Robots para cortar y soldar
Los robots para corte y soldadura generalmente funcionan con cinco o seis ejes de movimiento. Son máquinas operadas por controladores de movimiento, a veces conectados a controladores de proceso que dirigen y monitorean los procedimientos de corte y soldadura.
Los controladores de robot que controlan el proceso de corte o soldadura son los preferidos para optimizar la productividad y el control de calidad de la soldadura.
Al seleccionar un robot y un sistema de soldadura automatizado, el ingeniero debe considerar varios factores diferentes. Estos son algunos de los más comunes.
- Repetibilidad posicional: la capacidad de un robot para volver a una posición programada. Enumerado como un valor de más o menos, este valor califica la rigidez de todo el sistema de robot.
- Capacidad de carga: el peso que puede transportar el brazo del robot, generalmente clasificado con la extensión completa del brazo y la aceleración máxima.
- Potencia: los robots eléctricos utilizan servomotores. La posición se controla con retroalimentación de codificadores montados en los extremos de los motores
Sin embargo, no debe ignorar los factores que cubriremos a continuación.
sobre de trabajo
El volumen se puede alcanzar al final del brazo del robot. Los fabricantes normalmente basan el tamaño del área de trabajo en el punto P, donde se dobla la muñeca.
Sin embargo, cuando evalúe el tamaño del área de trabajo, recuerde que la longitud de la pistola de soldar o la antorcha puede extenderse o disminuir el alcance según los ángulos de la antorcha.
Para cortar y soldar, considere qué ángulos de soplete se requerirán en las ubicaciones de soldadura cerca de los límites exteriores del volumen nominal de la envolvente de trabajo.
Velocidad de soldadura y corte
Los robots de corte y soldadura por arco deben moverse a una amplia gama de velocidades, rápido entre cortes o soldaduras y más lento mientras corta o suelda. Los robots de soldadura por puntos por resistencia requieren alta velocidad con aceleración y desaceleración controladas para suavizar el movimiento del brazo.
Los fabricantes clasifican la velocidad del robot en grados de movimiento del eje por segundo; por lo general, los ejes principales se mueven del orden de 100°/s, mientras que los ejes de muñeca se indexan hasta 300°/s en robots medianos y 200°/s en robots pesados. modelos de servicio
La soldadura a menudo implica múltiples ángulos de antorcha, por lo que las velocidades de muñeca más rápidas pueden tener un efecto mayor en la reducción del tiempo del ciclo y costos más bajos. Otra forma de comparar las velocidades de los robots es sumar las velocidades de todos los ejes para obtener una velocidad compuesta para los 6 ejes.
Posicionadores robóticos
La productividad del robot a menudo se puede aumentar mediante el uso de posicionadores para orientar la pieza frente al robot. Los posicionadores pueden proporcionar movimiento de indexación o movimiento servocontrolado. Los posicionadores de indexación se mueven entre dos o más posiciones fijas y normalmente están secuenciados por salidas del controlador del robot.
Los posicionadores se pueden equipar con los mismos servomotores que impulsan el robot y se controlan como los ejes del robot. La mayoría de los controladores brindan la capacidad de realizar un «movimiento coordinado» con el robot.
Esto permite realizar una soldadura circunferencial mientras la pieza gira sobre el posicionador. El robot puede moverse y cambiar de ángulo a medida que la pieza gira para soldar formas irregulares o piezas que están desplazadas de la línea central de rotación.
Control de movimiento para soldadura y manipulación de materiales
Por lo general, la antorcha se monta en el extremo del brazo y se coloca alrededor de la pieza. Se puede obtener cierta flexibilidad en la aplicación usando el robot para sujetar la pieza y moverla a una antorcha fija. Con este enfoque, el robot puede realizar múltiples operaciones, como agregar puntos de soldadura o proyectar tuercas soldadas, además de transportar la pieza.
Algunos controles de robot brindan la capacidad de controlar varios robots al mismo tiempo. Esto puede proporcionar una mayor productividad al colocar varios robots de soldadura por arco en una celda de trabajo. Esta capacidad también puede proporcionar flexibilidad en la aplicación al combinar robots de manipulación de materiales para posicionar piezas para su procesamiento por robots de soldadura por arco.
