Valk Welding: 1997

Společnost ACV z Ruisbroeku, výrobce produktů tepelné techniky a boilerů pro domácí i průmyslové použití, nedávno investovala prostředky do automatického robotického svařovacího systému určeného ke svařování “rodiny” tepelných výměníků. Instalaci provedl „král” mezi dodavateli svařovacích robotických systémů Valk Welding, který firmě již dříve dodal různé svařovací roboty.

Příliš nebezpečné pro manuální práci
Svařování tepelných výměníků je považováno za rizikovou práci, protože je vyžadováno svařování produktů RVS, a to je prováděno především manuálně. Tyto typy tepelných výměníků vyžadují provedení svarů pod tupým úhlem mezi plátem plechu a přibližně třiceti trubkami (v závislosti na konkrétním typu). Tloušťka stěny plechů i trubek je 1,5 mm. Po svaření musí být celek 100% nepropustný. Další problémy jsou spojeny s požadovaným tvarem tepelného výměníku. Svářeč musí mít k dispozici prodloužený svařovací hořák a v průběhu svařování má omezený výhled. Nemůže např. prostrčit hlavu mezi trubkami, aby se podíval na druhou stranu. V neposlední řadě, austenitický materiál podléhá při svařování deformacím, a to i přes to, že je daný celek upevněn a „předsmontován” pomocí několika menších svarů. Dále, abychom dosáhli 100% nepropustnosti svaru, musí být svar prováděn tak plynule, jak jen to je možné. Proto je v tomto případě manuální svařování velmi namáhavé.

To lze v rámci garance vysoké kvality práce vyřešit pouze jediným způsobem – automatizací procesu prostřednictvím robotických svařovacích systémů. Jedním z požadavků na dané zařízení byla jeho snadná obsluha. Vzhledem k tomu, že firma ACV již disponovala několika svařovacími roboty Panasonic, bylo zřejmé, že i nadále zůstane u spolupráce se společností Valk Welding. Výsledkem je kombinovaný robotický a manipulační systém. „Předsmontované” tepelné výměníky jsou upevňovány do formy ve tvaru vidlice pomocí čtyř upínek. Forma je upevněna do dvouosého manipulátoru, který produkt při svařování optimálním způsobem předkládá svařovacímu hořáku robotického systému. Tyto dvě „externí osy” jsou zcela zcela integrovány do ovládání šestiosého svařovacího robota prostřednictvím tzv. softwaru „Harmoniser“. Prostřednictvím daného softwaru je řízeno všech osm os určujících celý rozsah pohybu svařovacího robota a manipulátoru, a to tak, aby bylo dosaženo optimální svařovací pozice při minimální době trvání svařovacího procesu. Tato integrace snižuje množství potřebného programování a programovacího času.

Upevni a stiskni tlačítko
Robotický systém pracuje s opakovanou přesností +/- 0,1 mm, díky které produkt získává výborné charakteristiky v důsledku velmi přesného napolohování dílu určeného ke svařování. Právě tady je pro nás jedno „bolavé místo“, protože předsmontovaný tepelný výměník nelze s příliš velkou přesností zavěsit v rámci prodejního prostoru. Opakovaná přesnost při zavěšování do formy je vyjádřena v řádech milimetrů. Kromě toho musí být zařízení schopno svářet různé typy výrobků v rámci jedné „rodiny“ (tj. podobné tepelné výměníky s méně či více trubkami, výměníky různých rozměrů apod.). Kromě toho také firma požadovala zařízení, v rámci kterého by obsluha upevnila tepelný výměník a stiskem tlačítka dala pokyn robotickému systému, který by bezchybně provedl požadované svary.

Všechny tyto požadavky mohou být splněny, pokud je robot vybaven funkcí tzv. „dotekového vyhledávání“ („tactile searching“). Robot se nejprve pomocí svařovacího hořáku dotkne produktu. Ochranný kryt svařovacího hořáku funguje jako senzor („otevřený“ kontakt o napětí 24 V), který umí spustit daný lokalizační program. Tak např. robotický systém vyvíjí maximální rychlost v rámci 10 mm od stanoveného základního bodu, a poté přechází na „snímací“ rychlost 1 m/s. Ve chvíli, kdy se senzor dotkne kovu, je kontakt uzavřen a detekován 24 V signál. Data jsou uložena do  „bufferu“ a porovnána s jednotlivými programovacími typy. Výsledkem je informace o tom, jaký typ tepelného výměníku se právě zpracovává, a na základě toho je do ovladače načten odpovídající program. Kromě toho je také vyhodnocena informace o umístění a případném posunu konkrétního výměníku, které je porovnáno s umístěním nabízeným v programu. Na základě lokalizace kontrolních bodů jsou pohyby robotického systému uzpůsobeny aktuálnímu svařovacímu programu, a to prostřednictvím posouvání, otáčení a přeskupení počítačového modelu vzhledem k aktuálnímu umístění tepelného výměníku.

