Aluminiumschweißen auf die nächste Stufe heben

Jan 17, 2024

Ein Schweißer verwendet Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen an einem Aluminiumrahmen. Ein automatisiertes Lager- und Bereitstellungssystem im Hintergrund führt dem Laserschneiden Bleche und Platten zu. Anschließend geht es mit dem Biegen der Teile weiter und dann mit dem Rest des Vorgangs.

Eine gerahmte Collage hängt an der Wand neben einem Schreibtisch, an dem Matt Marty, Präsident von CMC of Georgia und Enkel des Firmengründers, sitzt. Der Hersteller ist seit mehr als einem Jahrhundert im Geschäft und die Collage zeigt die Handarbeit des Unternehmens im Laufe der Jahre. Ein Bild zeigt eine speziell angefertigte Kabine für einen Kran aus den 1940er-Jahren. Zu diesem Zeitpunkt war der Hersteller bereits seit mehr als 30 Jahren im Geschäft.

Heute fertigt das Unternehmen mit 60 Mitarbeitern eine Vielzahl von Arbeiten, darunter Teile für kommerzielle Mäher (denken Sie an Golfplätze und Rasenflächen) sowie Verpackungsausrüstung und Spezialteile für die Ölfelder. Allerdings machen maßgeschneiderte Fahrerhäuser immer noch einen erheblichen Teil des Umsatzes von CMC aus.

„Wir passen in das volumenschwächere Segment des kundenspezifischen Taxigeschäfts“, sagte Marty und fügte hinzu, dass die Hauptaufträge fünf bis acht Taxis pro Monat umfassen. Wenn Sie das nächste Mal ein Flugzeug besteigen, schauen Sie sich die Fahrzeuge an – für Treibstoff, Gepäckabfertigung, Enteisung und andere spezielle Zwecke –, die über das Rollfeld rasen. Es besteht eine gute Chance, dass einige der Fahrerhäuser dieser Fahrzeuge von CMC stammen. Andere Fahrerhäuser werden für Fahrzeuge verwendet, die für Eisenbahnbetriebshöfe, Spezialgabelstapler, Bergbau, Sicherheit und Baugewerbe hergestellt werden.

Die Nische von CMC liegt bei Nischengeräten. Die Spezialfahrzeuge, die das Unternehmen in den 1940er und 1950er Jahren herstellte, erforderten viel Planung, ganz ähnlich wie die Produkte im aktuellen Arbeitsmix des Herstellers. Aber die Art und Weise, wie Produkte heute hergestellt werden – mit Stanzautomatisierung, optimierter Formgebung und einer unglaublich detaillierten Prozessplanung beim Schweißen – hätte dem Firmengründer wahrscheinlich den Kopf verdreht.

Als Martys Großvater 1910 die Chicago Manufacturing Co. (CMC) gründete, gab es in der Stadt mehr Pferde als Autos. In den ersten Jahrzehnten des Geschäfts stellten die Mitarbeiter Warmwasserbereiter für Autos her (modernste Technologie des frühen 20. Jahrhunderts). Mitte der 1950er Jahre war das Unternehmen bereits ein etablierter Akteur auf dem Markt für Spezialfahrzeugkabinen.

Als Jugendlicher erinnerte sich Marty daran, wie er Blechhandwerkern dabei zusah, wie sie Schnittlinien auslegten, Stücke auf Maß zuschnitten, mit einer Einzelstationsstanze stanzten und sie dann mit einer mechanischen Bremse formten. „Sie konnten auch viele Radiusarbeiten durchführen“, erinnert sich Marty und fügte hinzu, dass die Werkstatt eine Vielzahl komplizierter Konturen und Kegel herstellte, die alle auf ungewöhnliche Weise dokumentiert wurden.

