Valk Welding: Projecten in de media

Bij Caterpillar Work Tools kunnen ze beamen dat ook het automatiseren van het verlassen van zware plaat interessant is. Onderdelen voor graafbakken, zoals de messen en de ophanging worden daar met een lashoogte van a24 door de robot in 40% van de tijd gelast, in een hogere constantere kwaliteit.

Bij het verwerken van dikke plaat tref je relatief weinig lasautomatisering aan. De omvang van de installaties en de hoogte van de investeringen die daarmee gemoeid zijn, worden vaak als een belemmering gezien. Toch blijkt dat wanneer je je beperkt tot kleinere componenten, in plaats van complete samenstellingen, lasautomatisering wel degelijk lonend is en bovendien een veel hogere kwaliteit oplevert.

Bij Caterpillar Work Tools in Den Bosch kunnen ze beamen dat ook het automatiseren van het verlassen van zware plaat interessant is. Onderdelen voor graafbakken, waaronder de messen en de ophanging worden daar met een lashoogte van a24 door de robot in 40% van de tijd gelast, in een hogere constantere kwaliteit en met minder handling. De complete installatie inclusief programmeersysteem is geleverd door Valk Welding. Het strenge eisenpakket kwam van Peter Lauterslager, manufacturing engineer bij Caterpillar Work Tools.

Bedrijven die dikke plaatmaterialen (>25 mm) samenstellen kennen de problemen die bij het lassen optreden. De warmte-inbreng tijdens het lasproces veroorzaakt vaak vervormingen in het materiaal, met als gevolg ongewenste maatafwijkingen. Voorverwarmen en om en om lassen is het meest bekende recept in deze tak van sport. Daarnaast is vaak sprake van grote lashoogtes, die alleen in meer lagen kunnen worden bereikt. Zes lagen zijn daarbij geen uitzondering. Verder is het zaak, in het smeltbad te lassen, of te wel in ’t gootje, om uitzakken van de las te voorkomen.


De Panasonic-lasrobots last een topbox (foto’s: Erik Steenkist)

Handlassen zwaar
Dergelijke lasprocedures vragen een zware inspanning van iemand die met de hand last. De temperatuur boven het lasoppervlak kan bovendien behoorlijk oplopen. Onderbreking van het lasproces of een te hoge interpasstemperatuur kan een te hoge vermogensdichtheid veroorzaken, waardoor de materialeigenschappen verslechteren en later spontaan breuk kan optreden. Kortom handmatig lassen is in zulke gevallen zwaar en levert geen constante kwaliteit op. Bij Caterpillar Work Tools was dit een belangrijke reden te investeren in lasautomatisering met behulp van robots en manipulatiesystemen. Hun plan was een productiecel in te richten voor de productie van graafbakken die in enkele stuks op maat worden geproduceerd.

Bas van Haagen links (Valk Welding) en Peter Lauterslager rechts (Caterpillar Work Tools) bij een CAT graafbak.

Voor Manufacturing Engineer Peter Lauterslager was het duidelijk dat het lassen van een complete graafbak een te ambitieus plan was. Juist in de subassemblies zitten de meeste handlasuren, dus levert inzet van een lasrobot al een aanzienlijke besparing aan manuren op en is de omvang van de installatie nog te overzien. Onze wensen van PA-lassen, kruislingslassen, voorverwarmen, producthandling en flexibel programmeren zijn door Valk Welding vertaald in een cel met een Panasonic VR-robot op een baan, die twee opspanplaatsen bedient, waar achtereenvolgens de messen en de ophanging (topbox) voor de graafbakken worden gelast.

Peter Lauterslager controleert de lashoogte van de tandadapters op de messen voor de graafbakken

Dubbel-assige manipulator
Valk Welding zette een drop-center manipulator in om een hoge bewegingsvrijheid van de zware werkstukken tijdens het lassen mogelijk te maken. Deze manipulatoren zorgen er voor dat de draaiingsas van de werkstukken altijd in het center ligt, zodat de lasrobot steeds in het smeltbad last (in ’t gootje). Door deze bewegingsvrijheid bewegen werkstuk en lasrobot na iedere volledige las ongestoord naar de volgende tegengestelde positie, zodat een optimale balans in warmte-inbreng wordt bereikt. Kruislings lassen is verder slechts een kwestie van instellen van de juiste lasvolgorde in het programma.

