silloissa ja ylityksissä sekä laivanrakennuksessa, lattiaja kattorakenteet sekä sirpalesuojat ja huuvat. Lisäksi isoissa rakenteissa suurilla ainepaksuuksilla railon tarkkuuksien hallinta muodostuu ongelmaksi, sillä matalakin lämmöntuonti saa aikaan pientä muodonmuutosta ja huonosti kiinnitettynä railot pyrkivät ”karkaamaan” toisiltaan. Toisaalta hallitulla lisäaineen tuonnilla on mahdollista myös seostaa hitsiä halutulla tavalla. Laserhitsin tunkeuma ei kasva lineaarisesti lasertehon kasvaessa, vaan jossakin vaiheessa laserKuva 4. hitsin kovuuden, halkeilun ja kapeuden takia. Esimerkkiä on havainnollistettu kuvassa 2. Esimerkiksi duplex-teräksillä hitsattaessa pelkällä laserilla hitsiaineesta tulee liian ferriittinen nopean jäähtymisen takia ja tämän takia hitsiliitokseen on tuotava lisäainetta, jotta saavutetaan mahdollisimman lähelle perusainetta vastaava austeniitti-ferriitti-suhde. Varsin turvallinen laserhitsauksen sovellusalue on ns. Osia on mahdollista liittää toisiinsa tai ympäröiviin rakenteisiin esimerkiksi pulteilla ja listoilla
Pohjapalko hitsataan laserilla tai laserhybridihitsauksella ja täyttöpalkoon käytetään laserhybridihitsausta tai MIG/MAG-hitsausta. Työasemaan liitetään Trumpfin 12 kW kiekkolaser sekä Froniuksen TPSi MIG/MAG-hitsauslaitteisto tekemään laserja laserhybridihitsausta. Lasersäteen kohdistuminen oikein railoon nähden varmistetaan Precitecin railonseurantaratkaisulla. Muutamia esimerkkejä laserilla ja laserhybridihitsauksella tehdyistä monipalkohitseistä on esitettynä kuvassa 6. Puhumattakaan vähäisemmästä lämmöntuonnista, joka vähentää muodonmuutoksia ja siten tarvittavaa jälkityötä hitsauksen jälkeen. Tällä tavoin voidaan hitsausajassa säästää merkittävästi verrattuna siihen, että liitos hitsattaisiin kokonaan kaarihitsauksella. Näiden muutosten tekemisessä HT Laser on toiminut tiiviissä yhteistyössä asiakkaan kanssa, jotta ollaan saavutettu asiakkaan haluama lopputulos, joka on hyvin valmistettavissa. Laserja laserhybridihitsattuja monipalkohitsejä. Asiakkaille on toimitettu erilaisia kenno-, palkkija muita rakenteita. HT Laser on toteuttanut asiakkailleen useita tuotekehitysprojekteja, joissa on laserhitsauksen tuotesuunnitteluun tarjoamilla muutosmahdollisuuksilla saavutettu jopa 400 % painon pudotuksia kokonaisrakenteessa. Yleisesti ottaen asiakkaat ovat saavuttaneet näillä ratkaisuilla selkeitä kilpailuetuja mm. Tällä on lopputuotteessa saavutettu pienempää polttoaineenkulutusta tai voitu ottaa enemmän hyötykuormaa ja siten säästetty merkittävästi tuotteen loppukäytössä. Team Lappeenranta valmiina aloittamaan laserhitsaustyöt. Alakuvan hitsissä pohjapalko on hitsattu laser+MAGhybridihitsauksella (laserteho 12 kW) ja pintapalko MAG:lla. painon säästön, mittatarkkuuksien ja laadun suhteen. Kuvassa 8 Team Lappeenranta valmiina toteuttamaan laserhitsattuja tuotteita. Työaseman ympärille rakennetaan aktiivinen lasersuojaseinä ja -katto. HT Laserin laserja laserhybridihitsausmahdollisuudet HT Laserin Keuruun (aiemmin Haapamäki) toimipiste on toimittanut asiakkailleen laserhitsattuja kokonaisuuksia jo yli kymmenen vuoden ajan. Lappeenrannan Skinnarilassa sijaitsevan Lappeenrannan toimipisteen ensimmäiset toimenpiteet liittyvät vanhan portaalityöaseman modernisointiin, kuva 7. Ratkaisut ovat aina vaatineet muutoksia rakenteessa ja mahdollistaneet merkittäviä parannuksia kokonaisuudessa. Toimipisteestä on mahdollista jatkossa saada koko valmistusketju laserleikkauksesta ja särmäyksestä lähtien päätyen robotisoituun MIG/MAG-hitsaukseen sekä MIG/ MAGja TIG-käsinhitsaukseen. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 6 monipalkohitsausta. Yläkuvan hitsissä pohjapalko hitsattu 10 kW laserteholla ja pintapalko hitsattu MAG:lla. HT Laser suunnittelee ja valmistaa itse työaseman mekaniikkaratkaisut. Tarkoitusta varten on Lappeenrantaan avattu uusi toimipiste, jossa keskitytään laserja laserhybridihitsattujen rakenteiden tuottamiseen. Periaatekuvia Lappeenrannan toimipisteen lasertyöstö-portaalityöasemasta.. Anna Fellman Yksikön päällikkö, HT Laser Oy Lappeenrannan yksikkö anna.fellman@htlaser.fi Tero Haapakoski Menetelmäkehitysinsinööri, HT Laser Oy tero.haapakoski@htlaser.fi Jani Hänninen Myyntipäällikkö, HT Laser Oy Keuruun yksikkö jani.hanninen@htlaser.fi Kuva 6. Vasemmalta laserhitsausoperaattorit Jarkko Virtala, Mika Kervinen ja Tuomas Kuivalainen sekä yksikön päällikkö Anna Fellman. Kokonaisuuden toteutuksesta vastaa HT Laserin menetelmäkehitystiimi yhdessä yhteistyöverkostonsa kanssa. Kuva 8. LUT:lta tuotantotiloihin jääneeseen ja HT Laserin ostamaan työalueeltaan 11 x 2,5 x 1,5 m portaalityöasemaan uusitaan täysin ohjaus ja Z-liike. Vielä vähän aikaa odotellaan laserhitsauslaitteita ja odotellessa hitsataan käsin MIG/MAG:lla. Laserhitsauksen hyödyntäminen on nähty tulevaisuuden kasvualueeksi, ja siten kapasiteettiin on päätetty investoida voimakkaasti. Kuva 7. Työasemassa tulee olemaan mahdollista tehdä myös laserleikkausta, joten hitsattuihin rakenteisiin tehtävät aukotukset on mahdollista tehdä samassa työasemassa
