Kiadványok » Szakkönyvtár és szakcikkek

Szakkönyvtár

Szakmai javaslatok fogyóelektródás védőgázas ívhegesztőgépek ellenőrzéséhez és karbantartásához

Kattintson a képekre a nagyításhoz!

Ellenállás-hegesztés

Kattintson a képekre a nagyításhoz!

Szakcikkek

Fröcskölésvédelem az acélszerkezet-gyártásban

A tökéletes horganyzás vagy más korrózióvédo bevonatok szempontjából dönto jelentoséggel bír a megfelelo hegesztési fröcskölésleválasztó szer alkalmazása.

Síélmény a nyári kánikulában is

A németországi Bispingenben egy monumentális sícsarnok épült, amely 23 500 m2 alapterületével 2006 szeptembere óta egész éven át a síelni vágyók rendelkezésére áll. A szerkezet szíve egy olyan acélszerkezet, amelynek tartóit és más elemeit hegesztés elott a PROREC CE15L fröcskölésleválasztó folyadékkal kezeltek.
Ezzel sikerült a hegesztést követo utómunkálatokat a minimálisra szorítani és egyidejuleg közel 100%-os hibamentességet elérni a felületvédelemben. Amikor fémszerkezetek hegesztési fröcskölésvédelme a kérdés, neves gyártók, beleértve az autóipart is, évek óta az osztrák PROTEC cég terméke mellett döntenek. Most a PROTEC CE15L fröcskölésleválasztó folyadék az acélszerkezet-gyártásban is bizonyította hatékonyságát. A bispingeni "hó-katedrális" építése során a gyártó PROTEC CE15L fröcskölésleválasztó folyadékot használt a horganyzási igényre való tekintettel. Így az utólagos javításokat sikerült a minimálisra csökkenteni és teljesíteni a rendkívül szoros gyártási ütemezést, határidoket.
A szer feltalálója, Hoffmann úr azt mondja: "Horganyzott szerkezeteknél, sot általában a felületvédelem területén általában alábecsülik, ill. figyelmen kívül hagyják a hegesztési fröcskölésleválasztó szerek szerepét. A nyereség-költség mutatók elemzését általában csak a fröcsköléseltávolításra és a hegesztésre gyakorolt más közvetlen hatásra korlátozzák. Dönto jelentoségu azonban a fröcskölésleválasztó szer hatása a felületvédelem, a korrózióvédelem szempontjából is."

PROTEC CE15L - a kiváló horganyzás és hibátlan felületvédelem szempontjából leghatékonyabb fröcskölésleválasztó szer.

A hagyományos hegesztési fröcskölésleválasztók negatívan befolyásolják a különbözo korrózióvédo bevonatok kialakítását és azok optikáját: Általában homogenitási problémákat és foltosodást okoznak, ami korrózióhoz vezethet. A felületre tapadt fröcskölés egyes szemcséi utólag leválnak és védtelen felületi pontokat eredményeznek. A különféle vízbázisú fröcskölésleválasztók, amelyek nem harmonizálnak a pácfürdok vagy a korrózióvédo bevonatok anyagával, bevonatképzési, korrózióvédelmi hibákhoz vezethetnek. A biológiailag lebomló PROTEC CE15L fröcskölésleválasztó szer, a védo és felülettisztító hatását egy munkafázisban egyesítve optimalizálja a hegesztendo alkatrészek felületvédelmének minoségét.

Az eredmény: Porozitásmentes varratok olyan minoségben, amit egyetlen tisztítási, javítási utómunkálattal sem lehet elérni. A horganyzás vagy más korrózióvédo bevonat (KTL-bevonatok, festés, lakkozás stb.) kialakítása során pedig megállapítható, hogy a PROTEC CE15L sem homogenitási problémát, sem foltosodást nem okoz.

Ezekre a kiemelkedo használati elonyökre alapozva számos horganyzóüzem (köztük az Európa leghosszabb horganyzókádjával rendelkezo Calbe-i OTC horganyzóüzem is, amely a "sí-katedrális" horganyzását végezte) javasolja megrendeloinek, hogy hegesztéshez a PROTEC CE15L fröcskölésvédo folyadékot használják.

PROTEC - világszerte sikeres, innovatív termékek hegesztési feladatokhoz

Az osztrák PROTEC cég saját receptek és szabadalmak alapján a hegesztési feladatokhoz olyan termékeket gyárt, amelyek hatékonysága minden esetben növényi alapanyagok kompozícióján nyugszik. Termékeit kereskedelmi partnereivel karöltve egyre növekvo sikerrel forgalmazza világszerte. Számos neves fémszerkezetgyártó - az autóipartól a darugyártáson át a hajógyárakig - ismerte el kiváló minoségét és használja. A PROTEC CE15L hatékonysága egy triglycerideket tartalmazó recepten alapul és nem csak felületvédo, ill. felülettisztító hatással bír, amelyek javítják a hegesztés minoségét is, hanem a hegesztok számára van egy rendkívüli járulékos haszna is: Igazoltan semmiféle káros hatása nincs az egészségre, az emberi szervezetre.

Schwess-&Prüftechnik 08/2006
Fordította: Nagy Ferenc, REHM Kft.

Letöltés PDF formátumban

MicroMIG™ - alacsony hőbevitelű eljárás robothegesztéshez

microMIG™ - alacsony hőbevitelű eljárás robothegesztéshez

Alacsony hőbevitelű és mégis jó beolvadást megvalósító eljárást fejlesztett ki az SKS Welding Systems technológiai fejlesztő partnerével, a Leipold céggel együttműködve. A Leipold cég által 1997-ben szabadalmaztatott eljárás - a mechanikusan segített cseppleválás - elektronikusan, digitális vezérlés segítsé-gével valósítja meg azokat a követelményeket, melyeket az SKS támasztott az alacsony hőbevitelű hegesztéssel szemben. Az eljárás fröcskölésmentes anyagátvitelt valósít meg alacsony hőbevitel mellett a kívánt beolvadási mélység elérésével.

A microMIG™ eljárás az SKS Frontpull™ rendszer standard komponenseivel valósítható meg, s nem igényel semmilyen kiegészítő, drága berendezést. Ezáltal a microMIG nemcsak új eszközként áll a gyártás szolgálatában, hanem lehetővé teszi a FrontPull rendszer költséghatékony továbbfejlesztését is. A technológia könnyen integrálható az SKS Welding Systems gyártmányválasztékában jelenleg is járatos hegesztőrendszerébe.

Ez az eljárás acélhoz, rozsdamentes acélhoz, alumíniumhoz és bronzhoz egyaránt alkalmazható 0,5 - 3 mm-es anyagvastagságig. Különösen a látható helyeken lévő varratoknál, deformációra hajlamos alkatrészekhez illetve bevonatos (pl. cinkbevonatos) alapanyagokhoz alkalmazható nagyon előnyösen.

1. Bevezetés

Az 1989-ben Németországban alapított SKS Welding Systems GmbH-t kifejezetten azzal a céllal hozták létre, hogy automata- és robothegesztéshez fej-lesszenek hegesztőfelszerelést. Eleinte figyelmüket csak a német autóipari cégek termékeire koncentrálták (kipufogórendszerek, ülések, tengelyek, autóalkatrészek), a későbbiek során azonban az ipar számos egyéb területén is sikereket ér-tek el. A szakmai tapasztalat mellett jó alapot adott a fejlődésnek Volker Leipold fejlesztő munkája, aki több szabadalommal segítette az SKS hegesztőrendszerek fejlődését.

Annak ellenére, hogy Volker Leipold szabadalma már 1997 óta létezik (szabadalom száma: DE 19702911C1), csak a későbbiekben kifejlesztett Frontpull™ rendszerrel együtt vált lehetővé a microMIG™ eljárás létrehozása, melyet e cikk keretein belül ismertetünk.

