Valk Welding: 1997

Met de beelden van de recente tentoonstelling "SCHWEISSEN UND SCHNEIDEN" in de Messehallen van Essen nog vers in het geheugen en terugdenkend aan de talloze robots die daar werden getoond, leek het ons interessant om eens een robottoepassing meer in detail te bekijken.

We gingen daarvoor naar ACV INTERNATIONAL te Ruisbroek. Dit familiebedrijf, dat zijn vijfenzeventigste verjaardag vierde, is gespecialiseerd in de constructie van verwarmingsapparaten voor de productie van warm water voor centrale verwarming en voor sanitaire doeleinden. Het bedrijf heeft sinds geruime tijd enkele Panasonic robots in dienst. De firma VALK WELDING heeft er pas geleden een nieuwe Panasonic robot geleverd en op punt gesteld voor een zeer specifieke toepassing. Hij staat opgesteld in de nieuwe ACV-fabriek te Seneffe. (Foto 1)

Het te lassen product
De robotinstallatie is volledig geconcipieerd voor het lassen van een typische ACV-warmtewisselaar. Deze is samengesteld uit een kern in roestvast staal (304) die omgeven wordt door een enveloppe in koolstofstaal. De RVS-kern bestaat hoofdzakelijk uit een bundel pijpen met een diameter van 40 mm en een wanddikte van 1.5 mm.

Het aantal pijpen kan variëren, maar in de toepassing die wij zagen, waren het er 36 (6x6). (Foto 2). De uiteinden van de pijpen zijn gevat in verzamelplaten van eveneens 1.5 mm dikte. Een dunwandige enveloppe in koolstofstaal wordt bovenaan en onderaan aan de RVS-kern bevestigd met hoeklassen en in de zijwanden met enkele proplassen (Foto 3).

In het verwarmingsapparaat staan de pijpen in de verticale stand. De brander wordt onderaan gemonteerd, stuurt de vlammen en de hete verbrandingsgassen door de pijpen en wordt via buisverbindingen in de koolstofstalen mantel aan- en afgevoerd.Op de foto`s is duidelijk te zien dat manueel lassen een moeilijk en zeer arbeidsintensief karwei zou zijn. Vooral de (in dit geval) 72 lassen rond de pijpuiteinden zijn vanwege de geringe plaatdikte (1.5mm) en de posities delicaat om uit te voeren. Omwille van de aanzienlijke vervorming die bij het lassen van een dunwandige RVS-constructie onvermijdelijk optreden, wordt de warmtewisselaar volledig gemonteerd en gehecht tot een relatief stijf geheel, alvorens met lassen te beginnen. Dat brengt mede dat vooral de pijpenrijen langsheen de wanden nog moeilijker manueel te lassen zijn. Dit kan alleen nog met een speciale verlengde toorts. Bovendien zijn de kwaliteitseisen hoog. Alle lasverbindingen moeten absoluut lekvrij zijn en aan het uiterlijk wordt veel belang gehecht. Alle warmtewisselaars worden op een proefbank op dichtheid getest met een druk van 4kg/cm².De technische redenen, hierboven aangehaald, naast de zorg om zo economisch mogelijk te werken, hebben geleid tot de keuze voor het robotlassen.

De robot
De Panasonic robot heeft zes assen. Het stuk wordt gespannen op een manipulator die twee assen heeft. Dit gebeurt met een eenvoudige vork, waarbij een mal voor een goede positionering zorgt. (Foto 4).

De zes assen van de robot en de twee assen van de manipulator zijn via de software geïntegreerd. Daardoor kan het werkstuk in de optimale posities gebracht worden voor het lassen met een minimum aan manipulaties en dus ook een minimum van tijd. Het programma is zo opgevat dat na het indrukken van de startknop het product zonder onderbreking en zonder enige tussenkomst van de operator volledig wordt gelast.

De robot heeft een levenslange herhalingsnauwkeurigheid van 0.1 mm. Het probleem is echter dat men, wat betreft de positie van de warmtewisselaar en van de te lassen naden, na het opspannen, eerder over een nauwkeurigheid van de orde van millimeters kan spreken. Gedurende het aflassen worden de afwijkingen t.o.v. de ideale geprogrammeerde toestand, door de vervormingen nog groter. De uiterste zorg die aan de voorbereiding werd besteed heeft dit niet kunnen verhelpen. De robot gaat daarom regelmatig de positie van het stuk en de naden aftasten en de resultaten van dit onderzoek mededelen aan het brein van de installatie, dat het overeenkomstige robotprogramma aanpast. Er werd gekozen voor "tactiel" aftasten. De gasbeschermingshuls aan het uiteinde van de lastoorts zoekt de actuele positie van de naden op door materieel contact te maken. Op deze huls wordt een laagspanning van 24 V gezet, zodat bij elk contact een elektrisch signaal gegeven wordt. Een speciale (kwetsbare) sensor is dus nodig.