Ralliauto-projektista voi lukea lisää osoitteesta: https://www.oamk.fi/fi/ tutkimus-ja-kehitys/nrc/ Suurlujuusterästen ja kennorakenteen yhteisvaikutuksesta luodit ja sirpaleet pysähtyvät entistä ohuemmilla rakenteilla. Kartonkikoneen vesilevystö odottamassa lastausta. Kun kennorakenteissa ryhdytään käyttämään ultralujia teräksiä, päästään kennorakenteiden lujuudessa ja ominaisuuksissa jälleen aivan uudelle tasolle. Kuva 2. Tällaisia kennoja käytetään levymäisissä rakenteissa kuten paperikoneiden vesilevystöissä, huuvissa ja erilaisissa luukuissa ja välipohjissa. Balpro®-sarjaa nostetaan auton kyytiin.. Kohteisiin, Kuva 3. Laserhitsaus on tehokas ja tarkka tapa hitsata kennoja. Laserhitsaus ja kennorakenteet Harri Pekkanen Kuva 1. joissa tarvitaan jäykkyyttä molempiin suuntiin, on Kenno Tech kehittänyt kennoja, joissa ytimiä kulkee molempiin suuntiin. Lisää tuotteesta voi lukea osoitteesta: http://www.kenno-shield.com/balpro/ Tavallisen laserhitsatun kennon jäykkyys on suurempi ytimien suunnassa. Kun puhutaan laserhitsatusta kennorakenteesta, tarkoitetaan yleensä rakennetta, jossa kahden pinta levyn väliin on hitsattu pituussuunnassa ytimet. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 7 Laserhitsatut kennorakenteet ovat usein ratkaisu, kun tarvitaan entistä kevyempiä, mittatarkempia ja kantavampia rakenteita. Tämä on mahdollistanut nopeasti siirrettävän modulaarisen suojaseinäjärjestelmän valmistamisen. Peruskenno. Kun tarvitaan erityisen keveitä ja jäykkiä rakenteita yhdistetään suurlujuusteräkset ja molempiin suuntiin jäykät kennot kuten Oulun korkeakoulun WRC-ralliauto projektissa. Tästä esimerkkinä ovat Puolustusvoimien kanssa yhteistyössä kehitetyt Balpro®-sirpalesuojasarjat
Kennopohjia käytettiin, kun Porvooseen tehtiin kelluva merivartiostoasema. Balpro®-suojaseinä rakenteilla Libanonissa. käyttökohteita. Kaleidoskooppi. Kuva 4. kerroksen asennus menossa. Laserhitsatuille kennorakenteille keksitään koko ajan uusia sovelluksia ja Kuva 5. Näin isojen elementtien rakentaminen vaati keveitä ja jäykkiä pohjarakenteita. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 8 Laserhitsattu kennorakenne oli myös ratkaisu taiteilijan vaatimuksiin, kun Flooranaukiolle Arabianrantaan Helsingissä rakennettiin taideteos, 30 metriä pitkä kaleidoskooppi. Asema haluttiin rakentaa valmiiksi sisätiloissa. Harri Pekkanen toimitusjohtaja Kenno Tech Oy Riihimäki harri.pekkanen@kennotech.fi www.kennotech.fi www.kenno-shield.com. Kuva 6. Siihen voi käydä tutustumassa paikan päällä Arabianrannan Flooranaukiolla Helsingissä osoitteessa Toukolankatu 17. Merivartioaseman 2
Vuonna 2015 kuitulasereiden liikevaihdon markkinaosuus ylitti 50 %. Laitetoimittajat lisääntyvät, joten myös hinta kehittyy loppukäyttäjälle suosiolliseen suuntaan. Merkkausta tehdään tyypillisesti kymmenien tai satojen wattien laitteilla. Ensimmäiset teollisuuslaserit olivat suurikokoisia CO 2 -lasereita, kun taas nykyaikaiset laserit ovat pieniä, modulaarisia ja lähes huoltovapaita dioditai kuitulasereita. remote welding) käytettäessä voidaan hitsata paikoissa, joissa luokse päästävyys on hankalaa. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 9 Lasertyypeistä ja niiden ominaisuuksista Metallien työstössä käytetään yleensä suuritehoisia, kilowattien teholuokkaa olevia lasereita. Etähitsausta (engl. Laserhitsaus ei ole yleistynyt yhtä nopeasti kuin leikkaus. avaimenreikähitsausta (engl. hitsausrailojen valmistusta. Kun kaarihitsauksessa hitsin syvyyden ja leveyden suhde on pienempi kuin yksi, se on avaimenreikähitsauksessa tyypillisesti luokkaa 3 10. Lisäksi railonvalmistuksen ja kappaleiden kiinnityksen tarkkuusvaatimukset yleensä kasvavat laserhitsaukseen siirryttäessä, sillä laserhitsaus on pääsääntöisesti lisäaineetonta. Uusimmat suuriteholasertyypit ovat diodija kuitulaser. key-hole welding), jossa syntyvä hitsi on syvä ja kapea. Leikkauksen tehokkuus paranee lasertehon kasvaessa ja säteenlaadun parantuessa. Nd:YAGja kiekkolasereissa säde syntyy kiinteän kiteen sisällä, minkä vuoksi niitä kutsutaan myös kidelasereiksi. säteen absorptioon kappaleeseen ja sen vaarallisuuteen silmille. Lasertyyppi Maksimiteho (kW) Säteenlaatu Hyötysuhde (%) CO 2 20 Hyvä 10 Nd:YAG <10 Kohtalainen 20 Kiekko 16 Hyvä 20 Diodi 25 Kohtalainen 50 Kuitu > 100 kW Erinomainen 40 Lasereiden sovelluskohteista Leikkaus on tärkein lasereiden sovelluskohde ohutlevyteollisuudessa. Nykyaikaisilla lasereilla voidaan tehdä helposti myös viisteleikkausta helpottaen näin esim. Yleisin käytössä oleva lasertyyppi on hiilidioksidilaser (CO 2 ). Vuosittainen kasvu on noin 10 % luokkaa, kun taas esimerkiksi hiilidioksidilasereilla kasvuluvut ovat negatiivisia. Tämä tehotiheys on mahdollista saavuttaa kaikilla nykyaikaisilla suuriteholasereilla. Kaikilla lasertyypeillä on ominainen aallonpituutensa, joka vaikuttaa mm. Laserhitsauksen etuja ovat mm. Taulukko 1. Taipumia vähentää myös kauttaaltaan lähes saman levyinen laserhitsin muoto. Laserhitsauksesta puhuttaessa tarkoitetaan yleensä ns. Laserin käyttö ohutlevytuotannossa Tapio Väisänen Ensimmäinen lasersäde syntyi vajaat 60 vuotta sitten. Laitteiden kehityksessä tehon, hyötysuhteen ja säteenlaadun suhteen ei näy hidastumisen merkkejä. Toiseksi suurin kuitulasermodulien valmistaja on Suomessa toimiva Corelase Oy, joka kuuluu Coherent-konserniin. nopeus ja pieni kokonaislämmöntuonti, minkä johdosta muodonmuutokset ovat pieniä. Laserien ominaisuuksien suuntaa antavia arvoja. Kaikkien lasertyyppien hinta nousee tehon kasvaessa. Suurin kuitulasereiden valmistaja on IPG Photonics, jolla on laaja laservalikoima ja suurimmat tehot ovat jopa yli 100 kW. Ilmaraot päittäisja päällekkäisliitoksessa on minimoitava. Yhden