2. Frontpull™ rendszer ismertetése [1]

Ahhoz, hogy a microMIG™ eljárást megértsük, előtte a Frontpull™ rendszerrel kell megismerkedni.

Az SKS Frontpull™ rendszer [1. ábra] szakít a push-pull szemlélettel, s a hegesztési folyamathoz közel, közvetlenül a hegesztőpisztolyra helyezi az előtolót. A Frontpull™ rendszerben a hegesztőpisztoly és a huzalelőtoló egy egységet képez, kiküszöböli a push-pull rendszerek szinkronizálási problémáit, lehetővé teszi a fröcskölésmentes gyújtást, s a lágy huzalok továbbítását.

Összehasonlítva a hagyományos push-pull rendszerekkel, az SKS Frontpull™ rendszer nagyobb megbízhatóságot nyújt, melyet a "push" rész elha-gyásával, kizárólag a huzal húzásával valósít meg. A korábban az iparban már számtalanszor bizonyított PF5 típusú huzalelőtoló-berendezés precíz, nagy telje-sítményű motorja megfelelő teljesítménnyel rendelkezik a huzal továbbítására. A modern - integrált kábelezésű robotok - teljesen új kihívások elé állították a he-gesztő-felszerelés gyártókat. Nagy sebességű mozgások, rendkívüli gyorsulások és lassulások - mindez a lehető legkisebb tömeg mellett - jellemzik ezeket a roboto-kat, melyhez kiválóan alkalmazkodik a mindössze 3,2 kg-os Frontpull™ rendszer.

A korábbi PF5 típusú huzalelőtoló berendezés komplett mechanikája a pisztollyal került összeépítésre, míg a vezérlőelektronika külön került elhelyezésre a roboton. Ezzel a megoldással a robot utolsó tengelyére jutó tömeg csökkenése mellett nagyobb működési megbízhatóság érhető el. A hegesztési folyamathoz kö-zel elhelyezett Frontpull™ hegesztőpisztollyal - melynek kialakításában a koráb-ban már számtalan helyen bizonyított Power Joint kialakítást vették alapul - precíz huzaltovábbítás valósítható meg, s elkerülhetővé vált a huzal megcsúszása. A gya-korlatilag fröcskölésmentes gyújtást lehetővé tevő gyújtási rutin és a fröcskölésmentes hegesztési folyamat a minőségi követelmények egyre magasabb igényeit is kielégíti.

microMIG™ eljárás ismertetése [2]

A Frontpull™ rendszer felhasználásával az SKS Welding Systems létrehozta a microMIG™ [2. ábra] eljárást, melynek célja hogy a leolvadási teljesítményt és a hőbevitelt a hagyományos impulzushegesztéshez képest jelentősen le lehessen szorítani, ugyanakkor biztosítani lehessen a megfelelő, szabályozott beolvadást vékony lemezek esetében is. Az új eljárás előnye a csekély hőbevitel és a megfelelő beolvadási mélység mellett a folyamatos - gyakorlatilag - fröcskölésmentes hegesztés. Az eljárás szénacélhoz, CrNi acélhoz, alumíniumhoz és bronzhoz egyaránt alkalmazható 0,5 - 3 mm-es anyagvastagságig.

A microMIG™ eljárás az impulzushegesztés, az új ívgyújtási funkció és egy különleges jelleggörbe összehangolásának eredményeképpen teljesíti a felhasználók által elvárt követelményeket, azaz az alacsony hőbevitelű, fröcskölésmentes MIG-hegesztést megfelelő beolvadási mélység biztosítása mellett.

3.1. A folyamat ismertetése

Az eddig ismert hegesztő eljárásoknál a leolvasztási teljesítmény a frek-vencia függvénye, az SKS a microMIG™ eljárással azonban szakít a hagyományokkal, s teljesen új oldalról közelíti meg a témát. Az új technológia működési elvét a [3. ábra] alapján az alábbiakban ismertetjük:

Egy impulzusszekvencia (impulzusok meghatározott száma) (3) közvetve meghatározza a huzalelőtolás sebességét (leolvadási teljesítmény) és létrehozza a hegfürdőt. Az utolsó - csökkentett energiájú - impulzussal létrejön egy csepp a huzal végén.

Ezután alacsony áramerősség mellett (2) a huzal a munkadarab felé ha-lad, majd a huzal végén lévő csepp az ömledékfürdővel érintkezésbe kerülve leválik. Azt követően a görgők forgási iránya megfordul és a huzalt alacsony áramerősség mellett visszafelé húzva annak vége ívet húz (4), kiküszöbölve ezzel a huzal előrehaladásakor tapasztalható fröcskölést. Miután a hegesztőív így létrejött, a megfelelő ívhossz kialakulása után a görgők a huzalt ismét előretolják (5). Rövid késleltetéssel az impulzusszekvencia újra kezdődik (1), a folyamat tovább ismétlődik.

3.2. Az eljárás előnyei

Alacsony hőbevitel
Minimális vetemedés
A hagyományos MIG hegesztéshez hasonló hegesztési sebesség
Megfelelő beolvadás
Gyakorlatilag fröcskölésmentes hegesztés

3.3. További előnyök

Alacsony beruházási költség, mivel a meglévő SKS berendezések könnyen és gyorsan továbbfejleszthetőek microMIG™ eljárássá. Ezt a standard - egymásra épülő - komponensek és a digitális vezérlés teszi lehetővé.
Csökkenti az utólagos karbantartási ráfordításokat, mivel a hegesztési folyamat "tiszta"
Javul a gyártmányok minősége
- fröcskölésmentes varratok
- tetszetős varratoptika
- csekély vetemedés
Csökkennek a gyártási költségek
- kevesebb utómunkálat
- kevesebb hibás darab

4. Alkalmazási példák

4.1. Átlapolt varrat - 2 x 0,8 mm

Hegesztési eljárás: microMIG™

Hegesztési sebesség: V= 100 cm/min

Alapanyagok: 1,4301

Anyagvastagságok: 0,8 mm

Hozaganyag: 1,4370

Huzalátmérő: 1,0 mm

Védőgáz: 98% Ar, 2% Co2

Gázmennyiség: 14 l/min

4.2. Sarokvarrat - 2 x 1,5 mm

Hegesztési eljárás: microMIG™

Hegesztési sebesség: V= 95 cm/min

Alapanyagok: 1,4301

Anyagvastagságok: 1,5 mm

Hozaganyag: 1,4370

Huzalátmérő: 1,0 mm

Védőgáz: 98% Ar, 2% Co2

Gázmennyiség: 14 l/min

4.3. Élvarrat - 2 x 1,5 mm

Hegesztési eljárás: microMIG™

Hegesztési sebesség: V= 100 cm/min

Alapanyagok: 1,4301

Anyagvastagságok: 1,5 mm

Hozaganyag: 1,4370

Huzalátmérő: 1,0 mm

Védőgáz: 98% Ar, 2% Co2

Gázmennyiség: 14 l/min

5. Összefoglalás

A microMIG™ eljárás kibővíti a MIG hegesztési eljárások alkalmazható-sági területeit a vékony lemezek irányába. Az eddigi MÍG eljárások és folyamatok főként a közepes vastagságú lemezek területén voltak sikeresen alkalmazhatók és a vékony lemezek esetében gyakran akadályokba ütköztek. Az új microMIG™ el-járás azonban lehetőséget biztosít a vékony lemezek különösen alacsony hőbevitelű, csekély deformációval járó hegesztésére, gyakorlatilag fröcskölésmentesen és megfelelő beolvadási mélység biztosításával.

6. Irodalomjegyzék

[1] - SKS Welding Systems, Frontpull™ Weld Package, 2009.
[2] - SKS Welding Systems, SKS info - Heat-reduced welding with defined penetration, virtually spatterfree, 2010.

Szerzők:
Klein, Markus - SKS Welding Systems GmbH
Barabás Péter, Nagy Ferenc - REHM Hegesztéstechnika Kft.