Optimalizace svaru
Jak již bylo zmíněno, v průběhu svařování podléhá produkt rozsáhlým deformacím. Vzhledem k požadavku vysoké kvality svařování bude nezbytné aplikovat další, doplňkový systém. Zvolili jsme ten nejjednodušší systém – monitorování svaru pomocí oblouku. Robotický systém bude nepřetržitě měřit odpor svařovacího oblouku a na základě toho přizpůsobovat svoji dráhu tak, aby byl odpor oblouku maximálně redukován. Řešení problému se vznikem deformací pomocí speciální formy by totiž bylo příliš nákladné a neumožňovalo by svařování produktu v rámci jediného upnutí.

Přizpůsobování svařovacího procesu lze také regulovat prostřednictvím nepřetržitého monitorování pulzujícího oblouku. V případě, že tlak oblouku mezi dvěma pulzy klesne pod kritickou hranici, kontrolní systém vygeneruje dodatečný impulz (tzv. „dip-pulse“), s jehož pomocí svařovací drát vyloučí veškeré drobné kovové částečky, a tak zabrání tomu, aby se působení svařovacího oblouku omezilo na malý (nežádoucí) kruhový prostor (vzniká větší množství svarových kapek a roste riziko vzniku chyby). Tento proces, který byl vyvinut firmou Panasonic v Japonsku, je znám jako svařování metodou MIG při využítí „Dip-Pulse“. Lze jej využít pouze v případě, pokud máte k dispozici napájecí svařovací zdroje Panasonic. S jejich využitím jsou svařovací zařízení mnohem vhodnější pro svařování tenkostěnné nerezové oceli a hliníkových výrobků. To znamená, že svařovací metodu MIG můžete využít všude tam, kde se svařování jinak provádí metodou TIG.

Pro udržování stabilního svařovacího oblouku jsou při automatizovaném robotickém svařování stejně důležité způsob přivádění svařovacího drátu a napájecí zdroj. Různí výrobci doporučují přivádění drátu systémem „push-pull“ (kromě běžného systému disponuje svařovací hlavice také systémem tahu „pull“), vzhledem k tomu, že je drát RVS poměrně ohebný a snáší pouze malou deformační zátěž. Přesto se firma Valk Welding u tohoto zařízení rozhodla pro běžný způsob přivádění drátu (technicky velmi jednoduchý, a tudíž i odolnější), protože správnou technikou přivádění drátu může být dosaženo stejného efektu jako v případě použití systému „push-pull“. Byl použit čtyřválcový přiváděcí systém řízený počítačem. Vzdálenost mezi cívkou a svařovacím hořákem byla zkrácena na minimum (na méně než 1,5 m), což vedlo k omezení tření. Rychlost a zrychlování přívodu drátu mohou být přizpůsobeny vzhledem k naprogramovaným „svařovacím“ parametrům, aby bylo garantováno optimální zahájení procesu svařování.

Výkonnost zařízení
Výkonnosti daného robotického zařízení je dosaženo díky rychlosti a uniformní kvalitě, kterou sebou nese proces automatizace. Ke zhotovení produktu, který robotický systém svaří během  55 minut, by kvalifikovaný pracovník při manuálním svařování potřeboval třikrát až čtyřikrát tolik času. Kterýkoliv zaměstnanec (a to dokonce i bez zaškolení) je schopen vyjmout svařený tepelný výměník, upevnit nový „předsmontovaný“ kus a spustit robotické zařízení. Konečným výsledkem je dokonale svařený díl. Je samozřejmé, že se investice do tohoto zařízení vrátí za velmi krátkou dobu. V každém případě by taková kvalita nemohla být zaručena při manuálním svařování. A bezvadná produkce je nezbytná k tomu, abychom si v rámci trhu udrželi naši silnou reputaci.

(Zdroj: odborná příloha časopisu Technisch Management, září 1997)