millimetrin paksuisen hiiliteräksen leikkausnopeus kuitulaserilla voi olla jopa yli 50 m/min. Muiden suuriteholasereiden aallonpituus on luokkaa 1 000 nm, paitsi CO 2 -laserin, jonka aallonpituus on 10 600 nm. Muita sovelluskohteita ovat lasermerkkaus, -juottaminen, -karkaisu ja -puhdistus sekä ainetta lisäävä valmistus ja useat laseravusteiset prosessit, kuten laseravusteinen lastuaminen (LAM) ja laseravusteinen painomuovaus. Uusien laitteiden myynnissä kuitulaser on kuitenkin ajanut CO 2 -laserin ohi. Laserilla voidaan lisäksi leikata lähes kaikkia materiaaleja. Kuitulaserit metallien työstösovelluksissa Kuitulaserit valtaavat alaa teollisuuslasereissa. Yleistymisen esteinä on arveltu olevan, että laserhitsausta pidetään kalliina ja tekniikkaa ei tunneta tarpeeksi hyvin. Laserleikkausta käytetään tyypillisimmin juuri ohuiden levyjen (t<5 mm) leikkaukseen, mutta suuritehoisella laserilla voidaan leikata terästä useiden kymmenien millimetrien paksuuteen asti. Avaimenreiän muodostumiseen vaaditaan lasersäteen tietynsuuruinen tehotiheys (intensiteetti), joka on suuruudeltaan noin 1 MW/cm 2 . Sen jälkeen lasereiden käyttö on yleistynyt ja monipuolistunut nopeasti. Absorptio suurenee aallonpituuden pienentyessä. Diodilasereilla säteenlaatu on suhteellisen huono, kuitulaserilla puolestaan erittäin hyvä. Corelasen uudessa ARM-kuitulaserissa (Adjustable Ring Mode) sama laite tuottaa kaksi sädettä, jotka. CO 2 -laserin aallonpituus ei ole silmälle yhtä vaarallinen kuin lyhyemmät aallonpituudet. Erityyppiset laserit ovat erihintaisia. Kuitulaseria käytettäessä leikkausnopeudet voidaan moninkertaistaa perinteiseen CO 2 -laseriin verrattuna
Hämeen ammattikorkeakoulu lasersovellusten tutkijana Hämeen ammattikorkeakoulun (HAMK) Riihimäen yksikössä on jo lähes 20 vuoden ajan tehty lasertutkimusta. Näiden tehoja voidaan muuttaa toisistaan riippumatta. Lisäksi HAMKissa on tutkittu laserin soveltuvuutta erilaisiin käyttökohteisiin lukuisiin yrityskohtaisiin TKItoimeksiantoihin pohjautuen. Hämeen ammattikorkeakoulun TKI-toiminta on keskitetty tutkimusyksiköihin. Lasertutkimusta tehdään Ohutlevykeskus-tutkimusyksikön alaisuudessa. Kuva 2. Lasereiden tehoa voidaan säätää erikseen. vähäinen huollontarve, hyvä säteenlaatu, korkea hyötysuhde ja hyvä absorptio useimpiin materiaaleihin. Tapio Väisänen Yliopettaja Hämeen ammattikorkeakoulu tapio.vaisanen@hamk.fi. Leikkauksessa vastaavasti leikkausnopeus on suuri ja railo kapea. Tekes-hankkeita on ollut tähän mennessä kolme ja niissä on ollut mukana yhteensä noin 20 yritystä. Tällöin voidaan vaikuttaa hitsin kokonaislämmöntuontiin ja siten kovuuteen. Kuitulaserilla hitsattaessa saadaan kapeallekin hitsille syvä tunkeuma ja hitsausnopeus voidaan pitää suurena. Ohutlevykeskus tarjoaa laitteet ja pitkän kokemuksen tuoman osaamisen tutkimusja kehitystoimeksiantoihin lasertekniikassa ja monilla muilla ohutlevytekniikan osa-alueilla. Saadun säteen tehojakauma mahdollistaa esimerkiksi lisäaineellisen avaimenreikähitsauksen, kuva 2. Leikkauksessa ja hitsauksessa laitteisto sopii parhaiten aineenvahvuuksille kolmeen millimetriin saakka. muodostavat ytimen ja kehän. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 10 Kuva 1. Lisäksi samalla laitteella voidaan tehokkaasti leikata kaikkia levynpaksuuksia aina 30 mm saakka. Kuitulasereiden käyttöä puoltavat mm. Laitteistona on kaksi diodilaseria (1 kW ja 2 kW) sekä yksi kuitulaser (1 kW). laser-laser-hybridi, kuva 1. HAMKissa on tutkimushankkeita ja TKItoimintaa useimmilla edellä mainituilla sovellusalueilla. Tällä saavutetaan etuja esimerkiksi alumiinin ja sinkittyjen levyjen hitsauksessa. Laser-laser-hybridisäteen tehojakauma (keskipiikin intensiteetti 1,9 MW/cm 2 ). Erikoislaitteistona on säteiden yhdistäjä, jonka avulla saadaan muodostettua diodija kuitulaserin yhdistelmä, ns. ARM-kuitulasereiden tehoalue ulottuu 10 kilowattiin asti. Säteiden yhdistäjä ja kaksiytiminen optinen kuitu. Laserpää on liitetty nivelvarsirobottiin, mikä mahdollistaa 3D-sovellukset
Hitsin tunkeuma voi olla jopa 10 kertaa suurempi kuin hitsin leveys ja voi olla jopa 25 mm. Yksi tärkeä tekijä on roiskeiden syntyminen ja niiden seurauksena massahäviöt hitsissä. Tämä on ristiriidassa teollisuuden tuotantolaitosten vaatimuksiin, joissa tähdätään lyhyempiin jaksoaikoihin tuotannossa. Rajoitteet hitsattaessa kuituvälitteisellä laserilla Lisääntyvät roiskeet suurilla syöttönopeuksilla: . Matalat ja syvät hitsit voidaan tuottaa ilman kontaktia suurilla syöttönopeuksilla. Kuva 2 havainnollistaa rakenneteräksen hitsauksessa syntyviä roiskeita. Hitsattaessa rakenneterästä kuituvälitteisellä laserilla massahäviöt hitsissä alkavat, kun syöttönopeus on yli 5m/min. Silti modernien laserien käyttö ei ole täysin ongelmatonta. Datapisteiden väri kertoo saavutetusta hitsin laadusta. Tähän asti hyväksyttävään roiskeiden määrään on päästy vain alle 5 m/min hitsausnopeuksilla, mikä johtaa alhaiseen tuottavuuteen. Optiikan suojalaseja täytyy vaihtaa useammin, joka lisää kuluja. Brightline Weld -laserhitsauksella rakenneteräksen laserhitsausnopeutta voidaan kasvattaa noin 300 Kuva 1. Vihreä: Hitsi on korkealaatuinen, joka täyttää nykyiset vaatimukset. Massahäviöiden riski suurilla syöttönopeuksilla johtaa reunahaavaan, joka heikentää sauman lujuutta sekä laatua. Pienempi roiskeiden määrä prosessissa johtaa huomattavasti suurempiin