Letöltés PDF formátumban

Autódaru gém merevítőlamelláinak robotos hegesztése a PYLON-94 Kft-nél

1. A gémgyártás főbb jellemzői:

A nagyméretű acél-, ill. gépszerkezetek hegesztésének robotosítása több szempontból is nehéz feladatnak számít. A darabok méretéből eredően a tűrések és az illesztési pontosságok még egy rendkívül fegyelmezett gyártási kultúrában is meghaladják a robotosításhoz általánosan elvárt szintet. A méretek és a tömegek nagysága miatt a munkadarabok pozicionálási lehetősége sem felel meg a robotosításnál elvártnak. A gyártáshoz használt speciális alapanyagok által megkívánt különleges hegesztési technológia tovább bonyolítja a feladatot.

Mindezen nehézségek ellenére a PYLON-94 Kft-nél gyártott autódaru gémek merevítő lamelláinak robotos hegesztését a PYLON-94 Kft. szakembereivel történt többszöri konzultáció és egyeztetés alapján megoldhatónak ítéltük és 2008 nyarán elindítottuk a projektet, amelyről az alábbiakban egy rövid összefoglaló beszámolót készítettünk.

A PYLON-94 Kft. a TEREX-DEMAG GmbH részére gyártja 2 különböző típusú autódaru (1. ábra) komplett gémszekrényeit. A gémszekrények 7 db egymásba csúsztatható "csőből" állnak, amelyek különböző vastagságú, nagyszilárdságú (S1100 QL) finomszemcsés acélból készültek.

A darugém gyártásához használt nagyszilárdságú finomszemcsés acél lehetővé teszi, hogy a lemezvastagság csökkenése mellett nagyobb teherbírású darugémeket lehessen költséghatékonyan gyártani. Az erősítő elemek (lamellák) 100-300 mm széles, szintén S1100 QL minőségű lemezből vágott csíkok. A lamellákon nagyszámú ovális lyukat kell kivágni a gémcsőre való felhegesztéshez.

A vágás lézervágóval történik, a megfelelő minőség és a vágási deformáció csökkentése érdekében. A lamellákat lehetőleg hézag nélkül kell a gémcsőre illeszteni és fűzéssel rögzíteni, amihez szigorú technológiai előírások betartása szükséges. A hegesztés előtt a csöveket kb. 80 °C-ra elő kell melegíteni, a hegesztés során korlátozni kell a hőbevitelt, valamint gondoskodni kell a hirtelen lehűlés elkerüléséről.

A gyártás a legnagyobb csővel kezdődik, mivel erre a darabra kell felhegeszteni a legtöbb alkatrészt. A hegesztés megkezdése előtt a csöveket belülről, meghatározott pontokban merevítőelemekkel elő kell feszíteni (2. ábra), ezáltal a hegesztés során fellépő alakváltozások, vetemedések csökkenthetők.

A főbb szerkezeti elemek összeállítása hegesztőkészülékben történik. A szükséges nyílások helyének bejelölése, majd kivágása után fűzővarrattal rögzítik a merevítő lamellákat. Ezután daru segítségével beemelik a gémet a robotcellába, ahol megtörténik a lamella és a kivágások körbehegesztése (3. ábra).

A gyártási folyamat végén a cső egyengetése, méreteinek ellenőrzése, s a varratok mágneses repedésvizsgálata következik.

2. Merevítőlamellák hegesztése robottal

A robotrendszer kialakítását megelőzően több alkalommal is a helyszínen tanulmányoztuk a gémgyártás folyamatát, hogy megismerjük a robottal hegeszteni kívánt részfolyamatot, illetve a vonatkozó előírásokat, s a robotrendszerrel szemben támasztott követelményeket.

A TEREX-DEMAG GmbH előírásainak megfelelően a lamella kivágásainak hegesztéséhez az EN 440 szabvány szerinti G 46 2 C G4Si1 / G 46 4 M G4Si1, O1,2 mm-es huzalt kell használni, a lamella körbehegesztéséhez pedig az EN 12534 szabvány szerinti G Mn4Ni1,5CrMo, szintén O1,2 mm-es huzalt. A robotrendszerrel szemben támasztott különleges igény volt, hogy a hegesztőrobot alkalmas legyen ennek a kétféle minőségű, de azonos huzalátmérőjű hegesztőhuzalnak a használatára, s a váltás automatikusan megtörténjen anélkül, hogy automata szerszámcserélő rendszert kelljen használni. Ezt az SKS Welding Systems GmbH Dual huzalváltó rendszerű hegesztőpisztolyával sikerült megvalósítanunk, melynek segítségével programozott módon történik a huzalváltás (4. ábra). A huzalváltási művelet vezérlését az SKS Q8pw digitális folyamatszabályozó egység végzi. A technikai megoldás előnye, hogy egy drága, automata hegesztőfej-cserélő rendszer helyett egy kedvezőbb árú eszközzel hatékonyabban és rövidebb ciklusidővel lehet dolgozni. A hegesztőfej hozzáférési tulajdonságai az egyhuzalos hegesztőfejjel közel azonosak.

3. A robotrendszerrel szemben támasztott követelmények:

A PYLON-94 Kft. szakembereivel közösen végül az alábbi pontokban foglaltuk össze mindazokat a követelményeket, amiket a robotrendszernek teljesítenie kell:

2 különböző típusú gémszekrény gyártása, típusonként 6-6 különböző méretű csővel
a nagyméretű szerkezetek ą 3 mm-es tűréséből, valamint a pozicionálásból adódó pontatlanságok korrigálása szenzorokkal
a lamellák kivágásainak megkeresése érintéses elven működő szenzorral
gázhűtéses hegesztőfej használata
2 típusú, de azonos átmérőjű huzal használata a lamellák hegesztéséhez automata fejcserélő rendszer használata nélkül, elkerülve a huzalok kézi cserélését
a robot utaztatása egy 13 m hosszú szervovezérlésű utazópályán a cső hossza mentén
automata pisztolytisztító berendezés, valamint egy szerszámközéppont ellenőrző és korrigáló rendszer használata
a legkorszerűbb, digitális vezérlésű áramforrás használata
a hegesztési paraméterek felügyelete, dokumentálhatósága, archiválása
a digitális vezérlés hálózati csatlakoztatása a vállalat számítógépes hálózati rendszerébe

4. A projekt megvalósítása:

A fenti követelményeket teljesítő robotrendszer modellje az 5. ábrán látható.

A robotrendszer főbb egységei:

MOTOMAN HP20-6 robot
MOTOMAN TSL-1000SN (13 150 mm hasznos utazási hosszú) utazópálya
MOTOMAN Comarc varrat kereső és ívszenzor
MOTOMAN MotoTac automatikus szerszámközéppont-kalibráló egység
SKS Dual (Y-fejes) huzalváltó rendszer
SKS LSQ-5 hegesztő áramforrás
SKS Q8pw digitális vezérlőegység

A robotrendszer telepítése és beüzemelése után következett a programozás, amit a PYLON- 94 Kft. szakembereivel közösen végeztünk el. A lamellák kivágásai lézerrel készültek ugyan, de a lamellák pozicionálásából és a két fél toldásából adódó pontatlanságok miatt érzékelők alkalmazása nélkül nem volt lehetséges a robothegesztés. Ezt a helyzetet tovább nehezítette az alkatrészek ą 3 mm-es tűréséből adódó szórás, valamint az, hogy a kb. 3 tonnás alkatrészt a hegesztőrobot előtt csak több mm-es pontossággal lehet elhelyezni. Ennek a problémának a megoldására született meg az a programozási módszer, amelyet az alábbiakban ismertetünk.