„Alle technischen Drucke wurden in voller Größe auf großen Tischen im Büro gezeichnet“, sagte Marty. Dabei handelte es sich nicht um typische Blaupausen mit isometrischen Ansichten. „Alle drei Ansichten lagen übereinander und waren in unterschiedlichen Farben auf demselben Blatt Papier gezeichnet.“

Marty schüttelte den Kopf und kicherte. „Sie waren so schwer zu lesen, und ich habe sie nie ganz verstanden“, sagte er und fügte hinzu, dass diejenigen, die mit ihnen arbeiteten, sie natürlich verstehen könnten. Für diejenigen, die gelernt haben, sie zu lesen, gaben die Zeichnungen einen vollständigen Überblick über eine möglicherweise sehr komplexe Aufgabe – vielleicht ein Vorbote einiger der umfangreichen Fabrikationen, mit denen die Mitarbeiter des Unternehmens heute arbeiten.

Diese einzigartigen Abzüge in Originalgröße werden heute natürlich nicht mehr verwendet. Im Laufe der Jahrzehnte hat CMC Konstruktionssoftware wie ProE und SolidWorks eingeführt. Heute setzt das Unternehmen TruTops für seine TRUMPF Stanzsysteme und Abkantpressen ein und simuliert Bremsprogramme offline. Die OTC DAIHEN-Schweißstromquellen des Unternehmens können 100 separate Schweißeinstellungen speichern und so Spannungen und Stromstärken für verschiedene Aufgaben anpassen. CMC hat sich der Digitalisierung der Metallverarbeitung verschrieben, vom Stanzen bis zum Schweißen, aber das Herzstück des Betriebs liegt immer noch im Schweißen und in der Montage, wo komplexe Fertigungen außerordentliche Liebe zum Detail erfordern.

Der Schweißingenieur Jason Smith, ein zertifizierter Schweißinspektor und Ausbilder (CWI/CWE), wurde im September 2021 eingestellt, um das Aluminiumschweißgeschäft von CMC zu verstärken. Er zeigte auf einen mit Ätzungen übersäten Aluminiumrohling, der mit dem 8 kW starken TRUMPF-Festkörperlaser des Unternehmens im Jahr 2021 hergestellt wurde. Diese Rohlinge sollten als fabrizierte „Häute“ von Spezialkabinen für Eisenbahnwartungsfahrzeuge dienen. Es sollte an ein Unternehmen im Südosten geschickt werden, das es wiederum an einen Endkunden in Europa verschickt.

(Von links) Matt Marty, Präsident, und Jason Smith, Schweißingenieur, haben die Bemühungen von CMC geleitet, die Aluminiumfertigungs- und Schweißkapazitäten des Betriebs auszubauen. Die Werkstatt ist jetzt nach EN 15085-2 zertifiziert, einer europäischen Norm zum Schweißen von Schienenfahrzeugen und -komponenten.

„Wenn wir das alles von Hand planen müssten“, sagte Smith und zeigte auf die lasergeätzten Schweißstellen, „wäre das ein Albtraum gewesen.“

1981 eröffnete CMC eine Niederlassung in Winder, Georgia, nordwestlich von Atlanta. Sechs Jahre später schloss CMC sein Büro in Chicago und verlegte alles nach Georgia.

Martys Vater starb 1989, woraufhin Marty das Unternehmen übernahm, das heute als CMC of Georgia bekannt ist. Im Jahr 2007 zog das Geschäft in ein Werk in Toccoa um, einer kleinen Stadt im äußersten Nordosten des Bundesstaates. Der Schritt war aus mehreren Gründen strategisch. Obwohl die Region mitten in den Bergen Nordgeorgiens malerisch ist, kann sie auch auf eine lange Geschichte der Herstellung zurückblicken. Das 115.000 Quadratmeter große Das von CMC besiedelte Werk war zuvor von einem Hersteller von Abfallentsorgungsanlagen bewohnt. Zweitens bot das Werk CMC den offenen Grundriss und den Kranraum, den es brauchte, um seine Fertigungskapazitäten zu steigern. Die Arbeiter im Winder-Werk mussten zu lange darauf warten, dass große Fabrikate von einer Station zur anderen transportiert wurden. Heutzutage folgt die Arbeit einem einfachen Ablaufmuster: Das Rohmaterial wird am anderen Ende der Anlage zugeführt und die fertigen Produkte werden am anderen Ende neben dem Büro für den Versand bereitgestellt. Vier 20-Tonnen-Kräne und 18 Auslegerkrane helfen allen, die Arbeit in Bewegung zu halten.