nopeuksiin. Kuituvälitteiset laserit, joista säde ohjataan kuidulla työpisteelle, ovat täydellinen perusta tuotannon nopeuttamiselle. Tavanomaisessa laserhitsauksessa laatuongelmia esiintyy hitsausnopeuden ylittäessä 5 m/min. Yleisesti nämä ongelmat kasvavat, kun hitsausnopeutta sekä lasertehoa kasvatetaan. Ongelmia suurilla hitsausnopeuksilla ovat esimerkiksi roiskeet, jotka aiheuttavat työkappaleiden ja kiinnittimien likaantumista. Kuva 3 esittää hitsin syvyyden riippuvuutta nopeudesta hitsattaessa rakenneterästä 5 kW laserteholla tavanomaisella sekä BrightLine Weld -hitsausmenetelmillä. Silti hitsausnopeudet ovat rajalliset laserhitsauksessa. Keltainen: Hitsi on keskitasoa, joka ei täytä kaikkia vaatimuksia mutta on riittävä joissakin tapauksissa. Roiskeiden vähentäminen laserhitsauksessa Valtteri Lintunen ja Jari Hovikorpi Vaiheajan lyhentäminen sekä tuottavuuden kasvattaminen ovat yhä isommassa sekä kasvavassa roolissa teollisessa tuotannossa. Punainen: Hitsi on huonolaatuinen eikä ole hyväksyttävä. Tunkeuman riippuvuus hitsausnopeudesta. Tästä johtuen hitsi on reikäinen, eikä ole hyväksyttävä. Pieni lämmöntuonti minimoi kappaleeseen lämmöstä johtuvat muodonmuutokset. Kuva 1 havainnollistaa roiskeiden syntymistä hitsattaessa rakenneterästä laserilla. Etenkin autoteollisuudessa, jossa yhden auton laserilla hitsattujen saumojen määrä voi olla jopa 60 m, on tärkeää, että tuotantoaikaa saadaan lyhennettyä hitsausnopeutta kasvattamalla. Voimakasta roiskeiden syntyä hitsattaessa rakenneterästä kuituvälitteisellä laserilla. Violetti: Tästä hitsausnopeudesta alkaen esiintyy humpingia. . . Kuva 2. Laserhitsit ovat korkealaatuisia. Uudella hitsaustekniikalla BrightLine Weld, TRUMPF tarjoaa ensi kertaa ratkaisun näihin ongelmiin. Kiinnittimet likaantuvat ja vaativat puhdistusta, joka johtaa seisokkeihin. Tavanomainen laserhitsausmenetelmä verrattuna TRUMPF BrightLine Weld -laserhitsaukseen.. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 11 Laserhitsaus Verrattuna tavalliseen hitsaukseen, laserhitsaus mahdollistaa sulattavansekä syvätunkeumahitsauksen. Vaikka hitsausparametrit olivat samat kuin kuvassa 1 (P= 5 kW, v= 10m/min), niin vain hyvin vähän roiskeita on havaittavissa. Minimalisoitu roiskeiden muodostuminen hitsattaessa rakenneterästä TRUMPF BrightLine hitsausmenetelmällä. Lähes roiskeeton hitsaus TRUMPF BrightLine -hitsaus on uutta teknologiaa joka mahdollistaa lähes roiskeettoman laserhitsausprosessin suurillakin hitsausnopeuksilla. Kuva 3. Laserhitsit ovat korkealaatuisia 20 m/min nopeuteen asti
Tavanomaisessa laserhitsausmenetelmässä on havaittavissa kasvavaa massahäviötä 5 m/ min hitsausnopeuden ylittyessä. Minimaalinen roiskeiden synty sekä vähäisempi kontaminaatio laskee kustannuksia. Kuinka tämä laserhitsaus toimii teollisuudessa. Saman tunkeuman hitsiin tarvitaan pienempi teho. Kuva 6 BrightLine Weld laserhitsaus prosessin hitsisula on stabiilimpi ja roiskeettomampi verrattaessa perinteiseen yhden polttopisteen laserhitsaus menetelmään.. BrightLine Weld -hitsausmenetelmällä hitsit tehtiin lähes roiskeettomasti (<0.4 mg/mm) 20 m/ min hitsausnopeuteen asti. Samaan aikaan kaikki BrightLine Weld -menetelmällä tehdyt hitsit olivat korkealaatuisia. Kuva 4 esittää massahäviöitä ruostumattoman teräksen hitsauksessa. BrightLine Weld hitsaus voimansiirrossa. Rakenneteräksen hitsausnopeutta voidaan kasvattaa ilman ongelmia 300 % sekä ruostumattoman teräksen 100 %. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 12 % verrattuna nykyiseen laserhitsausmenetelmään. . . muodostuvan avaimenreiän suuaukko on suurempi, mahdollistaen metallihöyryjen vapaamman purkautumisen. (2) Lasersäteen kytkentä kuidun koaksiaaliseen uloimpaan ytimeen. Oikeilla parametreilla hitseissä ei esiinny reunahaavoja eikä lopetusvirhettä. Edut BrightLine Weld -laserhitsaumenetelmässä TRUMPF BrightLine Weld -laserhitsauksesta saavutettavia suurimpia etuja ovat: . Vähennetystä energiatuonnista johtuen muodonmuutokset ovat erittäin pieniä. Kuituvälitteisen TruDisk laserin lasersäde kytketään niin kutsuttuun 2in1 kuituun. Tyypistä riippuen hammaspyörät on laserhitsattu esimerkiksi 5 m/min hitsausnopeudella sekä 3.4 kW laserteholla. Ulomman kehän laser-energia myös kääntää pintaa kohtisuoraan syntyvän sulavirtauksen pinnan suuntaiseksi, mikä myös vähentää hitsisulan roiskeita. Kuva 4. 1. Laserhitsin massahäviöt suhteessa hitsausnopeuteen ovat esitetty kuvassa 4, jossa on verrattu tavanomaista laserhitsausmenetelmää Brightline Weld -menetelmään. Korkea tehokkuus mahdollistaa jopa 50 % energiansäästön saman tunkeman ja laadun omaavassa hitsissä. Laserhitsaus sovelluksesta riippuen kuten: hitsattava materiaali, hitsausnopeus, käytettävä laserteho, voidaan laserteho jakaa kuitujen välillä laserhitsaussovellukselle optimaalisella tavalla. . Tyypillinen voimansiirron laserhitsaussovellus on hammaspyörien kokoonpano. Taulukossa 1 esitetään hammaspyörien laserhitsauksen parametrit sekä tulokset käytettäessä tavanomaista laserhitsausta. (1) Lasersäteen kytkentä kuidun ytimeeen. Suurimman testatun laadukkaan laserhitsausnopeuden ollessa rakenneteräkselle 20 m/min. Hitsaus tuottaa korkealaatuisia hitsejä. Säteen tuottaminen TRUMPF BrightLine Weld -laserhitsauksessa Nämä laserhitsausprosessin parannukset on saatu aikaan sovelluskohtaisella säteen muokkaustekniikalla, joka esitetään kuvassa 5. Säteenmuokkaus. Sen jälkeen