A lamellát a cső hossza mentén több szakaszra osztottuk, és minden egyes szakaszra egy referencia-hegesztőprogram, valamint egy keresőprogram készült. Ezek a referencia-hegesztőprogramok mind úgynevezett relatív programok, azaz az adott szakaszra felvett saját, felhasználói koordináta-rendszerek pillanatnyi helyzetétől függenek. A felhasználói koordináta-rendszereket 3 pont segítségével - egy kezdőpont (ORG), egy X-tengely irányát meghatározó pont (XX) és egy síkot (XY) meghatározó pont - lehet a robotvezérlésben definiálni (6. és 7. ábra). Ezeket a pontokat a robot középpontkereső programjának a segítségével megkerestük, s létrehoztuk az adott szakasz koordináta-rendszerét. Ha ezeket a koordináta-rendszereket egy új cső hegesztése előtt újra létrehozzuk (megkerestetjük a középpontokat), a hozzá tartozó hegesztőprogramok térbeli lefutása az új cső térbeli helyzetéhez alkalmazkodik, s pontosan követi a kívánt pályát.

A hegesztés során a munkadarab hőmérséklete folyamatosan nő, ennek következtében deformálódik, ami a varratok pontos pozicionálását különösen megnehezíti. Hosszas kísérletezéssel azonban sikerült olyan programozási megoldást találni, amellyel a deformációk következményeit ki tudtuk küszöbölni.

A gyártás pontosságát tovább növeli még az automatikus szerszámközéppont-kereső rendszer, amely a hegesztés során a hő miatt bekövetkező minimális hegesztőfej-deformációt korrigálja.

A kivágások meghegesztése után a rendszer automatikusan átvált a másik típusú huzalra, a robot megkeresi a lamella szélén a varrat kezdőpontját, majd a robotot az ívszenzor segítségével folyamatosan a kívánt pályán tartva körbehegeszti a lamellát.

5. Az alkalmazott technikai megoldásokból származó előnyök:

A hegesztés robotosítása során az általunk használt programozási módszer valamint az SKS Dual (Y-fejes) huzalváltó rendszer alkalmazása a következő előnyöket biztosítja a gyártásban:

a 6-6 darab cső referenciaprogramjának elkészítése után nincs szükség minden cső újraprogramozására, illetve korrigálására, mivel azt a rendszer automatikusan elvégzi
nincs szükség bonyolult és drága érintés nélküli szenzorokra vagy kamerára a kivágások és a cső megtalálásához
nincs szükség a nagyméretű csövek pontos pozicionálásra, mert a robot tág határokon belül meg tudja keresni a csövet, illetve a lamellát
az alkalmazott egyszerű technikai megoldások nem növelték a robotrendszer árát.

6. Összefoglalás:

A PYLON-94 Kft-nél megvalósított robothegesztési projekt során a merevítőlamellák robotos hegesztésének nagyon sok előnyét megtapasztaltuk. Ezeket a következőkben foglaljuk össze:

A lamella hegesztéseinek minősége a kézi hegesztéshez képest sokkal jobb, egyenletesebb (8. ábra), és nincs szükség utólagos javításra.
A hegesztési paraméterek dokumentálhatók, s később bármikor visszakereshetők.
Nincs szükség drága fejcserélős rendszerre a huzalcseréhez.
A gyártási tűrésekből és a pozicionálásból adódó pontatlanságok a keresőszenzorral egyszerűen - tág határok között - korrigálhatók.
Egyszerűen programozható a rendszer, s rugalmasan további csőméretekhez is könnyen betanítható.

Mindezek alapján a beruházás egyértelműen sikeresnek tekinthető, és beváltotta a hozzá fűzött reményeket. A REHM Kft. által szállított MOTOMAN ívhegesztő robotrendszerben alkalmazott technikai megoldások sikeresen teszik lehetővé a darugémek merevítőlamelláinak hegesztését.

Ezúton szeretnénk köszönetet mondani a PYLON-94 Kft. szakembereinek, - Wolf Károly termelésvezető hegesztőmérnök úrnak és Udvari Tamás gyártástechnológus úrnak - akik szakmai támogatásukkal nagymértékben hozzájárultak a projekt sikerességéhez, valamint e cikk elkészítéséhez.

Szerzők:
Barabás Péter, dr. Farkas Attila, Nagy Ferenc
REHM Hegesztéstechnika Kft.

Letöltés PDF formátumban

Új alapokra helyezett robotfejlesztési koncepció a Motoman-nál

Az eddigi ipari robotfejlesztési koncepciók legfőképpen a robottal mozgatandó tárgyra, technológiai eszközre koncentráltak: ezek megfelelő szabadságfokú térbeli mozgatási lehetőségeit biztosították különféle karkialakításokkal, munkatérrel és sebességgel, a szükséges pontossággal.

A robotkar kialakítása csak abból a szempontból játszott szerepet, amit a megfelelő munkatér és hozzáférési viszonyok követeltek meg az adott feladattól. Lényegében ennek tudható be, hogy az elmúlt közel 30 évben a csuklókaros robotok szabadságfokainak száma 6-ról nem bővült tovább, hiszen ha csak a manipulálandó tárgyra vagy szerszám pozícionálására gondolunk, annak térbeli helyzete 6 független paraméter megadásával leírható. Erre épültek rá az általánosan használatos robotkar struktúrák, három szállító mozgással és három beállító mozgással megvalósítva a feladatot.

Az új fejlesztési koncepció középpontjában a előzőkkel ellentétben a humán folyamatok robotosítása áll, vagyis az emberi teljesítőképességnek megfelelő robotfelépítés megalkotása a cél. Ennek a koncepciónak a része, hogy a hagyományos felépítésű robotoknál szokásoshoz képest kevesebb perifériás egységgel lehessen megoldani bonyolultabb feladatokat, egyszerűsítve ezzel a robotrendszerek felépítését. A munkahelyek kialakításában pedig az emberi helyszükséglet, és a humán munkaerőnél megszokott szerszámozottság alkalmazását tűzték ki célul. A fejlesztés eredményeképpen született új robotcsalád egy- és kétkaros verzióban áll rendelkezésre.

A kétkaros robot méretei egy átlagos ember méreteinek felelnek meg. Ennek megvalósításához megfelelően karcsú robottest kialakítására volt szükség. Ez a feladat leginkább a hajtások fejlesztését igényelte úgy, hogy minél kisebb beépítési méretben lehessen megfelelő teljesítményt elérni az egyes kartagok mozgatásához.

Az új robotgeneráció technikai megvalósításának kulcseleme egy saját fejlesztésű aktuátor, ami egy olyan kompakt mechatronikai szerkezet, mely szervomotort, féket, jeladót és hajtóművet foglal magába, ráadásul csőszerű kialakításban. Ez lehetővé teszi, hogy alkalmazástechnikai kábeleket (a robotkarok végére rögzített szerszám működtetéséhez szükséges villamos és levegővezetékek) a robotalaptól az utolsó kartag legvégéig a robotkaron belül lehessen elvezetni. Ezzel nem csak a hozzáférési tulajdonságokat sikerült jelentős mértékben javítani, hanem a robotok működési biztonsága is nagymértékben növekedett, az üzemeltetés költségei pedig csökkennek a hagyományos technikai megoldásokhoz képest.

A legújabb fejlesztések eredményeképpen az aktuátoroknak a térfogatát a korábbi egyharmadára sikerült csökkenteni, ami lehetővé tette a robottest jelentős karcsúsítását. A szabadsági fokokat pedig a kétkaros robotnál a korábbi 13-ról 15-re növelték, ami még "emberszabásúbbá" tette a robotot. A 15 vezérelt tengely képes akár teljesen szinkronizált mozgás végzésére is, de a két karral lehetséges egy időben teljesen különböző mozgásfeladatot is végezni. Ezzel a humanoid robot karjainak mozgáskoordinációs képessége lényegében meghaladja egy átlagos ember ilyen irányú képességeit.

