Alumīnijs autorūpniecībā

 
 
 
  Mūsu dienās daudzu auto ražošanas koncernu pārstāvji ir pārliecināti, ka pārredzamā nākotnē alumīnija izmantošana automobiļu ražošanā ievērojami pieaugs. Kā šāds viedoklis tiek pamatots?
   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Alumīnija izmantošana autorūpniecībā, jo īpaši – virsbūvju ražošanā, pieņemts uzskatīt par mūsdienīgu tendenci, tomēr šīs tehnoloģijas pirmsākumi meklējami jau divdesmitā gadsimta pirmajā pusē. Jau tolaik bija skaidri zināmas šī metāla priekšrocības: alumīnijs ir apmēram trīs reizes vieglāks par tēraudu, plastiskāks par to un mazāk pakļauts korozijas iedarbībai.

Protams, ka tas nav tik izturīgs un šī iemesla dēļ to nevar izmantot daudzos spēka pārneses elementos, toties virsbūves paneļu izgatavošanai tas ir visai piemērots. Tomēr jāatzīmē, ka lielākā daļa kompāniju, kas trīsdesmitajos gados ražoja automobiļus ar alumīnija elementiem, vēlāk no vieglā metāla atteicās. Galvenie iemesli – augstās izejmateriāla izmaksas un sarežģītā montāža kopā ar tērauda detaļām.

Alumīnijs metāla formā pazīstams visai nesen: to izdevās iegūt tikai XIX gadsimta beigās. Sākotnēji metāls bija ļoti dārgs, jo iegūšanas process bija visai sarežģīts. No 1855. līdz 1890. gadam izgatavoja tikai 200 tonnas šī metāla, izmantojot Anrī Etjēna Senklēra Deviljas metodi, kuras pamatā bija alumīnija izspiešana ar metāliskā nātrija palīdzību.

Pēc tam, kad tika atklāta elektrolītiskās atjaunošanas metode, alumīnija cena sāka strauji pazemināties. Līdz 1890. gadam tā nokritās 30 reizes, bet līdz 1915. gadam – vairāk nekā 100 reizes, tomēr vieglais metāls joprojām bija trīs četras reizes dārgāks par velmētu tēraudu.

Alumīnijs plaši izplatījās aviorūpniecībā, kur svara samazināšana ir ļoti aktuāla problēma. Metāls, kuru vēlāk sāka dēvēt par spārnoto, bija lētāks par titānu un pārspēja magnija sakausējumus, kuri bija ugunsnedroši un pakļauti intensīvai korozijas iedarbībai.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
 

Automobiļu ražošanā alumīnijs tiek izmantots jau kopš 1930. gadiem, taču lielāku izmaksu un sarežģītās apstrādes dēļ spārnotais metāls bieži vien tika pielietots nelielu automobiļu grupu ietvaros, piemēram, sporta auto. Viens no spilgtākajiem piemēriem − Auto Union sacīkšu bolīdi ar alumīnija virsbūvi un alumīnija V16 motoru ar turbokompresoru vai pat vairākiem. Alumīnijs bija nepieciešams tādēļ, ka sākotnējie noteikumi attiecībā uz svaru bija visai strikti: ne vairāk par 750 kg bez degvielas, ūdens, riepām un vadītāja, turklāt motora jaudai nekādu ierobežojumu nebija. Parametri atstāj iespaidu pat mūsu dienās: jaudīgākās dzinēju versijas sasniedza 560 ZS, kas ļāva bolīdam traukties ar ātrumu, kurš krietni pārsniedza 300 km/h.

   
 

Tomēr automobiļu masveida ražošanā alumīnija izmantošana izrādījās ne īpaši izdevīga – parasti tomēr tika izmantots tērauds. Protams, dažādu iemeslu dēļ radās arī izņēmumi. Viens no piemēriem – automobiļu Land Rover, kuru ražošana sākās 1948. gadā, virsbūves tika izgatavotas no alumīnija sakausējuma.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
 

Parādījies 1948. gadā, šis automobilis saucās vienkārši Land Rover Series I. Pēc tam sekoja sērijas II un III, bet nosaukumu Defender šis modelis ieguva tikai 1990. gadā. Tērauda trūkuma dēļ pēckara Lielbritānijā automobiļa virsbūve tika izgatavota no alumīnija sakausējuma.

   
 

Pēc Otrā pasaules kara Anglijā bija problēmas ar tēraudu, toties alumīnija sakausējumi ar citiem metāliem ļāva iegūt relatīvi ne visai dārgus izejmateriālus. Laika gaitā alumīnijs tika reizēm izmantots arī sporta un ekskluzīvu automobiļu ražošanā, kad masas samazinājums vai imidžs bija svarīgāki par izmaksām, piemēram − Aston Martin un Morgan.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
 

Ļoti interesants piemērs − Morgan Plus 8: šinī automobilī alumīnijs tika izmantots nevis kopā ar tēraudu, bet ar koku. Tā nav drukas kļūda. Pirmā šāda versija parādījās 1936. gadā. No caurulēm veidotajai šasijai uzmontēts izturīgs oša koka karkass, uz kura ar kniežu vai līmes palīdzību savukārt nostiprināti tērauda vai alumīnija ārējie paneļi. Jāpiebilst, ka nelielas Morgan Plus 8 partijas tiek izgatavotas vēl mūsu dienās.