Ebenfalls im Jahr 2007 investierte CMC in sein automatisches Lager- und Bereitstellungssystem STOPA, das zwei TRUMPF-Laser speiste. „Wir wollten nicht, dass unser Material überall gelagert wird“, sagte Marty, „da wir nicht wussten, was wir hatten, und nicht in der Lage waren, weiterzuschneiden. Wir können Teile in der STOPA schneiden und lagern und diese nach Bedarf herausziehen.“ ihnen."

Der Einsatz dieser Technologie durch das Unternehmen hat sich in den letzten Jahren weiterentwickelt, insbesondere durch die Investition in den 8-kW-Festkörperlaser. Die neue Maschine verfügt über eine so große Kapazität, dass das Unternehmen den Laser nicht mehr über Nacht laufen lassen muss und das Vorwärtsschneiden nicht mehr so ​​wichtig ist wie früher. Der größte Vorteil des Systems bleibt die Live-Inventur. Mit wenigen Mausklicks sieht der Shop, welches Material er hat und was er bestellen soll.

Als Marty durch die Werkstatt ging, wies er auf einige der zusätzlichen laufenden Arbeiten (WIP) hin, verräterische Anzeichen für Probleme in der Lieferkette, mit denen allzu viele Hersteller in den letzten Jahren zu kämpfen hatten. CMC hatte keine Probleme, Rohmaterial zu beschaffen, aber die Beschaffung einiger gekaufter Komponenten und Vorräte war eine Herausforderung.

Die größten Herausforderungen ergaben sich jedoch aus verspäteten Bestellungen. CMC beginnt mit der Fertigung und tritt dann auf die Bremse, als es erfährt, dass andere Unternehmen in der Lieferkette die benötigten Teile nicht bekommen können. Allerdings ist Marty zumindest zum jetzigen Zeitpunkt nicht bestrebt, den Bestand zu reduzieren, da dies es dem Shop ermöglicht, schnell zu reagieren, wenn Kunden grünes Licht für den Versand geben.

„Wir wollen die Kunden zufrieden stellen, deshalb führen wir mehr Lagerbestände“, erklärte Marty. Er sagte dies, während er auf Rohlagerregale in der Nähe des STOPA-Systems zeigte. Um sicherzustellen, dass CMC auf die Kundennachfrage reagieren kann, führt es auch mehr Rohmaterial.

Die STOPA liefert die geschnittenen Rohlinge an einen Abladetisch neben der Umformabteilung, der über zwei TRUMPF-Abkantpressen mit Blechfolgern und großen Öffnungshöhen für große Flansche verfügt. Viele Teile werden beim Stanzen nicht nur mit geätzten Schweißstellen, sondern auch mit geätzter Teilekennzeichnung versehen.

Schauen Sie sich die Prozesse beim Schweißen, Lackieren und Montieren an, und es ist leicht zu erkennen, warum die Teileidentifizierung so wichtig ist. CMC fertigt zwar Einzelteile und Unterbaugruppen, aber der Löwenanteil seines Umsatzes stammt aus großen Baugruppen mit Hunderten von Komponenten und (im wahrsten Sinne des Wortes) Tausenden von Schweißstellen.

Ein 8-kW-Festkörperlaser schneidet 0,25 Zoll. Material, das für eine individuelle Kabinenmontage bestimmt ist.

Zurück im Konferenzraum im Vorderbüro zeigt Schweißingenieur Jason Smith auf einen Stapel Papiere und blättert zu einer Seite mit Hunderten von Hinweisen zu Aluminium-Schweißbolzen. Und das ist nur eine Seite in der Mitte eines dicken Stapels. „Bei diesem Produkt handelt es sich um ein CPC2, das eine 100-prozentige Sichtprüfung erfordert. Jede einzelne Schweißnaht muss visuell geprüft werden, und es gibt buchstäblich Tausende von Schweißnähten.“

CPC2 bezieht sich auf eine Berufsklassifizierung, die Anforderungen an die zerstörungsfreie Prüfung (NDE) vorschreibt, wie in EN 15085-3, einer europäischen Norm zum Schweißen von Schienenfahrzeugen und -komponenten, beschrieben.