Szerző:
Dr. Farkas Attila
Robottechnikai szakértő
Motoman magyarországi képviselet

Letöltés PDF formátumban

Robotosítás hatékony módszerei az acél- és gépszerkezetgyártásban

Bevezetés

A robotosított hegesztéssel leginkább az autóiparban, valamint egyéb nagysorozatú és tömeggyártásban találkozunk, ahol a hegesztendő alkatrészek viszonylag kisméretűek. Ezeknél a termékeknél a robotberuházás költségének gyors megtérülését és nyereségességét a hegesztendő nagy darabszám biztosítja.
Az acél- és gépszerkezetgyártásában azonban még mindig viszonylag kevés robotalkalmazásra találunk példát.
A következőkben megpróbálunk rámutatni ennek lehetséges okaira, és felvázolni néhány gondolatot arról, mit tehetünk annak érdekében, hogy a nagyobb méretű termékek, acélszerkezetek hegesztése területén is növekedjen a robotok száma [1.].

Miért váltsunk gyártási módszert?

Annak érdekében, hogy egy cég igazolni tudja az automatizálásra fordított, sok esetben jelentős befektetést, a beruházásnak nyereséget kell hozni, és magas minőségi elvárásokat kell kielégíteni.
Ebből kifolyólag a gyártásban a robotosításának is ezeket a fő célokat kell szolgálni.
A következőkben áttekintjük, hogy melyek azok az alapvető tényezők, melyek a nyereségességet és a minőséget meghatározzák a robotosítás szempontjából.

A nyereségességet befolyásoló tényezők

A robotos hegesztés nyereségessége főként a következőktől függ:

A konstrukció robotosított hegesztésre történő tervezésétől,
A programozási időszükségletétől,
Időegység alatti hegesztés mennyiségétől,
A beruházás értékétől.

1. Tervezés robothegesztésre

Az autóiparban és egyéb sorozatgyártásoknál a költséghatékony termelés követelménye oda vezetett, hogy a termékek fejlesztését a szükséges gyártási eljáráshoz, módszerhez is adaptálni kellett. Ökölszabályként elmondható, hogy a gyártási költségek mintegy 80%-a eldől a tervező asztalon.

Ez így van az acél- és gépszerkezetgyártásnál is, ahol talán még manapság sem vetődik fel sok esetben a tervezés során, hogy a szerkezet gyártása során az robotokkal is hegeszthető legyen.

Ha a műszaki és gyártó szakembereknek van lehetőségük már a termék tervezésébe is beleszólni annak érdekében, hogy a termék robottal jól hegeszthető legyen, akkor nagyon jó esély van a termék nyereséges gyártására.

Mindazonáltal sok esetben, mire a hegeszthetőség kerül terítékre, már eldöntötték a gyártmány kialakítását és anyagát, ami azt jelenti, hogy az automatizált gyártás nem fogja hozni az elvárt eredményt.

A tervezés során figyelembe veendő tényezők

Kötéstípus
Varratok elérhetősége, megközelíthetősége
Beépülő alkatrészek összetettsége
Megfelelő anyagminőség (mind az alapanyag, mind a hegesztőanyag tekintetében)
Tervezőmérnökök oktatása a gyártási eljárások és robothegesztés vonatkozásában.

2. A programozási idő csökkentése

A programozási idő csökkentése alapvető követelmény a robothegesztés nyereségességességének biztosítása érdekében. A hagyományos on-line betanításos programozási mód nagyméretű és kis darabszámban készülő alkatrészek hegesztésének robotosítását a legtöbb esetben gazdaságtalanná tenné a gyártási időhöz képesti túlzottan hosszú programozási idő miatt.

Az off-line programozási módszerek a programozás idejének legjelentősebb részét PC-re viszik át. A robotrendszert csak a program adaptációjának idejére kell bevonni a programozási műveletbe.

A szükséges programozási eszköztár folyamatos fejlesztés alatt áll, a különböző CAD-rendszerek egyre inkább beintegrálódnak az off-line programozói szoftverekbe.

A jelenleg járatos rendszerek használatához tapasztalt mérnökökre van szükség, ezért ezek használata viszonylag költséges. Ennek megfelelően szükséges az off-line programozói rendszerek használatát egyszerűsíteni, felhasználó-barátabbá tenni, és a szoftvereknek a valóságos üzemi viszonyok modellezési pontosságát javítani.

Az is fontos, hogy az off-line programozói szoftver legyen képes a gyártó rendszer és a gyártás szimulációjára. A gyártás számítógépen történő szimulációja sok megtakarítást eredményezhet, ha a termék kialakítását és a gyártás funkcióit előre ellenőrizni tudjuk. A ciklusidő előre tanulmányozható, és előre lehet lépéseket tenni annak csökkentése érdekében, növelve ezzel a nyereségességet. A Motoman már több, mint 10 éve rendelkezett saját fejlesztésű, egyszerű, Windows alapon működő szimulációs és off-line programozó szoftverrel. Ennek neve ROTSY (Robot Off-line Teaching System Yaskawa) és nem csak hegesztésre, hanem más robotalkalmazásokhoz, pl. szerszámgép kiszolgálásra, palettázásra is használható.

További segítséget jelent, ha a szokásos robotot felszereljük varratkereső és követő rendszerekkel. Ezek segítségével, az off-line program és a valóság közötti eltéréseket a robot bizonyos határokon belül önműködően képes meghatározni és kikorrigálni automatikus kezdőpont-kereséssel és varratkövetéssel. Szenzorok alkalmazásával tehát a számítógépen megalkotott off-line program adaptációjának idejét csökkenthetjük számottevően. Megfelelő szenzortechnika alkalmazására nagyobb méretű szerkezetek robothegesztésénél nem csak e miatt, hanem a gyártási és pozícionálási pontatlanságok okozta eltérések kikompenzálásra céljából egyébként is legtöbbször szükség van. A robottechnika fejlődésén belül ma az egyik legdinamikusabban fejlődő terület az off-line programozás. Az off-line rendszerek és a szenzortechnika fejlődésével a robotok gazdaságos alkalmazhatósági területe a nagy- és közép sorozatokról fokozatosan kiterjed a kis sorozatok és az egyedi gyártás felé. Ma már lejött az ideje annak, hogy szakítsunk azzal a képpel, miszerint a robotok gazdaságos alkalmazási területe kizárólag a nagysorozat és tömeggyártás.

3. Az időegység alatti hegesztés mennyisége

Nagyméretű munkadarabok esetén, ha az óránként lehegesztett varrattömeg mennyiségére összpontosítunk, a nyereségesség jobban kimutatható.

Például, ha az Öresund híd project felső csomóponti szekcióinak hegesztését vizsgáljuk, a kézi hegesztéssel hegesztett hegesztőanyag mennyisége 1 kg volt óránként, ami robothegesztéssel 4 kg-ra növekedett. A robotrendszer egy 6 kg terhelhetőségű robotból állt, melynek munkatartománya 9 m hosszú utazópályával, valamint kereszt- és magassági irányú utaztatással volt kiterjesztve a nagy munkadarab hegesztéséhez szükséges méretűre.

Nagy falvastagságú szerkezetek hegesztésénél, ahol többsoros varratokat kell hegeszteni a hegesztett varratok mennyisége nagyon nagy lehet viszonylag egyszerű programozás mellett. Ezt tovább segítik a szenzoros varratkövetést biztosító rendszerbe integrált többrétegű varratok automatikus hegesztésére szolgáló programozási funkciók (pl. Motoman Comarc Multilayer).

A termelékenység tovább növelhető speciális eljárásváltozatok, mint nagysebességű MAG hegesztés, kéthuzalos eljárások, stb. alkalmazásával.

4. Beruházási költségek

A beruházási költség a gyártóüzem jellegétől függően változik, nehéz arra jellemző számadatot adni. A szükséges rendszer állhat egy egyszerű robotból és pozícionáló berendezésből, de lehet nagyméretű portál utazópályás robotrendszer, többtengelyes pozícionáló berendezéssel felszerelve. A hegesztendő munkadarab mérete és összetettsége szintén befolyásolhatja a rendszer kialakítását.

