Valk Welding: 1997

De firma ACV uit Ruisbroek, producent van verwarmingsinstallaties en boilers voor zowel huishoudelijke als industriële toepassingen, investeerde onlangs in een automatisch lasrobotsysteem voor het lassen van een "familie" warmtewisselaars. De installatie werd uitgevoerd door "hofleverancier" van lasrobots bij ACV, Valk Welding, die er vroeger al verschillende lasrobots leverde.

Te kritisch voor manueel werk
Het lassen van warmtewisselaars is kritisch. Het gaat om het lassen van producten in RVS, wat doorgaans manueel goed uit te voeren is. Maar bij deze types warmtewisselaars betreft het stompe lasnaalden tussen vlakke plaat en een dertigtal buizen (enkele meer of minder, i.p.v. de gewenste uitvoering). De wanddikte van zowel plaat als buizen bedraagt 1,5 mm. Het geheel moet na het lassen 100% lekdicht zijn en blijven. Daarentegen levert de vorm van de warmtewisselaars bijkomende moeilijkheden op. De lasser dient te werken met een verlengde lastoorts en hij kampt met een zeer beperkt gezichtsveld tijdens zijn laswerk. Hij kan niet met zijn hoofd tussen de buizen om de andere zijde te zien. Last but not least zal het austenitisch materiaal tijdens het lassen vervormen, ondanks het feit dat het geheel ingeklemd is en via enkele korte lassen voorgemonteerd is. Bovendien moet om een lekdichte las te bekomen de lasnaad zo continu mogelijk worden gelegd. Daarom is het manueel lassen ervan extreem arbeidsintensief.

De enige oplossing om een dergelijk lasprobleem op te lossen en kwalitatief werk te kunnen garanderen, is automatiseren met behulp van een lasrobot. Hierbij werd als doel gesteld dat de installatie gemakkelijk moest kunnen worden bediend. Aangezien de firma ACV reeds beschikte over een aantal Panasonic lasrobot installaties, lag het voor de hand dat opnieuw een beroep werd gedaan op Valk Welding. Het resultaat is een gecombineerd robot-manipulatorsysteem. De voorgemonteerde warmtewisselaars worden met behulp van vier klemmen in een vorkvormige opnamemal vastgemaakt. Deze is gemonteerd op een tweeassige manipulator, die tijdens het lasproces het product optimaal aan de robottoorts aanbiedt. Deze twee "externe" assen zijn via de zgn. "Harmonizer" software volledig geïntegreerd in de sturing van de zesassige lasrobot. Hierdoor worden de acht assen die de totale beweging, lasrobot en manipulator, realiseren, gekoppeld gestuurd om steeds de optimale laspositie met een minimum aan manipulatietijden te bekomen. Door deze integratie worden de programmatie en de programmeertijd sterk verkort.

Klemmen en op de knop drukken
Een robot werkt met een herhalingsnauwkeurigheid van ± 0,1 mm, wat toelaat hoge kwaliteiten te halen, als tenminste de positioneringsnauwkeurigheid van het te lassen onderdeel hoog is. Hier knelt het schoentje, want het ophangen in de mal van de voorgemonteerde warmtewisselaar kan niet zeer nauwkeurig gebeuren. De herhalingsnauwkeurigheid van de ophanging in de mal mag gerust worden uitgedrukt in millimeters. Tevens moest de installatie geschikt zijn om verschillende types binnen één familie te lassen (gelijkaardige warmtewisselaars met meer of minder buizen, of die dimensioneel iets verschillen). Men wilde bovendien een installatie waarbij de operator de warmtewisselaar vastklemt, op de startknop duwt waarna de robot dan vlekkeloos de nodige lassen uitvoert.

