Valk Welding: Novinky

Ve společnosti Caterpillar Work Tools v Nizozemsku by jistě souhlasili s tímto tvrzením: automatizace svařování silných plechů se vyplatí. Součástky korečků včetně lopatek a lžic jsou svařovány robotem koutovým svarem s průřezem 24 mm (a = 24 mm) za 40 % času. Svary mají často vyšší a stálejší jakost a proces vyžaduje méně manipulace.

Je poměrně málo příkladů automatizace svařování, které se týkají zpracování silných plechů. Velké rozměry systému a požadavek velkých investic často tvoří hlavní překážky. Ovšem zavedení automatického svařování spíše pro menší součástky než pro kompletní celky se může ukázat jako užitečné a navíc může podstatně zlepšit jakost.

Celý systém včetně programovací aplikace dodala společnost Valk Welding. Peter Lauterslager, výrobní technik v Caterpillar Work Tools měl řadu tvrdých požadavků.

Společnosti vyrábějící silné plechy (> 25 mm) jsou si více než vědomy problémů vznikajících při svařování takových materiálů. Teplo vznikající během svařování má za následek deformaci materiálu, což způsobuje odchylky rozměrů. Předehřátí a vyvážené svařování jsou nejznámější opatření v rámci svařování. Navíc je často požadují koutové svary o velkém průřezu, což vyžaduje více vrstev. Šest vrstev není výjimkou. Poměrně často musí být svařování prováděno v horizontální poloze kvůli vysoké tekutosti svařovací lázně.

 
Svařovací robot Panasonic svařující horní lžíci. (Foto: Erik Steenkist)

Ruční svařování je těžká práce
Takové postupy vyžadují velké vypětí pracovníka svařujícího ručně a teploty nad svařovaným místem mohou být extrémně vysoké. Přerušení svařování nebo příliš vysoká přechodná teplota mohou vést k nadměrnému vnášení energie, což může mít negativní vliv na vlastnosti materiálu a může vést k náhlým chybám. Zkrátka za takových okolností vyžaduje ruční svařování velké úsilí a nezaručuje trvalou jakost.

To bylo dostatečným důvodem pro společnost Caterpillar Work Tools, aby investovala do automatického robotizovaného a manipulačního systému. Jejich plán byl zřídit výrobní pracovní buňku pro malosériové, na míru vyráběné korečky. 

 
Bas van Haagen, Valk Welding, (vlevo) a Peter Lauterslager, Caterpillar Work Tools, vedle korečku CAT.

Výrobnímu technikovi Peteru Lauterslagerovi bylo jasné, že svařování kompletního korečku byl ambiciózní plán. “Většina pracovních činností zahrnuje ruční svařování podcelků, tzn. že už zavedením robotizovaného svařování vzniká velká úspora člověkohodin, což činí rozsah systému svařování poněkud lépe zvládnutelným. Společnost Valk Welding převzala naše požadavky na ploché a symetrické svařování, na předehřívání, na manipulaci s výrobkem a na pružné programování a přišla s návrhem pracovní buňky s jedním robotem Panasonic VR namontovaným na pojezdu, který obsluhuje dvě pracovní stanice, kde se postupně svařují břity korečku a horní lžíce.” 

 
Peter Lauterslager měří velikost průřezu koutového svaru na jednom zubu břitu korečku.

Dvouosé polohovadlo
Společnost Valk Welding použila dvouosé polohovadlo, které umožní široký rozsah polohování s těžkými součástkami během svařování. Polohovadla zajistí, aby poloha svařovací lázně vzhledem k robotu byla v optimální poloze. Tento rozsah manévrování umožňuje součástkám a svařovacímu robotu volné obrácení na druhou stranu, takže se vytvořené teplo rovnoměrně rozdělí. Symetrické svařování je tak pouze otázkou konfigurace programových nastavení správné svařovací sekvence.

Břity a zuby korečku jsou vyrobeny z otěruvzdorného materiálu, který vyžaduje přesné svařování. Během svařování by neměla teplota překročit nastavené maximum, přechodnou teplotu a materiál nesmí vychladnout příliš rychle. Proto jsou břity předehřívány na 110 °C. Společnost Valk Welding vyvinula speciální vozík hořáky předehřevu, které jsou automaticky deaktivovány při dosažení cílové teploty infračerveným teplotním čidlem namontovaným na svařovací robot.