A Motoman fejlesztéseivel azon dolgozik, hogy nagyméretű termékek gyártásához olyan berendezéseket tudjon kínálni, melyek alkalmazása gazdaságos és termelékeny. Ezekre mutat példát az. 1. és 2. ábra.

A minőség és a dokumentálási igény

A minőségi követelmények növekedése, és a minőség dokumentálásának igénye ugyancsak előmozdítják a robotosítás ügyét: a robot képes újra és újra ugyanazt a hegesztési minőséget hozni, ha a robot elé helyezett munkadarabok korrekten vannak előkészítve. Korszerű robotrendszerek képesek felügyelni és dokumentálni a teljes munkafolyamatot, bizonytani, hogy a minőségi követelmények betartása a teljes folyamat alatt biztosított. Ezzel az emberi tényező hatása minimalizálható a teljes folyamatban. Ennek gyakorlati megvalósításához alkalmas komplett rendszert ismertettünk korábbi írásunkban [2.]

Korábban azt, hogy a robotosítandó alkatrészeknek pontosaknak kell lenni, bizonyos kritikával illették. Bár ez kétségtelenül igaz, nagyon fontos megérteni, hogy minden előkészített darabnak kellően pontosnak kell lennie ahhoz, hogy kielégítsük a hegesztési specifikáció követelményeit, függetlenül a gyártási módtól. A kézi hegesztő ugyan kikorrigálja a munkadarab eltéréseit, ha az nincs tűrésen belül, ez azonban végeredményben kedvezőtlen hatással van a termék általános minőségére.

Alkalmazási példák

Nagyméretű szerkezetek robothegesztésére a következőkben két példát ismertetünk röviden, hogy biztassuk a hazai szakembereket is: a rendelkezésre álló technikai lehetőség biztosítják a lehetőségét a robottechnika gazdaságos alkalmazásának ezen a területen is.

Teherszállító vasúti kocsik gyártása

Szén és vasércszállító tehervagonok gyártásának automatizálásával tették jelentősen gazdaságosabbá és könnyebbé a gyártást a Transwerk's Wagon Build gyárban Bloemfontein-ben, Dél-Afrikában [3.]. A cég korábbi 1,5 Millió EUR értékű beruházását folytatta három további számítógép-vezérlésű utazópályás Motoman robotrendszerrel, melyekkel már ötre emelkedett robotrendszereik száma.

A 2007 közepén telepített 37, 5 m hosszú, 8 m széles és magas robotrendszer a legnagyobb robotrendszernek számít Dél-Hemisphere-ben. A rendszert a svédországi Motoman szállította 6 db 40 láb méretű konténerben Bloemfontein-be, a telepítés és beüzemelés 1 hónapig tartott.

A rendszer 20 szinkronizált szervo tengellyel rendelkezik. Ebből 2 vezérli a 20 tonna terhelhetőségű, támasztóval rendelkező forgató berendezés-párt. Ezek a forgató berendezések végzik a 7 tonna tömegű tehervagon alvázak 360o-os körben történő forgatását, miközben a hegesztést 2 db, utazópályára függesztett HP6, 6 tengelyes robot végzi. A robotok egyidejűleg két, egymástól függetlenül működő utazópályás rendszereken mozognak, melyek további 3 mozgási szabadságfokot jelentenek a robotok számára.
A tehervagon részegységek először fűzéssel kerülnek összeállításra. Az összefűzött alvázat ezt követően emelik be a robot egyik munkaállomásába, ahol a robot automatikusan végzi a hegesztést, miközben a másik munkaállomásban elvégezhető a következő darab cseréje. A hegesztés fogyóelektródás védőgázas hegesztéssel történik, a német SKS cég DCT technológiával működő impulzushegesztésre is alkalmas áramforrásával, Tough-Gun robot-hegesztőfejjel. A hegesztési varratok folyamatosan megbízható minőségét a rendszer magas szintű adaptivitásával, varratkereső, varratkövető, és hegesztési folyamatellenőrző rendszer alkalmazásával biztosítja.

A Wagon Build cég évente 500 db vasúti teherkocsit gyárt nemzetközi piacra, de Dél-Afrika-szerte is több, mint 100 millió tonna árut szállítanak vasúton, köztük a világ leghosszabb vasúti szerelvényein. Sok teherkocsi egyedi tervezésű ezek közül, igazodva a felhasználók különleges igényeihez, a szénen és vasércen kívül üzemanyag, és cement szállítására is alkalmassá téve azokat. A robotos gyártás fejlesztésének egyik fő célja volt, hogy a cég a világpiacon is versenyképes termékeket tudjon nyereségesen gyártani.

Az Öresund híd projekt

A Svédországot Dániával összekötő 7,8 km hosszú hidat közel 10 éve, 2000. július 1-jén adták át a forgalomnak [4.].

A projekt különlegességét nem csak méretei, hanem a gyártásban már akkoriban alkalmazott robottechnika adta.
A kábelfüggesztésű hidat a svéd Kockums Karlskronaverken gyártotta, melynek műhelyeiben a gyártás 1996-ban kezdődött.
A Kockums a Motoman céget választotta robotszállítónak és partnernek, és ennek a döntésnek több oka volt: Mindenekelőtt volt már hagyománya a Motoman-nal való együttműködésnek a cégnél, illetve a Motoman tudott testre szabott megoldás szállítani a feladathoz. Ehhez járult még hozzá, hogy a Motoman robothegesztési technológiájában rendelkezett a szükséges funkciókkal, például többrétegű varratok automatikus hegesztése, és képes volt a projekt teljes időtartama alatt oktatást, megfelelő szakmai támogatást biztosítani.

A Kockums üzemeiben készültek a felső csomópontok, a vasúti hídpálya test elemei, rácsos tartószerkezetek, támaszok és kereszttartók, melyek képezték a kábelhíd 20 m hosszú szekcióit. A feladat megvalósításához több, mint 100 munkásra és három robotrendszerre volt szükség.

A Kockums már rendelkezett két MOTOMAN-K10 ERC vezérlésű ívhegesztő robotrendszerrel. Az egyik 24 m-es, a másik 6 méteres utazópályával rendelkezett, mind a két rendszerben egy-egy kéttengelyes, támasztóval felszerelt pozícionáló berendezéssel. Ehhez vásárolt még a cég egy MOTOMAN- SK6 MRC vezérlésű, a 9.5 méteres portál utazópályás robotrendszert, egy darab 20 tonna terhelhetőségű, támasztóval ellátott szervo forgató berendezéssel. Ez a három robotrendszer dolgozott a projekt során 2 és 3 műszakban folyamatosan, csak rövid karbantartási szüneteket tartva.

A robot rendszer adatai

Típus: Motoman SK-6, MRC vezérléssel
Funkciók: ComArc III varratkövető rendszer, automatikus többrétegű hegesztési
funkcióval, automatikus kezdőpont-kereséssel
Portál utazópálya:
- Utazás x irányban= 9500 mm
- Utazás y irányban = 2500 mm
- Utazás z irányban = 2500 mm

A felső csomópont adatai:

Teljes hossz: 7.5 m
Tömeg: 12-19 tonna
Mennyiség: 108 db
Hegesztőanyag: mintegy 60 tonna
Termelékenység: 2 db/hét

Szoftver és programozás

Szimulációra és tesztelésre a Motoman ROTSY off-line programozó szoftvere került felhasználásra. Ez a szoftver segítette a készülékezés tervezését és a pozícionáló berendezések elhelyezését is.
Az off-line modell adaptálása on-line betanításos módszerrel történt a varratok 90%-ánál, tekintettel arra, hogy a 108 db felső csomópontok egyike sem volt teljesen egyforma, az alapanyag falvastagsága változott a különböző daraboknál. Ennek megfelelően szükséges volt a programozó személyzet folyamatos oktatása.