Voor een hoeklas bijvoorbeeld wordt het uiteinde van de naad gezocht door contact te maken met drie vlakken. Voor de rondnaden van de pijpen is het voldoende de positie van slechts twee pijpen op te zoeken. In twee pijpuiteinden wordt een centrale pin gemonteerd die wordt afgetast. Dit volstaat om alle 36 rondnaden te lassen, aangezien de onderlinge posities van de pijpen voldoende nauwkeurig zijn.

Gedurende het lassen treden nog bijkomende vervormingen op. Het is noodzakelijk de naad te blijven volgen over het ganse parcours met een naadvolgingssysteem. Er wordt gebruik gemaakt van het lichtbooggestuurd lasnaadvolgen. De lastoorts maakt voortdurend een pendelende beweging, waarbij de booglengte en dus de boogweerstand naar de twee laskanten wordt opgemeten. Bij verschillende boogweerstand wordt onmiddellijk gecorrigeerd.

De stroombron
Het uiteindelijke resultaat van het robotlassen is in grote mate afhankelijk van de kwaliteit van de stroombron. Er wordt gelast met het MAG-procédé en daarbij wordt gebruik gemaakt van de Panasonic HM 350 Dip Pulse stroombron. Deze is van het type inverter voor gepulseerd lassen. Hij heeft een inwendig controlesysteem, "artificial intelligence" genaamd door Panasonic, dat de lasparameters voortdurend optimaliseert. In deze toepassing is het voornaamste voordeel dat vermeden wordt, ook als gelast wordt met lage boogspanning, dat kortsluiting kan optreden. Als bijvoorbeeld bij het overlassen van een hechtpunt de booglengte zo kort wordt, dat er gevaar is voor kortsluiting, dan wordt er een extra puls gegeven, waardoor fijne druppels in de boog worden afgescheiden. Daardoor wordt steeds met een rustige boog en praktisch spatloos gelast. Dit is zeer belangrijk in verband met de nabehandeling.

Gasbescherming
Als beschermgas heeft men gekozen voor een ternair gas, dat naast argon en CO2, ook nog helium bevat. (Inarc 172 van Air Liquide, 63.8% argon, 32% helium, 3.2% CO2, 1% H).

Lasdraad
Men last met een massieve 1 mm draad in roestvast staal (309). Als draadaanvoerkast heeft men voor een klassiek vierrollensysteem geopteerd. De motor wordt vanzelfsprekend door de software gestuurd. De draadaanvoerkast is wel dicht bij de lastoorts geplaatst, op ca. 1.5 m afstand, zodat weinig wrijving optreedt.

Lastoorts
De lastoorts is speciaal ontworpen voor deze toepassing. Om alle naden goed te kunnen bereiken, in het bijzonder de lassen die zich heel dicht bij de wand bevinden, werd een lange toorts met een bijzondere vorm gemaakt.

In het programma zijn op regelmatige tijdstippen onderbrekingen voorzien om de lastoorts te reinigen. Deze plaatst zich dan achtereenvolgens boven een kleine frees voor inwendige reiniging en tegen een borstel om de gashuls uitwendig zuiver te maken. Dit laatste is belangrijk omwille van de aftastfunctie van de toorts, om het doorgeven van vervalste gegevens te vermijden.

Economie
Zoals reeds vermeld wordt de warmtewisselaar in één ruk, zonder onderbreking afgelast. Het product dat we zagen lassen, met de 36 pijpen, werd voltooid in 57 minuten. De relatieve boogtijd bedraagt circa 70%. Daarbij komt dat de kwaliteit bijzonder goed is: mooie lasnaden, weinig of geen spatten en volledige bevrediging op gebied van lekdichtheid. (Foto 5).

Voor deze toepassing was de keuze van robotlassen absoluut gerechtvaardigd.

(Bron: Lastijdschrift 4 - 1997, door J. Tondeleir, BIL)