Högskolan Västs doktorand Ana Magalhães har visat att det som tidigare ansetts vara omöjligt faktiskt fungerar; nämligen att robotsvetsa komplexa komponenter i aluminium med hjälp av friktionsomrörningssvetsning (FSW).
– Med effektiv temperaturstyrning under hela svetsprocessen blir det möjligt att svetsa med robot och kvaliteten på fogarna blir bättre. Det sparar både tid och material, förklarar Ana.
När Ana nyligen presenterade sin avhandling online följdes sändningen med stort intresse av företag och forskare i olika delar av världen. Friktionsomrörningssvetsning i aluminium har på kort tid blivit allt mer intressant för flyg-, marin-, järnvägs- och fordonsindustrin.
Hittills har svetsmetoden mest använts för raka svetsar. Men det finns också behov av att kunna robotsvetsa komponenter med högre geometrisk komplexitet, till exempel cylinderblock för bilmotorer. Industrin har tidigare varit tveksam till robotiserad FSW eftersom robotarna har svårt att hantera de stora krafter som svetsningen innebär. Det har uppstått banavvikelser, vilket i sin tur har orsakat nödstopp. Men Anas forskningsprojekt öppnar för helt nya möjligheter.
Temperaturmätmetod ger kontroll
– Jag har utgått från den nya innovativa temperaturmätmetoden TWT och visat hur den kan säkerställa hög kvalitet på svetsfogen. Mätmetoden ger bra kontroll eftersom man ser i realtid vilken temperatur som uppstår när verktyget arbetar i metallen. Med det som underlag kan systemet direkt styra faktorer som påverkar temperaturen på ett effektivt sätt – exempelvis verktygets rotationshastighet och kraft mot komponenten.
Att ha rätt temperatur under hela processen är avgörande för fogkvaliteten. Anas omfattande tester visar att svetsning med temperaturreglering ger förbättrad fogprestanda, jämn draghållfasthet längs fogen och färre misslyckade svetsar.
Undviker skador
– Fördelarna är många. Metoden sparar framförallt tid och material eftersom man undviker skador på komponenten och på verktyget. Det går snabbare att utveckla själva svetsprocessen och metoden kan användas i flera andra maskintyper än industrirobotar.
– Min forskning är inriktad på aluminium men den här tekniken är även användbar för FSW-svetsning i stål, magnesium, koppar och andra mjukare material.
Forskningsresultatet är extra intressant för tillverkningsindustrin eftersom fördelarna med friktionsomrörningssvetsning kan utnyttjas inom många fler applikationer. Det är en viktig anledning till att företag som ESAB, Hydro, Sandvik, Saab, Volvo Cars och forskningsinstitutet TWI deltagit i projektet.
Multidisciplinär forskning
Ana har ägnat mycket tid åt att genomföra praktiska tester och experiment i labbet på Produktionstekniskt centrum i Trollhättan. Hon har bland annat gjort avancerade svetsfogar i cylinderblock för Volvos bilmotorer, implementerat och utvärderat olika temperaturmätmetoder och utfört verktygsdesign. Det multidisciplinära forskningsarbetet har inneburit att Ana lärt sig mycket inom så vitt skilda områden som materialkunskap, mätteknik, svetsteknik och programmering av industrirobotar.
– Det har verkligen handlat om problemlösning inom många olika teknikområden. Men jag har också haft god hjälp av handledarna och kollegor i labbet.
Vill jobba vidare inom industrin
Under drygt fem och ett halvt års forskningsarbete har Ana dessutom hunnit gifta sig och få ett barn.
– För mig har det fungerat bra att vara doktorand och bilda familj parallellt. Jag har kunnat vara föräldraledig som i vilket annat yrke som helst. Det är något jag verkligen uppskattar med att arbeta i Sverige.
Nu tar andra doktorander vid där Ana avslutade. Flera nya forskningsprojekt har koppling till hennes arbete. Det finns mycket kvar att utforska kring friktitionsomrörningssvetsning och temperaturmätmetoden TWT.
– Jag vill gärna jobba vidare inom industrin och utforska de möjligheter som friktionsomrörningssvetsningger.