Seit Smith letztes Jahr zu CMC kam, half er dem Unternehmen, die Zertifizierung nach der Norm EN 15085 zu erreichen – eine seltene Leistung unter nordamerikanischen Herstellern. Die Norm bringt die Anforderungen an die Schweißerkontinuität auf die nächste Ebene. Um beispielsweise mit einer neuen, nach der EN-Norm gefertigten Arbeit zu beginnen, muss ein Schweißer eine Prüfung absolvieren, um nachzuweisen, dass er oder sie die spezifischen Schweißanforderungen für die jeweilige Arbeit erfüllen kann. „Um ihre Schweißerqualifikation aufrechtzuerhalten, müssen sie alle sechs Monate eine Prüfung durchführen, die für diese Schweißerqualifikation gilt“, sagte Smith. „Dann müssen sie alle zwei Jahre die ursprüngliche Schweißprüfung wiederholen, um die Schweißerqualifikation zu erneuern.“

„Wenn für einen Auftrag eine GMAW-P-Stumpfschweißung erforderlich ist, muss der Schweißer eine Schweißung durchführen, diese visuell, radiologisch und bruchgeprüft prüfen lassen und am Ende einen Biegetest durchführen lassen“, fuhr Smith fort. „Wenn es sich um eine Kehlnaht handelt, führen Sie einen Kehlnaht-Bruchtest durch und schneiden daraus Proben für die Makroätzung ab.“ Er fügte hinzu, dass die Anforderungen an Schweißtests je nach Arbeitsanforderung variieren, aber alle stellen sicher, dass „Schweißer für ihre Technik und Fähigkeiten zur Verantwortung gezogen werden“.

Schweißverfahren sind äußerst detailliert. Anstatt Bereiche beispielsweise für akzeptable Fahrgeschwindigkeiten, Volt und Stromstärken anzugeben, führt Smith eine Berechnung (wie in der EN-Norm angegeben) für jeden Schweißtyp durch, einschließlich der Prozessauswahl (z. B. gepulstes Metalllichtbogenschweißen, GMAW-P usw.). (Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen, GTAW), Spannung, Stromstärke und Fahrgeschwindigkeit.

Heute trägt Smith verschiedene Rollen, eine davon ist Lehrerin. „Training ist mein Rückgrat“, sagte er. (Smith war mehrere Jahre als Schweißlehrer am North Georgia Technical College tätig.) Den ganzen Tag über arbeitet Smith mit Schweißern zusammen, beobachtet und verbessert deren Technik, was immer wichtiger wird, da die Schweißnähte immer anspruchsvoller werden.

Smith verwies auf einen Auftrag, bei dem es sich um ein 6061-T6-Aluminium mit einem Durchmesser von 2 Zoll handelte. Vierkantrohr mit 0,25 Zoll. Die Wand wird an eine 0,080 Zoll dicke 5052-H32-Aluminiumhaut geschweißt. Mit GMAW-P legte der Schweißer eine Stringer-Wulst in vertikaler Ausrichtung nach oben ab – und das alles ohne die geringste Spur von Durchbrennen. Der Aufbau beinhaltet zwar eine Edelstahl-Trägerplatte, die als Kühlkörper dient, aber ein Großteil des Erfolgs hängt von der Schweißtechnik ab. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Schweißers muss ebenso wie der Stickout, der Brennerwinkel und der Abstand äußerst konstant sein – keine leichte Aufgabe beim Schweißen in der Vertikalen. Schon eine winzige Bewegung könnte die Hitze über akzeptable Grenzen hinaustreiben und das Schweißgerät würde am Ende durchschmelzen.

Neben der Schulung fungiert Smith als Kommunikationskoordinator, insbesondere für einige der komplizierteren Baugruppen des Unternehmens. Er hilft bei der Interpretation von Zeichnungen und führt das Personal durch 3D-CAD-Darstellungen, die jetzt auf Computerarbeitsplätzen auf dem Boden verfügbar sind.

