¿Por qué automatizar la soldadura MIG de aluminio?
Equipada con nueva tecnología de control para manejar volúmenes más altos y velocidades de alambre más rápidas, la soldadura robótica de aluminio es ideal para aplicaciones de fabricación automotriz.
El robot de soldadura MIG puede controlar la velocidad de alimentación del alambre (velocidad), la forma de onda del pulso y el movimiento del robot utilizando un único sistema estrechamente integrado. La estabilidad del arco y la velocidad de alimentación del alambre son las variables clave que interactúan y deben controlarse. La estabilidad del arco durante la soldadura de alta velocidad afecta la apariencia del cordón, lo que, a su vez, afecta más que la estética y la calidad de la soldadura. También influye en las propiedades mecánicas y estructurales de la soldadura.
Control de velocidad de alimentación de alambre
Durante la soldadura de aluminio de alta velocidad, se produce una alimentación rápida del alambre al principio y al final de cada soldadura. Por lo tanto, deben darse dos pasos precisos:
- Es necesario un control exacto de la velocidad de alimentación del alambre al inicio y al final de las soldaduras.
- La forma de onda del arco tanto al inicio como al final de las soldaduras y también durante la soldadura debe estar sincronizada con la velocidad de alimentación del alambre.
Un ejemplo de un alimentador de alambre de alta calidad para soldadura MIG robótica de aluminio de Lincoln Electric
Los aspectos relacionados también son importantes. La gota desprendida del cable debe controlarse con precisión para permitir una transferencia de un pulso: una gota en todo momento. Si hay cambios en el stick out programado, el arco también debe responder a ellos. El gas de protección debe tener un caudal estable en todo momento.
El sistema push-pull de alambre de aluminio permite la alimentación estable de alambres MIG de aluminio blando. Un elemento de este sistema de alimentación es el motor de asistencia de empuje, que funciona con un par constante que se puede configurar para superar prácticamente el 100 por ciento de la fricción natural y la resistencia de alimentación en el sistema de entrega de alambre. Solo 50 gramos o menos de contrapresión se ejerce sobre el paquete de cables mediante un sistema magnético de torsión constante, por lo que requiere una fuerza de tracción mínima por parte del sistema de «tracción» del engranaje planetario.
Hay muchos elementos de ingeniería adicionales empleados para abordar otros problemas del proceso:
- Un alimentador de alambre de rodillos planetarios proporciona un sistema de alimentación confiable sin desgastar el alambre. Endereza automáticamente el cable para lograr la orientación correcta del arco.
- El servomotor de CC sin escobillas produce una alimentación estable y una respuesta de alta velocidad.
- El diseño compacto y liviano permite su uso con robots de hasta 6 kg.
- La fuente de alimentación proporciona un control sofisticado de la transferencia del arco, incluida la programación necesaria para gestionar la soldadura de alta velocidad.
Cómo puede operar una soldadora MIG robótica
El control preciso de la velocidad de alimentación del alambre y los programas de modificación de la forma de onda para la fuente de alimentación tienen un efecto de microgestión y coordinan todas las condiciones de soldadura.
Tales tecnologías de soldadura robótica pueden contradecir algunas otras tecnologías robóticas de soldadura por arco convencionales, en las que el control de alimentación de alambre reside en la fuente de alimentación y las formas de onda se fijan durante la vida útil de la fuente de alimentación.
El enfoque técnico modeló los parámetros del proceso de arco como si comprendieran los siguientes nueve conjuntos de variables:
- Corriente pico.
- Corriente básica.
- Hora de levantarse.
- Tiempo de caída.
- Velocidad de alimentación de alambre.
- Voltaje de arco.
- Tiempo de respuesta de la forma de onda.
- Modo pulso.
- Frecuencia de pulso.
Un ejemplo de un robot de soldadura MIG de Lincoln Electric
Cómo gestiona el robot el arco de soldadura
La forma de onda del arco es controlada por el robot, que conoce la soldadura que se realizará en cualquier momento. No es posible planificar esa forma de onda preprogramada, como es el caso de muchas fuentes de alimentación.
Tales máquinas en realidad proporcionan grados más bajos de «control de forma de onda».
Muchos sistemas modifican la frecuencia de los pulsos y el nivel máximo para mantener una potencia y una entrada de calor constantes, lo que puede ser exactamente lo que no se necesita en la soldadura de alta velocidad.
Durante la soldadura de aluminio a alta velocidad, siempre hay una extracción significativa de calor de la soldadura al metal base.
Considere lo que sucede en un componente (por ejemplo, mientras se suelda una junta traslapada de una lámina de 2 mm a una lámina de 2 mm) si ocurre un cambio en la configuración de la soldadura, de modo que se necesita soldar una junta similar, pero esta vez de una lámina de 2 mm a una lámina de 4 mm. hoja. Sin un control de forma de onda avanzado, la única solución sería disminuir la velocidad para permitir que el cordón de soldadura fluya hacia la unión.