Deze doelstellingen werden gerealiseerd door de robot uit te rusten met zgn. "tactiel zoeken". De robot gaat met zijn lastoorts eerst het product "aftasten". Als sensor fungeert de gasbeschermingskap van de lastoorts (een "open" contact waarop 24 V staat), waarmee het lokaliseringsprogramma wordt afgewerkt. De robot loopt tegen maximale snelheid op, tot bv. 10 mm van de voorziene positionering van een herkenningspunt en gaat dan "voelen" aan een snelheid van 1 m/sec. Op het ogenblik dat de sensor metaal raakt, wordt het contact gesloten en wordt het 24 V-signaal gedetecteerd. Deze data worden in buffers opgeslagen en vergeleken met de ingeprogrammeerde types. Hieruit volgt enerzijds over welke warmtewisselaar het gaat, waarvan dan het programma in de controller wordt geladen. Anderzijds krijgt men informatie over de positie van de warmtewisselaar en de verschuiving ervan t.o.v. de in het programma voorziene positie. Op basis van de lokalisering van de herkenningspunten worden in het lasprogramma de robotbewegingen aangepast door verschuiven, roteren en herschalen van het computermodel aan de eigenlijke positie van de warmtewisselaar.

Optimaliseren van de las
Zoals reeds aangegeven zal het product tijdens het lassen sterk vervormen. Vermits er een hoge laskwaliteit gewenst is, is een volgsysteem onontbeerlijk. Er werd gekozen voor het meest eenvoudige: het lichtbooggestuurd lasnaadvolgen. De robot gaat continu de boogweerstand opmeten en past zijn traject dusdanig aan, dat de boogweerstand minimaal blijft. De vervormingsproblemen oplossen met een speciale mal zou de kosten zeer hoog opdrijven en nooit toelaten het product in één opspanning af te lassen.

De continue bewaking van de pulsboog wordt ook gebruikt voor het bijsturen van het lasproces. Indien de boogspanning tussen twee pulsen onder een kritische limiet duikt, wordt er vanuit de sturing een extra "dip-pulse" gegenereerd waardoor de lasdraad fijne metaaldruppeltjes afscheidt. Op deze manier wordt voorkomen dat de lasboog in het (nadelige) kortsluitgebied komt (meer spatten en een grotere kans op plakfouten). Dit proces, in Japan ontwikkeld door Panasonic, staat bekend als het "Dip-Pulse" MIG-lassen. Het wordt enkel gebruikt op de Panasonic lasstroombronnen, wat deze lasmachines beter geschikt maakt voor het lassen van dunwandige roestvast stalen en aluminium producten: hierdoor kan MIG-lassen worden toegepast waar het anders noodzakelijk is om met het TIG-proces te lassen.

Bij het automatisch robotlassen is naast de stroombron de draadaandrijving even belangrijk voor het behouden van een stabiele lasboog. Verschillende fabrikanten raden push-pull aanvoer van de lasdraad aan (naast de normale aandrijving is er ook een "pull" door een aandrijving in de laskop zelf), dit omdat de RVS-draad vrij ductiel is en weinig knikbelasting kan verdragen. Toch opteerde Valk Welding in deze installatie voor een normale (technisch eenvoudigere dus robuustere) draadaanvoer omdat hetzelfde effect als met push-pull kan worden bereikt door een conceptueel goede opbouw van de draadaanvoer. Men gebruikte een goede vierrolsaandrijving die vanuit de stroombron computergestuurd wordt en de draadafstand tussen bobijn en lastoorts werd zo kort mogelijk gehouden (minder dan 1,5 m, wat de wrijving beperkt houdt). Afhankelijk van de geprogrammeerde lasparameter zal de aanvoersnelheid en -versnelling van de lasdraad worden aangepast om steeds een optimale lasstart te garanderen.

Rentabiliteit
De rentabiliteit van deze robotinstallatie wordt gehaald door haar snelheid en de uniforme kwaliteit die een automatisering aflevert. Een type dat op de lasrobot wordt gelast in 55 minuten neemt, uitgevoerd door een ervaren lasser, manueel zo'n 3 à 4 keer meer tijd in beslag. Hier kan elke operator, zonder opleiding, een afgelaste warmtewisselaar uitnemen, een voorgemonteerd exemplaar opspannen en de robot starten. Het eindresultaat is een goed gelast onderdeel. De pay-backtijd van deze installatie is dan ook zeer kort. Trouwens, met manueel lassen kan men de kwaliteit niet garanderen en foutloos produceren is essentieel om zijn reputatie op de markt hoog te houden.

(Bron: Vaksupplement Technisch Management sept. 1997)