säde tarkennetaan työkappaleeseen tavallisella hitsausoptiikalla. Hitsin massahäviöt suhteessa hitsausnopeuteen nykyisellä sekä TRUMPF BrightLine Weld laserhitsausmenetelmällä. Prosessin hitsausroiskeet ja huurut vaativat voimakkaan kohdepoiston (taulukon vasen kuva). Ruostumattoman teräksen hitsausnopeutta voidaan kasvattaa 100 % 10 m/min asti. Punaiset datapisteet esittävät taas riittämätöntä laatua testihitseissä. Laserhitsausmenetelmällä on nähtävissä huomattavia etuja, johtuen hyvin kontrolloidusta hitsisulan virtausdynamiikasta. Lisäksi humpingia ei esiintynyt lainkaan 20 m/min hitsausnopeuteen mennessä. Tämä vähentää hitsisulan roiskeita ja värinää. Tällä uudelle säädettävällä säteenmuodostustekniikalla teolliseen materiaalien prosessointiin saadaan uudenlaisia mahdollisuuksia. Näistä seuraa vähemmän seisokkeja, kappaleiden uudelleenkäsittelyä sekä laserhitsausoptiikan suojalasien kulutus pienenee. Laserhitsaus menetelmässä laserkuidun ulommalla kehään kohdistetulla lasersäteellä on useita vaikutuksia laserhitsausprosessiin. Kuvassa 6 on esitettynä BrightLine weld laserhitsausprosessin hitsisula verrattuna perinteiseen yhden polttopisteen laserhitsaus menetelmään. Tähän kysymykseen vastataan seuraavassa kohdassa, jossa voimansiirron osia käytetään esimerkkinä. Tämä tarkoittaa että, lasersäde kytketään kuidun sisempään ytimeen (1) sekä ulompaan koaksiaaliseen ytimeen (2) samaan aikaan. Merkittävästi suurempi hitsausnopeus tasaisella hitsin laadulla kasvattaa tuottavuutta. Kuva 5
Jos laserhitsausta käytetään energiatehokkuuden optimointiin (taulukon 2 vasen kuva.), sama osa voidaan hitsata samalla hitsausnopeudella mutta 40 % pienemmällä 2 kW laserteholla. Kohtalaisilla sekä matalilla hitsausnopeuksilla saadaan aikaan suurempi tunkeuma kuparia hitsattaessa. Samaan aikaan roiskeiden syntymistä on rajoitettu niin, että hitsaushuuruimuria ei tarvita, jolloin kulut pienenevät. Valokuidussa tapahtuvassa säteenmuokkauksessa johtuen, laserhitsaus voidaan yhdistää lähes kaikkiin hitsausoptiikoihin. Yksi merkittävä prosessi on kuparin laserhitsaus, jossa paksuus voi vaihdella millin kymmenesosista useisiin millimetreihin. Tämä johtuu kuparin korkeasta lämmönjohtavuudesta sekä suuresta virtausdynamiikasta, kun laserhitsataan kuparia avaimenreikä-menetelmällä. Laserhitsausta voidaan käyttää joko energiatehokkuuden tai tuottavuuden parantamiseen. Säteenmuodostustavalla ei pelkästään saada aikaan suurempia hitsausnopeuksia ja minimaalisia roiskeita. Tämä on esitetty taulukon 2 oikeanpuoleisessa sarakkeessa. Tuloksena on korkealaatuinen hitsi halutulla tunkeumalla. Laserhitsaus nykytekniikalla Kuitu LLK-D 200 µm Laserteho P = 3400 W Hitsausnopeus v = 5 m/min Prosessi Hitsin poikkileikkaus Taulukko 2. Tämä esimerkki osoittaa lisäksi seuraavan edun. Menetelmää voidaan käyttää niin kiinteän polttovälin hitsausoptiikoissa kuin skannerioptiikoissa.. Taulukko 1. Tarvittavaa lasertehoa voidaan pienentää tai koneen tuottavuutta voidaan optimoida. BrightLine Weld -laserhitsaus autoteollisuuden kokoonpanossa (alumiinin hitsaus) Kuva 8 esittää 6082 alumiinin pienaliitosta. Tässä osittaisen tunkeuman kokoonpanohitsauksessa tärkeää on tarkasti kontrolloitava tunkeuma. Tarkastellessa esitettyä hitsiä, voidaan havaita myös syy. Parametrit, prosessi ja hitsin poikkileikkaus laserhitsattaessa TRUMPF BrightLine Weld -menetelmällä hammapyöriä. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 13 BrightLine Weld -laserhitsaus sähköautojen tuotannossa (kuparin hitsaus) Uudet hitsausprosessit yleistyvät jatkuvasti sähköautojen tuotannossa. Samaan aikaan massahäviöt saadaan pidettyä minimaalisena. BrightLine Weld -laserhitsauksella syöttönopeutta voidaan kasvattaa esimerkiksi jopa 220 % nopeudesta 5 m/min nopeuteen 16 m/min. Suuri säädettävyys hitsausnopeudessa mahdollistaa syvän tunkeuman kuparia hitsattaessa. Käyttäjät, jotka keskittyvät tuottavuuden kasvattamiseen, pystyvät nostamaan hitsausnopeutta isommalla laserteholla kuin tavanomaisilla laitteilla. Pienaliitos tehdään vaaputtavalla skannerioptiikalla ja BrightLine Weld -laserhitsausmenetelmällä. BrightLine hitsaus Optimoitu energiatehokkuus Optimoitu tuottavuus Laserteho -40% Hitsausnopeus +220 % P = 2000 W P = 5000 W v = 5m/min v = 16 m/min Kuva 7. BrightLine Weld -menetelmällä saadaan aikaan hieman kapeampia hitsisaumoja, jolloin tarvitaan vähemmän lasertehoa saman syvyyden saavuttamiseksi. Parametrit, prosessi sekä hitsin poikkileikkaus laserhitsattaessa hammaspyöriä nykytekniikalla. BrightLine Weld -laserhitsaus tarjoaa tähän sovellukseen merkittävää parannusta ja sitä voidaan käyttää joustavasti. On yleisesti tiedossa, että prosessista tulee vakaampi korkeammilla hitsausnopeuksilla. Laserhitsausprosessi on lähes kokonaan roiskeeton, tuloksena erittäin säännöllinen pinnanlaatu ilman reunahaavoja