A függesztett híd project kétségtelenül sikeres volt, mind műszaki, mind gyakorlati szempontból. A határidőket napra pontosan tudták tartani, és a hibaarányt sikerült nagyon alacsonyra szorítani (kevesebb, mint 0,5%).

A projekt sikeréhez egyértelműen hozzájárult, hogy a gyártókat már az egész project kezdeti szakaszába is bevonták, ami pozitív hatással volt az egész kivitelezésre, és a gyártási költségekre.

Összegzés

Összeállításunkban igyekeztünk ráirányítani a figyelmet arra, hogy a robottechnika nem csak a nagysorozat és tömeggyártás, hanem az acél- és gépszerkezetgyártásra inkább jellemező kisebb sorozatok, sőt egyedi gyártás területén, és nagyméretű szerkezetek gyártásában is gazdaságosan alkalmazható. Ehhez a megfelelő technikai lehetőségek rendelkezésre állnak. A Motoman cég mindezeken túlmenően számos alkalmazással bizonyította szakmai felkészültségét is ezen a területen, melyek közül példaképpen kettőt mutattunk be. Korábbi írásunkban [5.] pedig hazai alkalmazásról is beszámoltunk, melyhez a Motoman cég képviseletében hazai fejlesztéssel is hozzájárultunk.

Szerző:
Dr. Farkas Attila
Robottechnikai szakértő
REHM Hegesztéstechnika Kft.
Motoman Robotics Europe
Magyarországi értékesítés és szerviz

Irodalom:
[1.] Michael Tranberg
Robotized Welding of Heavy Steal Products
Motoman Robotics AB 2002. Press release

[2.] Dr. Farkas Attila, Barabás Péter
5 éve Magyarországon az SKS: ívhegesztő berendezések, kifejezetten robothegesztésre fejlesztve
Acélszerkezetek 2009/3. szám p.92-97.

[3.] Press release (Reg. No: 1079 (GN)
Largest Gantry Robot System in The Southern Hemisphere
THE RIGHT IMAGE Ltd, 19.12.2007.

[4.] Michael Tranberg
The High Bridge-project
Motoman Robotics Europe AB Press release July 2001.

[5.] Barabás Péter Dr. Farkas Attila, Nagy Ferenc
Autódarugém merevítőlamelláinak robotos hegesztése a Pylon-94 Kft-nél
Acélszerkezetek 2009/2. szám p.86-89.

Letöltés PDF formátumban

Hegesztési folyamatok felügyelete

A helyzet ismerős. Elérkezett az audit ideje. A hegesztési folyamatok megbízhatóságát kell igazolni. Az ügyfél a stabil gyártási minőség igazolását és ellenőrzését kéri. és a minőségbiztosítás egyre több adminisztrációt, papírt igényel. A legnagyobb biztonság érdekében a legmegnyugtatóbb az lenne, ha minden folyamatot dokumentálnánk és minden varratot megvizsgálnánk (kritikus esetben minden darab minőségét igazolni kell), de a darabszám növekedésével ez egyre drágább. A szúrópróbaszerű ellenőrzés egy lehetséges kompromisszumos megoldás, de vajon mi történik a két ellenőrzés között? A legjobb megoldás egy aktív, gyártás közben folyamatosan működő minőségellenőrzés lenne, egy úgynevezett "in-line" (működés közbeni) minőségellenőrzés.

Miért ellenőrizzünk?

Az egyre növekedő "költségnyomás", különösen a beszállítóiparban, valamint a néha teljesen kiszervezett gyártási folyamatok indokolják az ezen kérdéskörrel való egyre fokozottabb foglalkozást. Ennek következménye az is, hogy például az autóipar a gyártás dokumentálásával szemben egyre növekvő igényeket támaszt. "A minőséget nem ellenőrizni, hanem gyártani kell" ez a leggyakoribb közmondás a minőségbiztosítással foglalkozók körében. Azonban maguk a gyártóeszközök (jelen esetben hegesztőgépek és -berendezések), valamint a korszerű vizsgálati eljárások jelentősen hozzá tudnak járulni a magas gyártási minőség eléréséhez.

A legelső probléma sokszor abból fakad, hogy sokan nem tudják a hegesztőgéppel betartani az előírt értékeket. Közvetlenül a gyártás során csak a szemmel (optikailag) könnyen felismerhető hibákat veszik észre és javítják ki. Rendkívül veszélyesek azonban az olyan paraméterváltozások, amelyek a hegesztő gép pontatlanságából, beállítási hibáiból, vagy akár szándékos elállításából erednek, de ugyanakkor még stabil hegesztési folyamatot tesznek lehetővé. Az ilyen munkaérték (paraméter) változások azonban olyan mechanikai-technológiai változásokat eredményeznek a hegesztett kötésben, amelyek gyakran észrevétlenek maradnak.

Automatizált hegesztéseknél a követelmények még magasabbak, mivel a kezelő személyzet folyamatos jelenlétének hiányában a hegesztési folyamat természetes megfigyelése hiányzik. A minőségi hiányosságok csak a végellenőrzés során derülnek ki, aminek következtében sok darab kárba veszhet. Eközben a hibaforrások gyakran rejtve maradnak, így a hibák megismétlődése valószínűsíthető. A hegesztés adatainak feljegyzése illetve rögzítése, azok kiértékelése és dokumentálása a hegesztési folyamatok lényegesen jobb megismerését teszik lehetővé, aminek következtében a szükséges intézkedések megtételére is lehetőség nyílik.

A járatos (hagyományos) vizsgálati módszerek korlátai

Egy hegesztési varrat jóságát hegesztés közben vagy hegesztés után lehet roncsolásos vagy roncsolásmentes vizsgálatokkal ellenőrizni. A roncsolásos vizsgálatok (töretvizsgálatok, csiszolatok) a minőségvizsgálat legjobb formái. Drága munkadarabok illetve sorozatgyártás esetén azonban lehetetlenné válik az alkalmazásuk.

A roncsolásmentes vizsgálatokkal sajnos nem fedezhető fel biztonsággal az összes varrathiba. A tipikus hibák egész sora, mint például tartály- vagy spirálcső- gyártás esetén a nem megfelelő átolvadás részben nem is állapítható meg.

Az átsugárzásos és akusztikus vizsgálatok a vizsgáló személy nagy tudását és tapasztalatát igénylik. A vizsgálandó helyek sok esetben nem megközelíthetőek. Egy további lehetősége a hegesztett darabok minőségbiztosításának a hegesztési folyamat villamos paramétereinek ellenőrzése. A hegesztőáram és feszültség mint villamos paraméterek értékei, valamint a felhasznált segédanyagok, a védőgáz és a hozaganyag (huzal) mennyisége minden hegesztési folyamat során aránylag könnyen mérhetők. Ezek értékei nagymértékben tükrözik a hegesztő felszerelésnek (gép, pisztoly, tömlőkötegek, testkábel és azok csatlakozásai), sőt magának a hegesztőnek a minőségét illetve állapotát is. Ennél a vizsgálati módszernél is azonban csak azok a hibák ismerhetők fel, amelyek a hegesztési paramétereken alapulnak.

In-line folyamatellenőrzés

Az in-line minőségellenőrzés alatt az összes minőséget befolyásoló tényező "Úgy tűnik, a hegesztési varratom megtart!" (Epper, Halle-Saale) hegesztés közbeni felügyeletét értjük. Az 1. ábra egy ilyen rendszer elvi felépítését mutatja.

Számos tipikus minőségi hiányosságot ismerünk, amelyek oka a hegesztőre vagy a hegesztőgépre, vagy a varrat előkészítésre vezethető vissza. A hibák túlnyomó része a hegesztőáramon, a hegesztési feszültségen és a védőgáz mennyiségén alapul.