De messen en tandadapters van de graafbakken zijn van een slijtvaste materiaalsoort, waarvan de lasprocedure nauw luistert. Zo mag tijdens het lassen de temperatuur een maximale waarde niet overschrijden (interpasstemperatuur) en mag het materiaal ook niet te snel afkoelen. Daarom worden de messen voor het lasproces eerst tot 110°C voorverwarmd. Valk Welding ontwikkelde daarvoor een branderwagen, die automatisch wordt uitgeschakeld nadat een infraroodtemperatuurmeter op de lasrobot de bereikte temperatuur heeft vastgesteld.

De lascel in opbouw bij Caterpillar Work Tools in Den Bosch

Uitzonderlijke lashoogte
De engineers van Caterpillar Work Tools hebben voor het lassen van de adapters (de tanden) op de messen een lashoogte van a24 voorgeschreven. Een dergelijke lashoogte is vrij uitzonderlijk en kan alleen worden bereikt door meer lagen te lassen. De juiste neersmeltsnelheid speelt daarbij ook een belangrijke rol. Om te voorkomen dat de draad ‘kapot gestookt’ wordt mag de draad niet meer dan 1,5 kJ vermogensdichtheid hebben. Proefondervindelijk is vastgesteld dat met een draad van 1,4 mm diameter met een 500 A lastransformator het optimum wordt bereikt en in totaal twaalf lagen nodig zijn om aan de vereiste lashoogte te komen. Die lagen kunnen niet achter elkaar worden gelast, maar tand voor tand.

Peter Lauterslager: “Voorheen kostte het handmatig lassen van een graafbakmes meer dan acht uur. Dat viel dus voor een gedeelte over een ploegwisseling heen, met als gevolg dat het product tussentijds afkoelde en weer opnieuw op temperatuur moest worden gebracht. Wij hebben nu gesteld dat producten in één keer moeten worden afgelast. Met de lasrobot kunnen we onze subsamenstelling 60% sneller lassen, zodat we ook aan die eis makkelijk kunnen voldoen.” Ondanks het feit dat alle producten per order op maat geproduceerd worden, is sprake van een grote mate van standaardisatie binnen de verschillende varianten. Zo zijn bijvoorbeeld de tandadapters hetzelfde, maar kan de positie per mes sterk verschillen. Peter Lauterslager: “Wij maken daarom gebruik van een programmeersysteem. Daarmee kunnen we ondermeer een compleet programma voor een tandadapter naar iedere willekeurige positie verplaatsen. Dat scheelt veel programmeerwerk. Met een dergelijk off line programmeerpakket ben je dus veel flexibeler en kun je snel variaties doorvoeren. Verder kun je daarmee het hele product van te voren off line simuleren.”

Detail twaalflaagse las van de topbox

Zoek naar producten die binnen een familie passen
Peter Lauterslager: “Ik denk dat veel bedrijven in dit segment terughoudend zijn voor investeringen in een lasrobot, vanwege de technologie en de hoogte van de investering. Je hoeft geen hooggeleerde te zijn om een robot in je productie proces te integreren, maar het is wel van belang dat je precies weet wat je randvoorwaarden zijn. Laat je goed informeren door de leverancier over wat wel en niet mogelijk is. Ook is van belang dat je weet wat het oplevert (benefits). De manier van werken is ideaal bij repeternd werk, zoek dus vooral naar producten die binnen een familie passen. De robot heeft een hogere constante kwaliteit en een kortere doorlooptijd opgeleverd. De operator is nu niet zomaar een ‘knoppendrukker’, maar tijdens het lassen verricht hij andere werkzaamheden binnen de productiecel zodat zijn tijd optimaal benut wordt.”

Bij specials voorsprong op lagelonenlanden
Caterpillar Work Tools legt zich in ’s-Hertogenbosch toe op de specials uit het programma laadbakken, wielladerbakken, graafmachinebakken, sorteergrijpers, knipscharen, crushers en dergelijke. Peter Lauterslager: “De standaard types worden in de Hongaarse productieplant van Caterpillar gemaakt. Die vestiging is geheel ingericht op snellopers en dat moet je niet vermengen met enkelstuks maatwerk. Dat is juist weer onze specialiteit in Den Bosch. Op gebied van specials en kwaliteit liggen we nog steeds voor op lagelonenlanden. Onze hogere loonkosten moeten we daarom compenseren met automatisering (www.caterpillar.com en www.valkwelding.com).

Bron: Metaalmagazine september 2006