Tuloksena hyvin kontrolloitu tunkeuma sekä tasainen hitsin pinta. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi tehdään lisää tutkimussekä kehitystyötä. Aiemmin tämä on ollut aikaisemmin mahdollista vain CO 2 -laserhitsauksessa. Yleisesti näissä prosesseissa käytetään korkeita hitsausnopeuksia, yli 30 m/min joita ei vielä pystytä saavuttamaan nykypäivän kuituvälitteisillä lasereilla. Yhteenveto Kuituvälitteisetlaserit ovat nyt johtavaa tekniikkaa teollisuuden laserhitsausjärjestelmissä. Silti ”roiskeiden hallinta” on odottanut teollista ratkaisua tuottavuuden kasvattamiseksi. Artikkeli on käännös ICALEOSSA 2017 olleesta artikkelista Spatter reduced high speed welding with disk lasers. Syvätunkeumalaserhitsauksessa kuten voimansiirron hitsauksessa, roiskeita saadaan hallittua 5-6 m/min nopeuksilla. Yli 6 m/min nopeudella roiskeista johtuva materiaalihäviö johtaa reunahaavoihin sekä mahdollisesti lisää hitsin huokoisuutta. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 14 Kuva 8. 6082 alumiinin laserhitsaus säteen vaaputuksella. Yleisesti roiskeita saadaan hallittua tietyllä nopeusalueella hitsattaessa. Lisäksi jos roiskeina irronneet partikkelit ovat läsnä tai irtoavat kokoonpanon aikana, voi vaihdelaatikossa syntyä käyttövaurioita. Tässä artikkelissa esitellään viimeisiä tuloksia, jotka käsittelevät näitä ongelmia sekä havainnollistetaan merkittävästi vähentyneitä roiskeita hitsattaessa suurilla nopeuksilla. Tämä uusi menetelmä perustuu TRUMPF DiskLaserin soveltamiseen uudella säteen muokkaustavalla. Molemmat ongelmat heikentävät kappaleen mekaanisen rasituksen kestokykyä. Muillakin teollisuuden aloilla kuten putkien tai profiilien valmistuksessa voidaan hyödyntää tätä tekniikkaa. Valtteri Lintunen ja Jari Hovikorpi teknologiajohtaja Apricon Oy jari.hovikorpi@apricon.fi. Menetelmästä käytetään nimitystä BrightLine Weld ja siinä laserhitsausnopeutta voidaan kasvattaa merkittävästi sekä energiankulutusta voidaan vähentää huomattavasti. Laserkuitu tuo monia etuja laserhitsauksen järjestelmärakentamiseen. Tulevaisuuden näkymät Tulevaisuudessa BrightLine-hitsausta ei tulla käyttämään ainoastaan voimansiirron, kuparin tai alumiinin hitsauksessa. Verrattuna tämän artikkelin esimerkkeihin, nämä hitsit tehdään läpäisevällä hitsauksella
Tuomiston mielestä työssä parasta ei kuitenkaan ole sen teknisyys, vaan se, että hän saa ratkoa teknisiä Solmukohdassa Mika Hämäläinen “Tekniikan parissa työskentelemisen paras puoli on se, että sitä tehdään ihmisten kanssa”, sanoo Juha Tuomisto. Verkkoja joka suuntaan Hänen mukaansa suomalainen vahvuus, jonka merkitystä ei aina ymmärretä, on erilaisten yritysten ja tutkimusja oppilaitosten tapa verkottua ja tehdä yhteistyötä. “Ihmisten kanssa toimiessa ja yrityksissä vieraillessa pitäisi yrittää toimia niin, että kutsutaan uudestaan, eikä tarvitse tuppautua.” Vetovoimalle lisää näkyvyyttä Teknologiateollisuus ry:n Ohutlevytuotteettoimialaryhmä on foorumi kokemustenvaihdolle ja keskustelulle. HENKILÖKUVA. “Olen aina halunnut tehdä töitä ihmisten kanssa, ja tässä työssä saan sitä tehdä. Suurempi merkitys on kuitenkin metsäkoneiden ja muiden työkoneiden valmistuksella ja esimerkiksi sähköteknisellä teollisuudella. Autotehtaiden erittäin vaativan tuotekehitystyön tulokset hyödyttävät jatkuvasti muitakin ohutlevyä käyttäviä yrityksiä. Täällä tehdään silti edistynyttä ohutlevyn työstöä, ja täällä on maailman mitassakin eturivin levytyöstökoneiden kehitystä ja raaka-aineiden valmistusta. “Verkostoissa toimiminen vaatii yritykseltä sitoutumista ja henkilöltä itseltään halukkuutta.” Verkostoissa annetaan ja saadaan. Näiden alojen yrityksistä laadukas tekemisen kulttuuri leviää kaikkeen ohutlevytuotteiden valmistukseen. asioita yhdessä ihmisten kanssa. Iso kappale on myös syvävedetty aurinkovoimalan tukirakenteen osa. Minun tehtäväni ei ole tietää kaikkea, vaan vähän kaikesta ja tietää, kuka tietää loput.” Hän kuvaa olevansa työssään keskellä verkostoja asiakkaiden, asiantuntijoiden, kollegoiden, oppilaitosten ja tutkijoiden verkostoja, joista kaikista on mahdollista saada apua kulloinkin käsillä olevaan pulmaan. “Suomessa on paljon taitavia yrityksiä, jotka muovaavat ohutlevyosia lujista teräksistä, ja ohutlevyä hitsataan paljon”, sanoo Teknologiateollisuuden Ohutlevytuotteet-toimialaryhmän puheenjohtaja Juha Tuomisto. Monessa yrityksessä nykyisin katsotaan yhdistyksissä ja verkostoissa toimimista karsaasti, jos siihen käytetään työaikaa.” Tuomiston tehtävissä se on olennainen osa työtä. Työssä ja harrastuksissa sekä parhaat tulokset että paras työilo tulevat, kun tieto kulkee vapaasti verkostossa. Suomessa henkilöautotuotanto on eurooppalaisittain pientä sekä kodinkoneiden ja kulutustavaroiden valmistus vielä pienempää. Autojen turvavarusteisiin kehitettyjä teräksiä sekä pintakäsittelyja liitosmenetelmiä käytetään monien rakennustuotteiden ja kulutustavaroiden valmistuksessa, Juha Tuomisto sanoo. Hänen mukaansa Suomessa autoteollisuus ei ole vastaavanlainen teknologiaveturi, kuin monessa muussa maassa, mutta kyllä sen vaikutus näkyy täälläkin. Hän raportoi esimerkisi toimialaryhmän tapahtumia myös esimiehelleen SSAB:ssa. Tuomiston mukaan on tärkeää huolehtia molemmista puolista. Toinen tärkeä ryhmän ottama tehtävä on selventää ja nostaa alan Ohutlevyjen käyttö autoissa on paljon laajempaa kuin pelkistä koripelleistä voisi päätellä. Pienemmän erikoisalan tärkeä toimija on Työtehoseuran koriakatemia, joka on kerännyt paljon autojen korikorjauksissa tarvittavaa materiaalija menetelmätietoa.” ”Myös toimialaryhmä on yksi verkosto, josta näkemyksiä saa ja johon niitä tarjotaan. Sen tavoite on sekä lisätä valmistajien välistä yhteistyötä että pitää yhteyttä alan kannalta tärkeisiin sidosryhmiin ja seurata alan kehitystä myös maan rajojen ulkopuolella. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 15 Korkeatasoista ohutlevytuotteiden valmistusta on maissa, joissa on henkilöautojen, kodintekniikan ja monien kulutustavaroiden tuotantoa. Oikea koneinsinöörin pelikenttä. Tuomisto itse työskentelee Hämeenlinnassa SSAB Europe Oy:lle, teräsyhtiölle. Hänen tehtävänimikkeensä on Technical Development Manager ja työkenttäänsä kuuluu muun muassa ohutlevytuotteiden ominaisuuksiin, materiaalivalintaan ja työstöön liittyvien ongelmien ratkominen. “Erityisesti pitää mainita HAMK:n Ohutlevykeskus sekä SSAB:n oma Knowledge Service Center, jolla on laaja tietopankki teräksen liittämisen ja muovauksen menetelmistä. Juha Tuomiston kädessä on henkilöauton sivutörmäyssuoja, joka on muovattu 1000 MPa -lujuusluokan teräksestä. Kilpailluilla aloilla raaka-aineiden valinnat, valmistustekniikat ja rakenneratkaisut mietitään viimeistä piirtoa myöten, koska sen kaltaisista yksityiskohdista tuottavuus ja kilpailukyky rakentuvat
Ohutlevyala samoin kuin melkein kaikki muukin valmistava teollisuus potee vetovoimapulaa ainakin nuorison silmissä. Tuomiston mukaan yrityksissä laatuajattelu on selvästi vahvistumassa, ja uudet liittämistekniikat ja uudet pintakäsittelyt näyttävät olevan nousussa. “Ohutlevyosien valmistukseen on viime vuosina investoitu Suomessa huomattavasti, ja fokuksessa on selvästi vaativien kappaleiden valmistus ja laadun kehittäminen. Ne kertovat omia uutisiaan ja tiedotusvälineet pyytävät niitä lisäksi kommentoimaan yleisempiäkin teollisuuden ja talouden asioita. Vaikka moni asia työolosuhteissa ja työn sisällössä on muuttunut olennaisesti parempaan parinkymmenen vuoden aikana, mielikuvat pölyisestä, pimeästä ja meluisasta pajasta elävät. Korkea vaatimustaso ja automaatio edellyttävät, että yritykset kehittävät samalla myös työolosuhteita ja työn sisältöä”, Tuomisto sanoo. Oppilaitosten pitäisi pystyä antamaan opiskelemaan pyrkiville ja sitä harkitsevillekin kunnollinen näkymä alan töihin ja tulevaisuuteen. Tuomisto soisi, että pk-teollisuus ja sen tarpeet saisivat enemmän palstatilaa ja ruutuaikaa. Toimialaryhmässä vetovoima-asia otetaan vakavasti. Niistä on edelleen syytä pitää kiinni. Intensiivisen messupäivän aikana hän tapaa kymmenittäin nykyisiä ja uusiakin teräksen käyttäjiä.. Neljästäkymmenestä neljästä ikävuodesta kolmekymmentäviisi on kulunut sopimuspalokuntalaisena. Uusia tulevia ammattilaisia ei saada alalle, jos heitä ei saa ensin houkuteltua alan koulutukseen. Olen tekemisissä konepajojen lisäksi esimerkiksi rakentajien kanssa. Teknologiateollisuuden toiminnasta näkyy ulospäin selvimmin edunvalvontatyö, erityisesti toiminta palkoista ja muista työehdoista neuvottelevana työmarkkinaosapuolena. Tuomiston mukaan alan koulutus ja vetovoima-asiat näkyvät säännöllisesti myös toimialaryhmän julkaisemassa Ohutlevy-lehdessä samoin kuin vuosittaisilla Ohutlevypäivillä. Mika Hämäläinen Toimittaja (free) mikahmlnn@gmail.com Juha Tuomisto Technical Development Manager SSAB Europe Oy juha.tuomisto@ssab.com SSAB toimittaa jatkuvasti suoraan tehtaalta terästä kokonaisina 18-24 tonnin keloina asiakkailleen. “Ei se ole enää harrastus. Lisäksi mekaanisia ominaisuuksia, sinkkipinnoitteen ominaisuuksia ja maalipintaa voidaan räätälöidä. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 16 profiilia Suomessa. Materiaalien kirjo oli ennestään suuri ja SSAB:n tultua omistajaksi se moninkertaistui. Paksuus voidaan tehdä asiakkaan tarpeen mukaan 0,01 millimetrin portain. Tästä syystä leikkaukset toisen asteen koulutuksessa ja korkeakoulutuksessa on alalla otettu vastaan hyvin huolestuneina. “Ohutlevyalalla tarvitaan uusia osaajia jalostusketjun kaikilla portailla: suunnittelijoita, tekijöitä, materiaalin toimittajia”, Tuomisto luettelee. Kuvatekstejä (kuvat voi sirotella tekstin joukkoon ja numerot pois) 1 2 3 Alihankintamessut ovat Juha Tuomistolle kanssakäymisen juhlaa. Osaaminen kasvaa Juha Tuomisto itse valmistui Hämeen ammattikorkeakoulusta vuonna 1999 koneinsinööriksi. Tehdään tuotteita, joita halutaan ostaa”, Tuomisto sanoo. “Tämä on rikas maailma. Ne käyttävät koko toimialan ääntä. Se on elämäntapa”, hän toteaa. Liiton toimihenkilöiden lisäksi julkisuudessa näkyvät isot yritykset. “Suomalaiselle teollisuusyritykselle ´luotettava ja laadukas´ on aina ollut käsite, jolla on menestytty. Vastaavaa työtä tekee SSAB Europessa noin kolmekymmentä henkeä, joista Hämeenlinnassa on tusina.” Näköalapaikalta on hyvä katsella alan kehityssuuntia ja yritysten tarpeita. Yhteistyötä edistääkseen Ohutlevytuotteet-toimialaryhmä ottaa alan oppilaitoksia jäsenikseen ja on varannut niille myös yhden hallituspaikan, vaikka oppilaitokset eivät olekaan Teknologiateollisuus ry:n jäseniä. Samoin yrityksiä kiinnostavat lujien teräsmateriaalien mahdollisuudet. Hyvin näkyvyyttä saavassa Plootu Fennica -kilpailussa oppilaitoksilla on oma kilpailusarja. Erityisesti enemmän julkisuudessa saisivat näkyä teollisuuden vetovoima-asiat. SSAB:en eli silloiseen Rautaruukkiin hän tutustui jo kesäharjoittelijana ja pääsi heti valmistuttuaan unelmatöihin myynnissä ja asiakaspalvelussa. Kyky valmistaa vaikeitakin muotoja lujista materiaaleista on varsinkin alihankkijalle voittava konsepti. Tehdaskierrokset asiakkaille kuuluvat Juha Tuomiston arkipäivään. Jos Juha Tuomisto on työurallaan ollut pitkäjänteinen ja nähnyt teräsalan niin rikkaana ja monipuolisena, että ei ole kaivannut muualle, samaa voi sanoa hänen vapaaajan töistään