Fijación robótica
En la mayoría de los casos, un fabricante necesita accesorios construidos y diseñados a medida para sujetar las piezas en su lugar para la soldadura robótica. Los accesorios deben tener las mismas tolerancias que las requeridas para las dimensiones de las piezas y, al mismo tiempo, permitir una fácil carga y descarga.
Los accesorios para la soldadura robótica deben mantener las ubicaciones de las uniones de soldadura de manera constante (aproximadamente ± la mitad del diámetro del alambre). Este es un criterio de diseño que normalmente no se asocia con accesorios para soldadura manual. Algunos accesorios pueden requerir sujeción automática controlada por el controlador del robot y propiedades de disipación de calor y purga de gas de retorno. Los accesorios con un alto grado de sujeción automatizada a menudo usan sus propios controladores PLC, aunque los controladores de robots continúan expandiéndose en su capacidad para controlar otros dispositivos de celdas.
Seguridad del operador y robótica
La protección de los trabajadores exige medidas de seguridad para mantener al personal alejado de la máquina en movimiento y brindar protección contra la radiación del arco. Las barreras de haz de luz y los sensores en las alfombrillas cortan la energía del robot y del posicionador cuando el personal ingresa a la celda del robot o al área de trabajo. La especificación ANSI/RIA R15.06 cubre la protección de los sistemas robóticos.
Soldadura por arco Sistema de soldadura automatizado
La mayoría de los robots de soldadura por arco y los sistemas de soldadura automatizados utilizan equipos de soldadura MIG estándar.
Busque el fabricante del equipo original clasificado en el nivel de corriente y el ciclo de trabajo apropiados para la aplicación que usa control de circuito cerrado, donde el alimentador de alambre y la fuente de alimentación aceptan señales de retroalimentación para que el circuito pueda mantener los parámetros programados.
Los fabricantes de equipos de soldadura a menudo proporcionan versiones automatizadas del proceso de soldadura de sus fuentes de energía con algún tipo de interfaz para aceptar señales de control de una fuente remota. Los fabricantes de robots proporcionan esquemas de «interfaz» para controlar el equipo de soldadura. Asegúrese de que haya un esquema de interfaz bien pensado entre el robot y la fuente de energía que está considerando.
Fuentes de alimentación
Se prefieren las fuentes de energía de estado sólido con conmutación de salida de alta velocidad para obtener mejores características de arco y ahorro de costos.
Las fuentes de alimentación de programa múltiple permiten a los usuarios programar varios programas de soldadura y permiten cambiar entre programas según lo exija el control del robot. Con una interfaz de control analógico-digital, el controlador del robot puede variar la potencia de soldadura continuamente.
La pistola de soldadura MIG en soldadura robótica
La antorcha GMAW debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar los ciclos de alto rendimiento de la soldadura robótica. Dado el alto tiempo de encendido del arco de la soldadura por arco robótica, los usuarios deben considerar el enfriamiento con agua para la pistola de soldadura.
Algunas instalaciones requieren un enderezador de alambre para mantener la posición del arco al final del alambre de soldadura. Las pistolas requieren un soporte de sujeción de antorcha a robot-herramienta-cara para alinear el eje de la pistola con el eje de la brida de montaje de la pistola.
Los soportes separables de la antorcha evitan daños por colisión. Un dispositivo de alineación ayuda a calibrar la posición de la antorcha, manteniendo la posición constante en relación con los puntos programados.
Alimentador de alambre robótico
Seleccione productos de automatización que ofrezcan un par alto y una respuesta rápida. Los cabezales de alimentación de cuatro rollos son los más utilizados: monte el alimentador en el brazo del robot para minimizar la distancia de tracción del cable. Los paquetes de alambre a granel se usan comúnmente con la robótica. Esto requiere que un conducto flexible se extienda varios pies desde la ubicación del cable hasta la parte posterior del alimentador. La entrega de alambre se puede mejorar mediante el uso de equipos desenrolladores motorizados o alimentadores auxiliares, según la distancia de alimentación.
Robot “Vestido” para Soldadura y Corte. Los robots son muy flexibles y tienen un amplio rango de movimiento. La flexión continua del cable y la exposición a chispas fundidas pueden provocar fallas prematuras y tiempo de inactividad. Busque paquetes de «vestimenta» que tengan el cableado bien enrutado y protegido de salpicaduras. Los cables y las mangueras deben tener alivio de tensión, un amplio radio de flexión y estar ubicados lejos de superficies que puedan rozar.
