Valk Welding: 1997

La société ACV de Ruisbroek en Belgique fabrique des installations de chauffage et des chaudières industrielles et domestiques. Elle a récemment investi dans un système de soudage robotisé automatique pour le soudage d’une famille d’échangeurs de chaleur. L’installation a été réalisée par le fournisseur royal de robots soudeurs, Valk Welding, qui avait déjà fourni auparavant plus sieurs robots soudeurs.

Trop critique pour une exécution manuelle
Le soudage d’échangeurs de chaleur est une tâche critique car il implique le soudage de produits RVS, ce qui se fait principalement à la main. Pour ces types d’échangeurs de chaleur, la soudure entre la plaque et chacun des trente tubes est obtuse (plus ou moins en fonction du modèle  requis). L’épaisseur de la paroi de la plaque et des tubes est de 1,5 mm. Après le soudage, l’ensemble doit être étanche à 100 %. En outre, la forme des échangeurs de chaleur entraîne d’autres problèmes. Le soudeur doit travailler avec une torche de soudage rallongée et sa vision est limitée pendant le soudage. Enfin, L’austénite se déforme pendant le soudage, malgré que l’ensemble soit maintenu et pré-monté à l’aide de plusieurs courtes soudures. En outre, pour obtenir une soudure étanche, elle doit être aussi continue que possible. C’est pourquoi le soudage manuel est une tâche très fastidieuse.

La seule manière de résoudre ce type de problèmes de soudage tout en garantissant la qualité du travail est l’automatisation par un robot soudeur. La facilité d’utilisation de l’installation était une des exigences. Comme ACV possédait déjà plusieurs installations de soudage robotisées Panasonic, il était logique de continuer à collaborer avec Valk Welding. Il en résulte un système de manipulation robotisé combiné. Les échangeurs de chaleur pré-montés sont fixés sur un moule en forme de fourche à l’aide de quatre pinces. Le moule est monté sur un manipulateur à deux axes offrant au produit une trajectoire optimale vers la torche du robot pendant le soudage. Ces deux axes externes sont entièrement intégrés dans la commande du robot soudeur à six axes grâce au logiciel Harmoniser. Ce dernier réduit fortement la programmation et la durée de programmation.

Fixer et presser le bouton
Un robot fonctionne avec un précision de répétition de ± 0,1 mm, permettant d’obtenir une grande qualité à condition que la position de la pièces soit très précise. Et c’est là que le bât blesse car il est impossible de suspendre un échangeur de chaleur pré-monté dans la galerie avec précision. La précision de répétition de la suspension dans le moule est exprimée en millimètres. En outre, l’installation devait être adaptée au soudage de différents modèles de la famille (des échangeurs de chaleur similaires avec plus ou moins de tubes, ou de différentes tailles). De plus, la société souhaitait une installation dans laquelle l’opérateur fixe l’échangeur de chaleur, presse le bouton de démarrage, puis le robot exécute le soudage requis sans défaut.

Ces objectifs ont pu être atteints en équipant le robot d’une recherche tactile. D’abord, le robot utilise sa torche de soudage pour palper le produit. Le bouchon de protection du gaz de la torche sert de capteur (un contact ouvert de 24 V), pour l’exécution du programme de localisation. Le robot tourne à la vitesse maximale, jusqu’à par exemple 10 mm de la position requise pour un point de référence et « palpe » à une vitesse de 1 m/s. Lorsque le capteur touche du métal, le contact est fermé et le signal de 24 V est détecté. Ces données sont enregistrées dans des tampons et comparées avec les modèles programmés. Il en résulte d’un côté des informations sur l’échangeur de chaleur concerné, permettant de charger le programme correspondant dans la commande. De l’autre côté, Une information est reçue quant à la position de l’échangeur de chaleur et à sa déviation par rapport à la position fournie par le programme. À partir de la localisation des points de référence, les mouvements du robot sont ajustés dans le programme de soudage par un décalage, une rotation et une mise à l’échelle du modèle informatique en fonction de la position réelle de l’échangeur de chaleur.

Optimisation de la soudure
Comme mentionné précédemment, le produit se déforme fortement pendant le soudage. Comme une grande qualité est requise, un système de suivi est indispensable. Le système choisi est le plus élémentaire : la surveillance de la soudure commandée par l’arc. Le robot mesure en continu la résistance de l’arc et ajuste son parcours afin que la résistance reste la plus basse possible. Résoudre le problème de la déformation à l’aide d’un moule spécial reviendrait trop cher et empêcherait de souder la pièce en une opération.

La surveillance continue de l’arc pulsé est également utilisée pour l’ajustage du soudage. Lorsque la pression de l’arc entre deux impulsions descend en dessous de la limite critique, la commande génère une impulsion dip supplémentaire, puis le fil d’apport exsude de fines gouttes de métal afin d’éviter que l’arc de soudage n’entre dans la zone de court-circuit (défavorable) qui entraînerait plus de projections et un plus grand risque d’erreur. Ce procédé, mis au point au Japon par Panasonic est connu sous le nom de soudage MIG Dip-Pulse. Il n’est utilisé que sur les générateurs pour postes de soudage Panasonic, ce qui les rend particulièrement adaptés au soudage de produits en aluminium à parois fines. Le soudage MIG peut donc être utilisé là où le procédé TIG ne pourrait autrement pas l’être.

Avec le soudage automatisé par robot, le dévidement du fil et l’alimentation électrique sont d’égale importance pour le maintien d’un arc stable. Plusieurs fabricants recommandent l’utilisation d’un dévidoir poussé-tiré pour le fil d’apport (à côté de l’entraînement normal, il y a également un entraînement tiré dans la tête de soudage elle même), car le fil RVS est assez malléable et ne supporte que de charges de compression les plus faibles. Néanmoins, Valk Welding a choisi un dévidoir normal (pas compliqué techniquement et donc plus robuste) pour cette installation il permet d’obtenir le même effet qu’avec un dévidoir poussé-tiré avec une conception correcte de l’alimentation en fil. Un ordinateur d’entraînement à quatre rouleaux commandé par la source d’alimentation électrique a été utilisé et la longueur de fil entre la bobine et la torche de soudage a été maintenue la plus courte possible (moins d’1,5 m, ce qui limite la friction). En fonction des paramètres de soudage programmés, la vitesse d’avance et l’accélération d’avance du fil d’apport peut être ajustée pour garantir un départ de soudage optimal.

Performances
Les performances de cette installation robotisée sont acquises à la vitesse et avec la qualité uniforme fournies par l’automatisation. Un modèle soudé par le robot en 55 minutes, requiert 3 à 4 fois plus de temps pour un soudeur manuel expérimenté. Tout opérateur, même non formé, peut retirer un échangeur de chaleur soudé, fixer une pièce pré-montée et lancer le robot. Le résultat final est une pièce parfaitement soudée. Il est évident que cette installation devient rentable extrêmement rapidement. En outre, la qualité d’une soudure à la main ne peut pas être garantie et une production sans défaillance est essentielle au maintien de notre réputation sur le marché.

(Source : Supplément professionnel de Technisch Management, sept. 1997)