Vuosien aikana on valmistettu lähes 125 000 Busteria, joita tyytyväiset veneilijät ympäri maailman käyttävät. Aino Pokela. ”Buster Boatsin menestys perustuu hyvään laatuun, vahvaan tuotekehitykseen ja TKI-toimintaan”, tehtaanjohtaja Harri Hinttala kertoo. Myös vienti Ruotsiin, Norjaan ja Keski-Eurooppaan käynnistyi. Buster Boatsin veneet valmistetaan Ähtärissä. Ensimmäiset veneet esiteltiin kesällä 1976 ja tuolloin vielä nimeltään Fiskars 12 ja Fiskars 14. Veneet valmistetaan Ähtärissä Inhan tehtailla. Buster Boatsin menestyksen takana on luotettavien ja helppohoitoisten veneiden valmistus sekä tuotekehitys. Kestävyys, turvallisuus ja helppokäyttöisyys olivat lähtökohtia, kun uutta venemallistoa alettiin suunnitella. Buster on luotettava valinta niin vapaa-aikaan kuin ammattikäytBuster Boats tekemässä moottoriveneilyn tulevaisuutta – Maailmanluokan tarkkuutta alumiinihitsauksessa Buster Boats on tunnettu alumiinivenevalmistaja ja oman toimialansa markkinajohtaja. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 17 Veneitä vertaansa vailla Yrityksen valikoimassa on veneitä neljästä metristä aina yli yhdeksään metriin, tehoiltaan kahdesta hevosvoimasta jopa 700 hevosvoimaan. Busterin tarina alkoi vuonna 1976 Fiskarsin siirtäessä venetuotannon Kellokoskelta Inhan tehtaille. Kempin ratkaisut, kuten X8 MIG Welder ja yhteistyö tuotekehitysprojekteissa, ovat suuntaviittoja Buster Boatsin menestyksen tiellä. Kuva 1. Seuraavana vuonna mallisto sai oman nimen, Buster ja valmistui 60 kappaleen Mini Buster-sarja, jota täydennettiin vielä Buster-, Buster R ja Work Buster -malleilla
”Tärkeimmät syyt tehdä yhteistyötä Kempin kanssa ovat erinomainen asiakaspalvelu, hyvä laatu ja luotettavuus. Busterin alumiiniveneiseen luottavat niin vapaa-ajan veneilijät kuin ammattilaisetkin. “Alumiinin hitsaaminen on melko vaativaa ja se vaatii ensiluokkaisia hitsauslaitteita. Tammikuusta 2016 lähtien Buster Boats on ollut osa Yamaha Motor Europe N.V. ”Yrityksen tulevaisuus näyttää valoisalta”, Hinttala sanoo. Inhan tehtailla on kolme erilaista kokonaisuutta venetuotannolle: osavalmistus, runkohitsaus ja loppuvarustelu. profiilit (pursotteet): lähes 100 erilaista . EN S Al 5356 (AlMg5) . Kuukauden koekäytön päätyttyä hitsaajat antoivat sekä Multaniemelle että Kempille palautetta. Inhan tehtailla on sekä MIGettä TIG-hitsausta. ”Tällä hetkellä meillä on noin 70 hitsauslaitetta Inhan tehtailla. hitsauslangat: MIG ja TIG . ”Meillä on Busterilla pitkät perinteet Kempin kanssa ja olemme tästä syystä myös päättäneet jatkaa yhteistyötä. Myöskin kaikkien hitsaajien tulee olla tehtävään koulutettuja ja heidän pätevyyksiään tarkastellaan määräajoin. levyt: . Kuva 3. Multaniemen mukaan Buster Boatsin menestyksen avaimia ovat laatu, pitkät perinteet ja hyvä tuotekehitys. ”Minulla on aina ollut se periaate, että mitä helpompi työntekijöideni on tehdä töitä, sen helpompi minun on olla täällä töissä.” Hyvä esimerkki tästä periaatteesta on se tapa, miten Kempin SuperSnake hankittiin Inhan tehtaille. Hitsaajamme pitävät myös Kempin tuotteista, koska asiakaspalvelu kysyy heiltä palautetta”, Multaniemi lisää. Inhan tehtaat on Euroopan suurin alumiiniveneiden valmistaja ja Buster on saavuttanut testimenestyksien lisäksi klassikon maineen. Kuva 2. Nyt käytämme SuperSnakea uudella venemallillamme, Phantomilla”, Multaniemi kertoo. X8 MIG Welder soveltuu erinomaisesti vaativaan alumiinin hitsaukseen.. Näistä 60 on Kempin laitteita”, Multaniemi kertoo. Kemppi toimittajana meille on ollut hyvä asia, koska olemme saaneet olla uusien tuotteiden tuotekehityksessä mukana.” Yhteinen tuotekehitys on tärkeää Buster Boatsille. Niillä on esimerkiksi kierretty Nordkappin ympäri Jäämereltä Atlantille. Matkaa myötätuulessa Tänä päivänä noin 70 prosenttia tuotannosta menee vientiin. halkaisijat: 1,2 mm (MIG) sekä 2,4 mm ja 3,2 mm (TIG) Asiakkaiden odotuksiin vastaaminen edellyttää oikeanlaisia laitteita ja toimintatapoja. Perustiedot käytetyistä alumiineista ovat: . Se hyödyttää meitä molempia.” Multaniemi arvostaa myös uusien innovaatioiden merkitystä päivittäisessä työssä. Uusi omistajapohja mahdollistaa entistä läheisemmän yhteistyön Yamahan kanssa, ja antaa samalla hyvät eväät kehittää entistä innovatiivisempia tuotteita laajemmille markkinoille. -yhtiötä. levylaadut: EN-AW 5754 (AlMg3) ja EN-AW 5083 (AlMg4,5Mn0,7), toimitustila: H14 (1/2-kova) . Tuotantopäällikkö Kimmo Multaniemi vastaa hitsaustoimintojen ja loppuvarustelun työnjohdosta. Inhan tehtailla työskentelee noin 150 henkilöä, joista 30 on hitsaajia. 5/ 20 18 [ www.hitsaus.net ] 18 töönkin. Tuotantopäällikkö Kimmo Multaniemi vastaa hitsaustoiminnoista ja loppuvarustelusta. ”Asiakkaamme arvostavat hyvää käsityöjälkeä”, Multaniemi kertoo. Meillä on päivittäisiä laatutarkistuksia ja jokaisesta veneestä tehdään tarkastuspöytäkirja”, Kimmo Multaniemi kertoo. Näitä ominaisuuksia haetaan myös partnereita valitessa. Ensin laitetta testattiin lyhyen aikaa kahdella tuotantolinjalla. Buster onkin Pohjoismaiden suosituin venemerkki. levynpaksuudet: 1,5 mm–8 mm . EN-AW 6060 (AlMgSi), toimitustila T5 . ”Haluamme tehdä tuotekehitystä Kempin kanssa saadaksemme vielä parempia laitteita. ”Oikeastaan hitsarit tekivät sen lopullisen päätöksen, he sanoivat suoraan ’otetaan tämä, tämä on hyvä’. Alumiiniveneet on tehty kestämään kovissakin olosuhteissa. Esimerkiksi TIG-hitsausta käytetään veneen näkyvien osien hitsien hitsaamiseen, jotta hitsausjälki on kauniimpi