Hegesztőáram

Minden befolyásoló tényezőtől függetlenül egy jó áramforrás az előre beállított értéket nagy pontossággal biztosítja. A hegesztőáram mérése alapján felismerhető tipikus hibák, illetve jelenségek:

a hegesztőgép beállításának megváltoztatása
meghibásodott hegesztőgép
rövidzárlatok
ívmegszakadások
gyújtási hiba
a gyök és a varrat geometriai egyenetlenségei
kötéshibák.

Hegesztési feszültség

A hegesztés során a legtöbb folyamat rendellenesség a hegesztési feszültségből felismerhető. Minden mégoly csekély ívhosszváltozás is a hegesztési feszültség értékében azonnal mérhetően megmutatkozik. A hegesztési feszültség mérése alapján felismerhető jelenségek illetve hibák:

rossz varratelőkészítés (élkiképzés)
hibás pisztolytartás
meghibásodott varratkövető rendszer, különösen a magassági szabályozás
meghibásodott hegesztőgép
rossz védőgáz
festék- vagy olajmaradványok a varrat területén
a varratelőkészítés (élelőkészítés) geometriai egyenetlenségei
kötéshibák.

Gázmennyiség

A kielégítő gázvédelem lényeges előfeltétele egy jó hegesztési eredménynek. Ugyanakkor a túl sok védőgáznak is vannak negatív hatásai, például az ívstabilitásra. A gázmennyiség mérése alapján felismerhető hibajelenségek illetve hibaforrások:

túl kevés vagy túl sok védőgáz
be nem tartott gáz elő- vagy utóáramlás.

Huzalelőtolás

Az egyenetlen huzaladagolás minden esetben azonnal hatással van a hegesztési eredményre. A fogyóelektródás védőgázas (MIG/MAG) eljárásnál az előtolórendszer különösen erőteljes hatással van a hegesztés minőségére, és annak bizonytalanságai (egyenetlenségei) rendkívül gyakori okozói a hegesztés minőségi problémáinak (hibáinak). A korszerű hegesztésfelügyelő rendszerek a huzalelőtolás megfigyeléséből például az alábbi hibaforrásokra mutathatnak rá:

rosszul beállított hegesztési paraméterek
egyenetlenségek a huzalelőtoló rendszerben (előtoló görgők, tömlőkötegek, huzalvezetők hibái)
ívgyújtási hibák.

Hegesztési sebesség

A hegesztési teljesítmény mellett (amely hegesztőáramból és a feszültségből adódik) a hegesztési sebesség az, amely alapvetően befolyásolja a hegesztett darabba bevitt energiát (szakaszenergia). A hegesztés alatt és után lejátszódó metallurgiai folyamatokat lényeges mértékben befolyásolja a bevitt energia.

Az adatok feldolgozása

Ahogy az eddigiekből látható, közvetlenül magukból a hegesztési paraméterekből és több paraméter kombinációjából már a hegesztés közben értékes következtetéseket vonhatunk le a hegesztés várható végeredményére vonatkozóan. Egy In-line folyamatfelügyelő rendszer középponti elemeként egy nagy teljesítményű számítógépnek a hegesztési folyamatból a szenzorok által kapott értékeket szintetizálnia kell, fel kell ismernie a hibákat és rendellenességeket, és ezeket a kezelő személlyel érthető módon közölnie kell. A későbbi esetleges igazolások illetve dokumentálások érdekében a felügyelet eredményeit nagy teljesítményű adattárolón rögzítenie kell (merevlemez, hálózat, CD-ROM). Erre a feladatra kiválóan alkalmas a HKS-Prozesstechnik GmbH által kifejlesztett folyamatfelügyelő és hegesztési adat dokumentáló rendszer. A hegesztéstechnikában szerzett több, mint 15 éves tapasztalat eredményeként optimális megoldások állnak rendelkezésre számos hegesztéstechnikai, mérési és felügyeleti feladatra.

WeldQAS - Hegesztési felügyelet felsőfokon

A WeldQAS rendszer (ld. 2. kép) egy számítógéppel támogatott mérőrendszer az összes ívhegesztő eljárás (VFI, AWI, fedettívű, plazma) folyamatának felügyeletére, kiértékelésére és dokumentálására. A hegesztési folyamat összes adatát begyűjti, amelyek varratonként, vagy statisztikai összefoglalóként 1. kép: In-line folyamatfelügyelet kiértékelhetők. A felügyelet beállítható vizsgálati utasításokon alapul, amelyek igazodnak az adott varrat, vagy varratszakasz paramétereihez és azok megengedett eltéréseihez. Ezen vizsgálati utasítások előhívása igazodik az áramforrás és annak vezérlése közötti kommunikációs rendszerhez (digitális I / O, Bus-rendszer, vezérlőfeszültségek) A felügyelet egy minőségindexáló rendszer alapján működik, amely a hegesztés közbeni eltéréseket 1-7-ig értékeli. Az adatok Fuzzy-rendszerű (bonyolult rendszereket modellező magas szintű matematikai eljárás - a fordító megjegyzése) kiértékelése lehetővé teszi a hegesztési eljárások hibaforrásainak gyors felismerését. Egy ilyen készülék 8 hegesztő berendezés egyidejű felügyeletére alkalmas.

A hegesztéstechnikai szenzorok

A szenzorok biztosítják a hegesztési folyamat adatainak egyszerű és gyors begyűjtését anélkül, hogy a hegesztőberendezésbe belenyúlnánk. Minden eljáráshoz egyszerűen alkalmazhatók és a gyártás közbeni tartós használatra készültek. A 3. képen a VFI és AWI eljárásokhoz alkalmazható szenzorok láthatók.

A felügyelet során az aktuális valós paraméterek és számos hegesztési folyamat során kiszámított dinamikus paraméter (ívstabilitás, teljesítmény) kerül összehasonlításra az előre megadott értékekkel. A felhasználó minden hegesztési folyamathoz a referencia értékeket egy jónak ítélt folyamat illetve varrat adatainak automatikus beolvasásával egyszerűen beviheti a gépbe.

Amennyiben a felügyelőrendszer az "előírt" értékektől való eltérést tapasztal, a hibákat már a hegesztés közben jelzi és dokumentálja. A hibás alkatrészek így idejekorán kiválogathatók és szükség esetén javíthatók. Az összegyűjtött adatok, eredmények és hibajelzések az adott rendeléssel, illetve termékkel kapcsolatos dokumentációval együtt rögzíthetők és automatikusan egy központi adathordozón (szerveren) tárolhatók. Ez a központi adattárolás a hegesztésért felelős személy vagy a termelésirányító számára lehetőséget biztosít a folyamatban lévő hegesztési munkák paraméterezésének megváltoztatására, vagy arra, hogy a termelésről és a gyártási minőségről részletes jelentéseket hívjon le. A rendelkezésre álló jegyzőkönyvek lehetőséget biztosítanak a termelési eredmények statisztikai összefoglalására (kiértékelésére) vagy minden egyes varrat hibáinak lekövetésére (4. kép)

Összefoglalás

A modern hegesztési felügyelőrendszerek, mint amilyen a WeldQAS már a gyártás közben lehetővé teszik, hogy a hibákat felismerjük és a drága javítási utómunkálatokat elkerüljük. Idejekorán felismerhetővé teszi a kopó alkatrészek elhasználódását, így azok cserélhetők, mielőtt a gyártásban hibákat illetve fennakadásokat okoznának. Egy ilyen szünet nélküli, folyamatos dokumentációval mindenkor biztosítva van a hegesztések paramétereinek igazolása is.

Szerző: Michael Kiese,
HKS Prozesstechnik GmbH
Fordította: Bálintné Dalmay Judit,
REHM Hegesztéstechnika Kft.

Letöltés PDF formátumban

Impulzustechnika - mesterségesen teljesítményimpulzusokkal létrehozott rövidzárlatmentes anyagátmenetet biztosító fogyóelektródás védőgázas hegesztés