 
Nainstalované svařovací pracoviště v Caterpillar Work Tools v ‘s-Hertogenbosch.

Extrémní velikost průřezu koutového svaru
Pro napojení zubů na břit stanovili technici společnosti Caterpillar Work Tools velikost průřezu koutového svaru na 24 mm (a = 24 mm). Tak extrémní velikost průřezu je dost výjimečná a lze ji dosáhnout pouze vícevrstvým svařováním. Správná míra navaření hraje v tomto procesu důležitou roli. Aby se zabránilo vyhoření drátu, neměla by hustota výkonu oblouku překročit 1,5 kJ.

Stylem pokus-omyl bylo stanoveno, že drát o průměru 1,4 mm a 500A zdroj napájení představují optimální sestavu pro provedení stanoveného koutového svaru ve dvanácti krocích. Není možné provést dvanáct návarů za sebou, ale je možné namísto toho provést navaření zub po zubu a pak vrstvu po vrstvě.

Peter Lauterslager říká, “Dříve trvalo ruční navaření břitu korečku více než osm hodin a kvůli střídání směn uprostřed montáže se součástka vždy ochlazovala a musela pak proto být opět zahřívána. Od nynějška musí být součástky svařovány na jeden zátah. Svařovací robot svařuje podskupinu o 60 % rychleji, takže tento cíl je snadno dosažitelný.”

“Svařovací robot svařuje podskupinu o 60 % rychleji.”
Navzdory skutečnosti, že všechny součástky jsou malosériové, zakázkové zboží, existuje v rámci sortimentu stále dost vysoká míra typizace. Například zuby mohou být stejné pro různé výrobky, ale jejich umístění se může významně lišit. Peter Lauterslager říká, “Právě z tohoto důvodu používáme programovatelný systém. Vytvoříme podprogram pro svařování zubu a pak tento podprogram použijeme, kdykoli potřebujeme navařit zub. Tím snížíme dobu vynaloženou na programování. Použitím této offline programovací aplikace dosáhnete naprosté flexibility a můžete rychle zavést mnoho variant. Navíc můžete celý postup svařování simulovat offline.”

 
Detailní pohled na dvanáctivrstvý koutový svar na horní lžíci.

"Najděte typově podobné výrobky”
Peter Lauterslager říká, “Myslím, že mnoho společností v našem odvětví se zřeklo myšlenky robotizovaného svařování kvůli nezbytným investicím a technologiím. Nemusíte být raketovými specialisty, abyste uměli zavést robot do vaší výroby, ale je podstatné, abyste si uvědomovali omezující činitele. Vždy požádejte vašeho dodavatele o radu, co je a co není možné. Je zkrátka důležité přesně pochopit, jaké výhody z toho plynou. Robotizované svařování je ideální pro sériovou výrobu, proto hledejte podobné výrobky. Roboty poskytují vyšší a stálou jakost a kratší dobu obrátky. Operátor není jen 'mačkačem tlačítka’; během svařování může plnit další úkoly v rámci pracovní buňky, takže tráví svůj čas užitečně.”

Konkurenční výhoda před nízkonákladovými zeměmi zaměřenými na speciální výrobu
Společnost Caterpillar Work Tools v ‘s-Hertogenbosch se soustřeďuje na speciální výrobu ve výrobním sortimentu zahrnujícím násypné zásobníky, hloubkové korečky, drapáky, nůžky, mechanické rozmělňovače atd. Peter Lauterslager říká, “Standardní modely se vyrábějí v maďarském výrobním závodě společnosti Caterpillar. Tento závod se zcela věnuje velmi žádaným výrobkům a nemusí směšovat výrobu se speciální zakázkovou činností. Touto záležitostí se zabýváme zde v Den Bosch. Pokud jde o speciality a jakost, máme pořád náskok před nízkonákladovými zeměmi. Naše vyšší výrobní náklady kompenzujeme automatizací.”

(www.caterpillar.com a www.valkwelding.com)

Zdroj: Metaalmagazine září 2006