En un sistema avanzado, la forma de onda se cambiará para tener en cuenta la extracción adicional de calor a fin de lograr la forma de cordón correcta. En este ejemplo de encontrar un espesor de 4 mm, el programa del robot requerirá 20-30 amperios adicionales de corriente base para aumentar la entrada de calor general instantáneamente.
Extensas observaciones documentan que en la soldadura de alta velocidad, el operador debe tener la capacidad de manejar la forma de onda, de modo que resulte en una fluidez y una forma de cordón óptimas.
Controlando la transferencia del arco
Se pueden emplear tres modos de transferencia de arco:
- Blanda: para cordones anchos desgastados o donde el ajuste puede ser un problema.
- Duro: para aplicaciones de alta velocidad en las que se necesita un arco ajustado y controlado direccionalmente.
- Híbrido: para aplicaciones de alta velocidad en las que el movimiento del robot puede variar y se necesita una respuesta de arco rápida.
Inteligencia artificial
Las fuentes de alimentación inverter tienen el modo híbrido requerido, una combinación de modulación de ancho de pulso y modos de frecuencia de pulso de transferencia de arco para soldadura robótica de alta velocidad.
La fuente de alimentación típica de gama alta solo modifica la frecuencia de pulso para el control del arco, pero esto es demasiado lento para controlar los microdetalles del arco. Las máquinas también pueden controlar el ancho de la frecuencia del pulso, verificando 20 veces por pulso para verificar que esté operando la forma de onda correcta.
Esto produce un mejor rendimiento de una gota/pulso. Una respuesta tan rápida es necesaria ya que se requiere una longitud de arco muy constante y no se puede permitir que el arco se “desborde”.
El método de control de frecuencia de pulso reaccionará a los cambios en la proyección del robot. La llamarada del arco es, en realidad, una longitud de arco más larga de lo deseado. El consiguiente voltaje del arco cambia las características del cordón de manera no deseada, lo que lleva a un aumento de las salpicaduras y socavaduras.
Alimentación de alambre constante
La alimentación exitosa del alambre de aluminio depende de lograr una fuerza absolutamente mínima dentro de toda la ruta de alimentación del cable, las mangueras, etc. Para lograr la carga total deseada en el motor, la carga reflejada debe ser inferior a 1 lb. Para lograr esto, un motor de empuje acoplado magnéticamente puede ubicarse a cualquier distancia del sistema de robot y ajustarse de manera que el motor vea solo el carga de alimentación.
Ejemplo de tecnología “MIG Force”
Un buen ejemplo es una “MIG Force”, que presenta un sistema de rodillos planetarios patentado, un dispositivo simple y compacto, para lograr una alimentación y ubicación precisas de la antorcha/arco.
Dos rodillos se enfrentan entre sí a 45 grados y están dispuestos en la carcasa de manera que se mantiene un ángulo fijo con respecto a la línea central del alambre que se alimenta, independientemente de su diámetro o dureza.
El alambre no se «aplana» antes de entrar en la punta de contacto, lo que evita el contacto errático o la interrupción momentánea de la alimentación. También se evita la hélice del alambre, lo que da como resultado un alambre extremadamente recto y una ubicación de arco uniforme para aplicaciones automatizadas.
Cuando se gira la carcasa, los dos rodillos giran planetariamente tocando el alambre. A medida que los rodillos giran sobre la circunferencia del alambre, éste se alimenta en la dirección de su línea central.
Como una ventaja adicional muy importante, se eliminan el yeso inherente y la hélice del cable y se endereza el cable. El alambre recto produce un arco en la ubicación correcta, minimizando así cualquier defecto de soldadura.
Con este mecanismo de contacto, todos los diámetros de alambre se alimentan con los mismos rodillos impulsores para eliminar la pérdida de tiempo de producción y el costo de mano de obra necesarios para cambiar los rodillos impulsores. Una correa de distribución de precisión y un servomotor de CA aseguran especificaciones de rodillos de alta precisión y, por lo tanto, se logran velocidades de alimentación de alambre exactas.
En comparación, los rodillos ranurados convencionales presionan el alambre que se desplaza en el centro de la ranura. Para aumentar la capacidad de localización, se aplica una mayor presión a los rodillos impulsores con la posibilidad de deformación del alambre.
Este tipo de sistema no puede enderezar el cable. Entre los problemas tradicionales encontrados en la soldadura con alambre de aluminio de pequeño diámetro está el de lograr una alta productividad a pesar de la tendencia del alambre a pandearse en algunos sistemas de alimentación.
En el sistema MIG Force, un circuito de detección de pandeo monitorea la resistencia de alimentación del alambre, lo que evita el pandeo y el tiempo de inactividad asociado al garantizar la confiabilidad del inicio del arco y la ausencia de “anidamiento de pájaros”.