All dies spiegelt sich in einer weiteren Rolle wider, die Smith spielt: der Suche nach Effizienzsteigerungen zur Verkürzung der Gesamtfertigungszeit – insbesondere bei Aufträgen, die nach der EN-Eisenbahnnorm zertifiziert sind. Diese Norm verlangt, dass Aluminiummaterial zertifiziert und getrennt wird; „Nur Aluminium“-Schilder sind an verschiedenen Geräten im gesamten Werk zu finden. Außerdem muss das Personal für die Qualitätskontrolle in verschiedenen Phasen der Fertigung Inspektionen und Freigaben durchführen, ein Faktor, der die Losgrößen beim Schneiden und Biegen bestimmt.

Zuvor wurden die Teile in der Werkstatt nach der Fertigstellung einer Qualitätskontrolle (QC) zugeführt. Schließlich verfügte das Unternehmen über eine flexible Schneid- und Biegeausrüstung, die einen schnellen Wechsel ermöglichte, und kleinere Losgrößen bedeuteten einen besseren Ablauf, oder? Nicht unbedingt, insbesondere wenn man QC-Ressourcen berücksichtigt. Bei EN-Arbeiten muss das Qualitätspersonal sicherstellen, dass jedes Teil innerhalb der Toleranz geschnitten und gebogen wird. Dazu gehören sowohl teilespezifische Toleranzen als auch Toleranzen, die sich auf die Beziehungen zwischen übergeordneten und untergeordneten Teilen in größeren Baugruppen auswirken.

Ein Laserbediener überwacht die 8-kW-Schneidanlage, die neben dem automatischen Lager- und Bereitstellungssystem STOPA des Unternehmens steht.

„Jetzt ist das gesamte benötigte Material [für eine Baugruppe] vor der Fertigung zugeschnitten und bereit, sodass es keine Verzögerungszeit [bei der Qualitätskontrolle] gibt“, sagte Smith und fügte hinzu, dass allein dies dazu beigetragen habe, die Produktion bestimmter Eisenbahnkabinenprodukte um mehrere Wochen zu verkürzen .

Marty ging am STOPA-System vorbei und blickte zu den Türmen hinauf. „Ja, da hatten wir ein schlechtes Timing“, wenn wir an das Geschäftsklima zwischen 2007 und 2009 denken. Der Laden installierte das System im Jahr 2007 und verzeichnete 2008 ein moderates Wachstum, bevor 2009 der Tiefpunkt durchbrochen wurde. „Es ging uns wirklich gut.“ bis Oktober 2008, aber dann im Jahr 2009 wurde alles geschlossen.

Marty fügte jedoch hinzu, dass er die Investition nicht bereue. Das Unternehmen verfügte über das nötige Geld, um die große Rezession zu überstehen, und die Automatisierung half dem Unternehmen, sein Geschäft in den folgenden Jahren schnell wieder aufzubauen.

Das Gleiche galt für die pandemische Rezession im Jahr 2020. „Wir haben gesehen, wie die Luftfahrtindustrie gerade zum Stillstand gekommen ist“, sagte er. „Also haben alle Kunden, die Luft-/Bodentransportgeräte bauen, ebenfalls aufgehört.“ Aber wie immer bei CMC kehrte das Geschäft schließlich zurück und mangelnde Nachfrage ist kein Problem mehr.

Die Herausforderung liegt nun in der Lieferkette. Dennoch hat CMC wie zuvor nicht aufgehört, sich weiterzuentwickeln. Um die Kunden zu schützen, wird der Lagerbestand erhöht. Und die aktuelle Herausforderung hat die kontinuierlichen Investitionen in das Aluminiumschweißen nicht gestoppt. Außerdem hofft das Unternehmen, bis zum Jahresende die ISO 9001-Zertifizierung zu erhalten.

„Unser Geschäft ist im letzten Jahr viel komplexer geworden“, sagte Marty und bezog sich dabei auf CMCs Ausbau des Aluminiumschweißens. „Das wird gut für uns sein.“ Er fügte hinzu, dass die erfolgreiche Bewältigung dieser Komplexität CMC einen Wettbewerbsvorteil verschaffen werde und darin Chancen liege.