Saldatura robotizzata di giunti di testa scanalati

Nel corso degli anni sono stati scritti articoli su articoli su come la robotica possa contribuire a migliorare la qualità e l'efficienza del processo di saldatura. La maggior parte di questi articoli affronta applicazioni in cui componenti di piccolo spessore vengono saldati in dispositivi dal design rigido che forniscono un eccellente adattamento e variazioni minime per saldare i giunti da una parte all'altra.

Ma cosa succede se i tuoi componenti sono troppo grandi per essere fissati e devi convivere con le ampie tolleranze derivanti dai processi di taglio, formatura e adattamento manuale? Cosa succede se si saldano giunti di testa su piastre spesse 3 pollici e i bordi della piastra sono stati tagliati a fiamma? La robotica può ancora migliorare la qualità e l’efficienza di queste applicazioni? La risposta breve è sì.

Uno degli aspetti più impegnativi di queste applicazioni è la realizzazione di saldature di testa su giunti scanalati perché generalmente presentano grandi variazioni che richiedono modifiche sia posizionali che volumetriche per creare saldature di buona qualità.

Approccio convenzionale alla programmazione dei robot

Con l'approccio convenzionale all'impostazione della saldatura robotica, il robot viene programmato manipolando il braccio meccanico (jogging) e registrando (insegnando) una serie di posizioni (punti) nello spazio e lungo il cordone di saldatura (vedereFigura 1 ). A seconda del robot e dell'attrezzatura di saldatura utilizzati, i parametri di saldatura possono essere impostati in file o programmi nella struttura dati del robot. Possono anche essere codificati direttamente nel programma del robot oppure impostati direttamente nella saldatrice come “lavoro” (quest'ultima è l'opzione meno flessibile).

Una volta completato il programma, il robot riproduce semplicemente questa struttura con un elevato grado di ripetibilità. Se non ci sono variazioni nell'adattamento e nella posizione delle parti, l'approccio convenzionale funziona perfettamente.

Il fatto è che, quando si saldano componenti di grandi dimensioni, raramente è possibile applicare l'approccio convenzionale a meno che gli assemblaggi saldati non siano molto semplici e possano essere fissati facilmente. Come può testimoniare chiunque abbia mai saldato giunti scanalati su lamiera con qualsiasi tipo di automazione, le variazioni di adattamento possono compromettere la qualità complessiva della saldatura. Il disallineamento dei giunti e la variazione nella preparazione dei bordi e nelle aperture delle scanalature possono portare a molti problemi di qualità e, in ultima analisi, al cedimento dei giunti, se non gestiti correttamente. Le variazioni di adattamento possono anche portare ad aumenti dei costi di saldatura, compresi tempi di saldatura più lunghi e un maggiore consumo di metallo d'apporto e gas.

La sfida nell'automazione di queste saldature risiede principalmente nelle variazioni di adattamento da parte a parte.

Se osserviamo il design comune della scanalatura come una scanalatura a V con le seguenti dimensioni, l'area della sezione trasversale della saldatura (escluso il cappuccio di saldatura) viene mostrata infigura 2.

Se l'apertura della radice su questo giunto viene aumentata di solo 1/16 di pollice, il volume di saldatura aumenta dell'11,2%, che equivale a circa due ¼ di pollice completi. saldature d'angolo. Questa informazione non è in alcun modo nuova; tuttavia, comprendere questo problema è fondamentale per sviluppare un’operazione di saldatura robotizzata di successo.

Figura 1

Limitazioni del tracciamento della cucitura e del rilevamento del tocco

La lavorazione robotica tradizionale di saldature di grandi dimensioni su cui si trovano solitamente questi giunti utilizza generalmente funzioni di tracciamento della giunzione attraverso l'arco e di rilevamento del tocco (vedereFigure 3E4 ). Queste funzioni vengono utilizzate per trovare il giunto e quindi tracciarlo durante la saldatura. Sono disponibili anche nella maggior parte dei robot tramite software e alcuni hardware.

Anche se questo approccio è molto comune ed è ancora considerato una configurazione di elaborazione avanzata, esiste una limitazione importante nella sua implementazione per la saldatura dei giunti delle scanalature. Come notato in precedenza, i giunti scanalati su componenti di grandi dimensioni presentano spesso grandi variazioni di adattamento, causando la variazione del volume della saldatura. Ecco alcune ulteriori sfide che il robot deve affrontare: • L'aumento del volume del giunto porterà a un riempimento insufficiente del giunto di saldatura. • La diminuzione del volume del giunto porterà a un riempimento eccessivo del giunto di saldatura. • A seconda della gravità delle modifiche all'adattamento, potrebbe essere necessario modificare la passata di saldatura e le sequenze degli strati per evitare un giro freddo tra le passate. Il giro freddo può portare alla mancanza di fusione e ad inclusioni.• Cambiamenti nell'adattamento del giunto possono portare al trascinamento dell'ugello.• Potrebbero verificarsi problemi di fusione delle pareti laterali.