   
 

Alumīnijs varēja kļūt par plašāk izmantotu virsbūvju materiālu 1980. gados, kad sāka veidoties stingrākas prasības attiecībā uz degvielas patēriņu, tātad – automobiļa masas samazināšanu, kā arī attiecībā uz noturību pret koroziju. No sākuma alumīnijs bija zaudētājos: masas samazinājumu izdevās panākt, palielinot augstas izturības tērauda pielietojumu spēka pārvados un izmantojot virsbūvē plastmasas elementus. Korozijas problēmas tika risinātas ar pāreju uz cinkotu lokšņu tēraudu un jaunām krāsošanas tehnoloģijām, kas ļāva palielināt virsbūves garantijas periodu līdz 5...10 gadiem.

Nedaudz vēlāk alumīnijs sāka atgūt savas pozīcijas. Kārtējais prasību pieaugums attiecībā uz automobiļu ekonomiskumu un ekoloģiskumu sakrita ar nelielu izejvielu cenu pazemināšanos. Šeit noteikti prātā nāks Audi, jo īpaši − A8 ar pilnībā no alumīnija izgatavotu virsbūvi. Ne tikai Audi, bet arī citu marku automobiļos sāka parādīties no spārnotā metāla izgatavoti elementi, galvenokārt – uzmontējamas virsbūves sastāvdaļas: motora pārsegs, spārni, durvis utt.

To automobiļu saraksts, kuros alumīnija detaļu īpatsvars kopējā virsbūves masā (nejaukt ar pilno masu) bija samērā iespaidīgs, kļuva visai garš. Tie, galvenokārt, bija ekskluzīvie automobiļi un sporta mašīnas: jaunākās paaudzes Jaguar XJ X350-X351, XJR, XF, XE un F-Pace, vienas platformas Audi R8 Lamborghini Gallardo, Ferrari F430, F360, 612, Lotus Elise, Opel Speedster,Tesla Roadster, Honda NSX, Spyker, Mercedes SLS. Alumīnijs izmantots arī BMW 5. un 6. sērijas (E60 un E63) konstrukcijā un pat mazajā VW Lupo.
   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Spārnotajam metālam atradās pielietojums ne tikai virsbūvju izgatavošanā: no tā sāka izgatavot daudzus mezglus un agregātus, kas saistīti ar pasīvo drošību – stūres vadības kronšteinus, pastiprinātājsviras, dzinēja balstus un daudz ko citu. Alumīnija dabiskais trauslums un plašais stingrības izmaiņu diapazons lieti noderēja. Vēl viena plaša pielietojuma joma – alumīnija cilindru bloki, virzuļi utt.

Protams, metināšanas un stiprinājumu problēmas nav izgaisušas. Sastiprināšanai ar tērauda elementiem piemērota tikai kniedēšana, bultskrūves un līme, bet savienošanai ar citām alumīnija detaļām – metināšana un kokskrūves. Nedaudzās izmēģinājumu konstrukcijas, kurās izmantoti viegli kūstoši nesošie elementi, lietošanā izrādījās ļoti kaprīzas un to atjaunošana – visai apgrūtinoša.

Neskatoties uz visām minētajām problēmām, alumīnijs turpina uzbrukt. Tas pat nav saistīts ar ekoloģisko normatīvu nemitīgo pastiprināšanos un cīņu par katru automobiļa masas kilogramu. Protams, modernās augstas izturības tērauda šķirnes ļauj atvieglot automobiļa virsbūvi un padarīt to izturīgāku.

Bet šai medaļai ir otra puse – šāda tērauda cena pieaug, pieaug presēšanas izmaksas, paaugstinās metināšanas un bojātu elementu remonta izdevumi. Tas sāk kaut ko atgādināt, vai ne? Tās praktiski ir tās pašas problēmas, ar kurām alumīnijs saskaras jau kopš tā parādīšanās. Tikai vienīgi augstas izturības tērauda korozijas problēmas gan nav izzudušas.

   
 

Atjaunošanas problēmas

Tie, kuri saskārušies ar alumīnija virsbūves elementu atjaunošanu, ir lietas kursā par visa šī procesa “jaukumiem”. Alumīnijs sagādā arī cita veida problēmas.

Piemēram, dažos BMW modeļos parādās elektroķīmiskās korozijas pēdas priekšējās piekares alumīnija šķīvjiem un priekšējām garensijām to savienojumu vietās, kā arī problēmas ar savienošanu pēc virsbūves bojājumiem.

