Valk Welding: 1997

Avec les images de la foire expo récente SCHWEISSEN UND SCHNEIDEN qui s’est tenue au Messehallen d’Essen et ayant toujours en tête les nombreux robots présentés, nous avons trouvé qu’il serait intéressant de s’intéresser plus en détails à l’application robotisée.

Rendons-nous chez ACV INTERNATIONAL à Ruisbroek. Cette entreprise familiale qui fête son soixante quinzième anniversaire est spécialisée dans la construction d’appareils de chauffage pour la production d’eau chaude de chauffage central et sanitaire. La société utilise déjà des robots Panasonic depuis un certain temps. La société Valk Welding a récemment fourni un robot Panasonic  pour une application spécifique. Il a été installé dans la nouvelle usine ACV à Seneffe en Belgique.

Le produit à souder
L’installation robotisée a été entièrement conçue pour le soudage d’un échangeur de chaleur ACV typique, composé d’un cœur en acier inoxydable (304) entouré d’une enveloppe en acier au carbone. Le cœur en RVS consiste principalement en un faisceau de tubes de 40 mm de diamètre et dont la paroi mesure 1,5 mm.

Le nombre de tube peut varier, mais dans l’application présentée, il sont 36 (6x6). (Photo 2) Les extrémités des tubes sont prises dans des plaques collectrices dont la paroi mesure également 1,5 mm. Une enveloppe fine en acier au carbone est fixée sur et sous le cœur en RVS par des soudures d’angle et sur les côtés par quelques soudures à l’aide d’étaies. (photo 3).

Dans le dispositif de chauffe, les tubes sont disposés à la verticale. Le brûleur est monté en dessous. Il envoie les flammes et les gaz de combustion chauds à travers les tubes et est chargé et déchargé par des raccords tubulaires dans la chemise en acier au carbone. La photo montre clairement que le soudage manuel serait très difficile et fastidieux. Plus particulièrement, il est difficile de faire les 72 soudures (dans ce cas) autour des extrémités des tubes sont difficiles avec délicatesse en raison de la finesse de la plaque (1,5 mm) et de leur position. En raison de l’importante déformation inévitable lors du soudage de construction en RVS dont les parois sont fines, l’échangeur de chaleur est complètement monté et fixé en un ensemble relativement rigide avant de commencer le soudage. La série de tubes le long des parois est donc encore plus difficile à souder manuellement. Cela n’est possible qu’avec une torche spéciale rallongée. En outre, les exigences de qualité sont très contraignantes. Tous les raccords soudés doivent être absolument étanches et une grande importance est attachée à l’apparence. La densité de tous les échangeurs de chaleur est testée sur un stand de tests avec une pression de4 kg/cm². Les raisons techniques mentionnées ci-dessus et l’objectif de travailler le plus rapidement possible ont déterminé le choix d’un robot soudeur.

Le robot
Le robot Panasonic possède six axes. La pièce est maintenue sur un manipulateur avec deux axes à l’aide d’une simple fourche formant un moule fournissant la position adéquate. (Photo 4)
Les six axes du robot et les deux axes du manipulateur ont été intégrés à l’aide du logiciel. De cette manière, la pièce peut être positionnée de manière optimale pour pouvoir souder avec un minimum de manipulations, et donc en un minimum de temps. Le programme est donc conçu de telle manière qu’après avoir pressé le bouton de démarrage, le produit est soudé entièrement sans interruption et sans intervention de l’opérateur.

Pendant toute sa durée de vie, le robot possède une précision de répétition de 0,1 mm. Cependant, le problème est qu’après la fixation, nous parlons d’une précision de l’ordre du millimètre concernant la position de l’échangeur de chaleur et des soudures à exécuter. Pendant le soudage, les déviations par rapport à la situation idéale programmée sont plus grandes en raison des déformations. La plus grande attention apportée à la préparation ne saurait empêcher cela. C’est pourquoi le robot scanne régulièrement la position de la pièce et des soudures et envoie le résultat au cerveau de l’installation qui ajuste le programme du robot en conséquence. La recherche tactile a été choisie. La manche de protection du gaz placée au bout de la torche de soudage recherche la position exacte des soudures  par contact avec le matériau. Cette manche est fournie avec une tension basse de 24 V et chaque contact génère un signal électrique. C’est pourquoi un capteur spécial (vulnérable) est requis.

Pour une soudure d’angle par exemple, le bout de la soudure est recherché par contact avec les trois surfaces. Pour le soudage de tubes ronds, la recherche de la position de deux tubes est suffisante. Une épingle centrale insérée aux deux extrémités du tube est scannée. Elle suffit pour souder les 36 soudures rondes car la position entre les tubes et suffisamment précise.
Pendant le soudage, d’autres déformations peuvent survenir. La soudure doit être suivie sur tout le parcours à l’aide d’un système de surveillance de la soudure pour lequel est utilisé un la surveillance de soudure contrée par l’arc. La torche de soudage effectue un mouvement de balayage constant, grâce auquel la longueur de l’arc sa résistance sont corrigées instantanément.

Le générateur
Le résultat final de la soudure robotisée dépend largement de la qualité du générateur. Le soudage est réalisé à l’aide de la méthode MAG et on utilise le générateur Panasonic HM 350 Dip Pulse de type onduleur pour un soudage pulsé. L’onduleur dispose d’un système de surveillance interne baptisé Intelligence Artificielle par Panasonic. Il optimise en permanence les paramètres de soudage. Le principal avantage de cet appareil est qu’il évite les courts circuits, même lorsque le soudage est réalisé avec un arc basse tension. Par exemple, si en cas de sur-soudage d’un point d’attache, la longueur de l’arc diminue et il y a un risque de court-circuit. Le générateur produit une pulsation supplémentaire après quoi l’arc produit des gouttes fines. Par conséquent, le soudage peut toujours être effectué avec un arc tranquille et presque aucune goutte. Cela est très important pour le traitement suivant.

Protection gazeuse
Un gaz ternaire composé d’hélium, d’argon et de CO2 a été choisi comme protection gazeuse. (Inarc 172 d’Air Liquide, 63,8 % d’argon, 32 % d’hélium, 3,2 % de CO2 et 1 % d’hydrogène).

Fil d’apport
Un fil massif de 1 mm en acier inoxydable (309) est utilisé pour le soudage. Un système traditionnel à quatre rouleaux a été choisi comme dévidoir. Il va sans dire que le moteur est commandé par informatique. Le dévidoir est placé près de la torche de soudage, à environ 1,5 m afin d’éviter toute friction.

Torche de soudage
La torche de soudage a été spécialement conçue  pour cette application. Pour pouvoir atteindre toutes les soudures, et en particulier celles qui sont près de la paroi, une longue torche de forme spéciale a été fabriquée.

Le programme inclut des arrêts réguliers pour nettoyer la torche de soudage. Cette dernière est placée sur une petite fraise pour le nettoyage interne et une brosse pour le nettoyage extérieur de la manche de gaz. Cette dernière opération est importante en raison de la fonction de balayage de la torche et pour éviter la communication de données erronées.

Efficacité
Comme mentionné plus tôt, l’échangeur de chaleur est soudé en une seule action ininterrompue. Le produit à 36 tubes que nous avons observé a été terminé en 57 minutes. La durée relative de l’arc est de 70 %. Cela améliore également la qualité : des soudures esthétiques, peu ou pas de petites projections, et entièrement étanches. (Photo 5)

La décision de choisir le soudage robotisé pour cette application est entièrement justifiée.

 (Source: Lastijdschrift 4 - 1997, par J. Tondeleir, BIL)