Vēl piemērs – plaši pazīstams 1,9 l VW dīzeļdzinējs: pat pēc neliela trieciena visai bieži pārlūzt cilindru bloka alumīnija stiprinājumi.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Vispieņemamākais risinājums tādā gadījumā būs dzinēja nomaiņa, jo tādu otrreizējos piedāvājumos ir daudz. Kādēļ neizmantot argona-elektriskā loka metināšanu un neatjaunot stiprinājumus? To var darīt, taču nav nekādas garantijas, ka metinājuma vietās no vibrācijas neveidosies plaisas un dzinējs brauciena laikā vienkārši neizkritīs ārā.

   
 

Vēl viens trūkums – grūtības, kas saistītas ar otrreizēju pārstrādi: vienreiz lietojamu lietu (tostarp arī automobiļu) laikmetā šī problēma kļūst aizvien aktuālāka. Augsti leģēts tērauds šajā ziņā nav tas pateicīgākais materiāls. Alumīnija cena maz atkarīga no tā markas, vērtīgu piedevu sastāvs sakausējumā ir visai nenozīmīgs, bet galvenās materiāla īpašības nosaka silīcija saturs. Mīkstais metāls ir bez problēmām pārstrādājams, bet vērtīgās piedevas pārkausēšanas procesā viegli atdalīt turpmākai izmantošanai.

Attiecībā uz augstas izturības tēraudu neko tādu apgalvot nevar. Dārgo leģējošo piedevu pakete pārkausēšanas gaitā tiek neglābjami zaudēta. Vēl vairāk – tā piesārņo otrreizējās izejvielas un to attīrīšanai nepieciešami papildus izdevumi. Vienkāršo un augstas izturības tērauda marku cenas atšķiras vairākas reizes un dzelzs otrreizējas izmantošanas rezultātā šī starpība tiks zaudēta.

Tātad lēni tuvojas ar alumīniju saistīta nākotne. Pagaidām daudzu automobiļu virsbūvju konstrukcijas satur vidēji ne vairāk par 10...20% alumīnija, taču šis skaitlis nākotnē turpinās pieaugt. Sākotnējo izejvielu izmaksām mūsu dienās vairs nav tik liela nozīme.

Ekoloģiskais lobijs arī arvien pieņemas spēkā un spēj veicināt alumīnija automobiļu popularitāti ar daudz un dažādiem paņēmieniem: no prasmīgas publicitātes līdz mazākiem izdevumiem pārstrādei. Tā rezultātā lielie ražotāji izmantos alumīniju arvien plašāk. Tērauda konstrukcijas kļūs par ne visai dārgu automobiļu iezīmi, tomēr, samazinoties alumīnija apstrādes tehnoloģiju izmaksām, arī to ražotāji nespēs atturēties no kārdinājuma.

   
 

Vai automobiļu virsbūves nesošie elementi nākotnē tiks pilnībā izgatavoti no alumīnija? Nez vai: to nepieļaus pastāvīgi pilnveidotie drošības noteikumi.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Pirmās paaudzes Audi A8 (sērija D2, 1994−2002) kļuva par pirmo lielsērijas automobili, kuram no alumīnija bija izgatavoti ne tikai virsbūves paneļi, bet arī virsbūves nesošā konstrukcija ASF (Audi Space Frame). Virsbūves montāža lielākoties tika veikta ar rokām, par ko liecina metinājuma šuvju izskats. Bez uzkares virsbūve svēra tikai 249 kg – divreiz mazāk nekā analoģiska tērauda konstrukcija.

   
  Alumīnija vīrsbūve, Alumīnija virsbūves remonts, agrona metināšāna, алюминиевый кузов, ремонт алюминиевого кузова, аргонно-дуговая сварка
   
 

Nākamās paaudzes Audi A8 D3, 2003. gada modeļa virsbūve bija vēl vieglāka: 220 kg. Ceturtās paaudzes modeļiem virsbūves atkal kļuva smagākas: 231 kg un tikai 92% no tās bija izgatavoti no alumīnija. Lai pildītu drošības prasības, vidējie balsti tika izgatavoti no augstas izturības tērauda un sastiprināti ar blakus esošajām alumīnija konstrukcijām ar bultskrūvju un līmes palīdzību. Visā modeļu līnijā vissmagākā virsbūve bija Audi A8 D5: 281 kg un tajā tika izmantoti tikai 58% alumīnija.

   
 

Vai vēl plašāka alumīnija izmantošana nenovedīs pie automobiļa uzturēšanas izdevumu pieauguma, jo īpaši – lietotu automobiļu tirgū? Protams, novedīs. Mūsu dienās attīstīto valstu auto ražošana orientēta uz ātru autoparka atjaunošanu un maksātspējīgu pircēju, kuram pieejami lēti kredīti. Visu pārējo intereses, maigi izsakoties, nav svarīgas. Joki paliek joki, tomēr alumīnija nākotne, iespējams, būs gaiša, taču tā diezin vai būs lēta.

 
 
 
 
 

sagatavots / подготовлено brauc.com; car-use.lv ®