Equipamiento opcional
Los dispositivos como los limpiadores de boquillas se venden como equipo opcional y pueden mejorar el tiempo de actividad de la celda de trabajo robótica. Los dispositivos de seguimiento de costuras, dispositivos de alineación de antorchas, dispositivos de monitoreo de arco, etc. son opciones de equipos que amplían la efectividad de la robótica para diferentes aplicaciones.
Conjuntos de pluma y mástil
Estos comprenden un mástil vertical y un brazo horizontal que lleva el cabezal de soldadura. Especifíquelos con dos dimensiones: altura máxima desde el piso hasta el arco y alcance del arco desde el mástil. Un rango típico de este equipo, especificado como carrera de pluma y columna, es de 4 por 4 a 14 por 14 pies, pero hay configuraciones más grandes disponibles. Para extender el área de trabajo del ensamblaje, móntelo en un carro que se desplaza sobre rieles anclados al piso del taller. En algunos modelos de servicio pesado, el operador se sienta en un asiento adjunto al extremo de la pluma con el suministro de alambre de soldadura y una estación de control.
Para seleccionar y especificar una configuración de pluma y mástil, los fabricantes deben determinar el peso que debe transportarse al final de la pluma y la desviación permitida de la pluma. La antorcha de soldadura debe moverse suavemente a las velocidades de desplazamiento de la soldadura.
Carros y tractores de soldadura robótica
- Los carros de vigas laterales realizan soldaduras longitudinales en línea recta. Por lo general, el cabezal de soldadura se monta en un carro que monta una viga en I equipada con equipo para permitir el desplazamiento del carro motorizado. El carro transporta el cabezal de soldadura, el suministro de alambre, los controles del operador y el fundente (para soldadura por arco sumergido). La posición del cabezal de soldadura se ajusta hacia arriba y hacia abajo, hacia adentro y hacia afuera. La velocidad de desplazamiento del carro se ajusta, típicamente entre 5 y 200 pulg./min; para obtener la máxima productividad, especifique una unidad con velocidad de retorno rápida.
- Los carros para todas las posiciones emplean una pista especial que permite la soldadura mecanizada en posición vertical y horizontal. El riel se suministra en una versión flexible o formada para adaptarse a una variedad de diámetros. Se adhiere a la pieza de trabajo con imanes o ventosas. Las aplicaciones incluyen soldadura circunferencial horizontal en tanques de almacenamiento; soldadura vertical en juntas de barcos; y soldar dentro de ensamblajes de aeronaves con un carro conocido como soldador de patines capaz de seguir contornos de juntas irregulares.
Tractores de soldadura en automatización de soldadura
Los tractores de soldadura son una forma económica de mecanizar el movimiento del cabezal de soldadura, montarse sobre el material que se está soldando o sobre orugas especiales. Se encuentran en los astilleros y en los talleres de fabricación de placas para realizar soldaduras largas y rectas. Los diseños especiales incluyen modelos de dos cabezales de soldadura que pueden montarse a horcajadas y soldar desde ambos lados, como un refuerzo a una placa.
También están disponibles para los fabricantes máquinas automáticas de soldadura por arco estandarizadas, diseñadas para soldar ciertos tipos de productos.
La más común de ellas es la cerradora, una máquina de viga y carro que suelda las costuras internas o externas de las corazas de los tanques. El diseño de la máquina puede requerir una viga en voladizo o una viga completamente apoyada.
La mayoría de las selladoras externas están en voladizo para permitir que el armazón del tanque cuelgue debajo de la viga y que el carro atraviese la parte superior de la junta longitudinal del armazón con la junta soldada a las 12 en punto. El uso de una máquina en voladizo permite una fácil carga y descarga de cilindros y otras secciones cerradas. Usando una cerradora interna, el operador desliza la carcasa enrollada sobre la viga en un extremo de la máquina, con el soplete montado en el carro dentro del cilindro y la unión soldada a las 6 en punto. Los fabricantes de estas máquinas incluirán una barra de respaldo del disipador de calor de cobre con una ranura de respaldo maquinada según las especificaciones del cliente, así como un mandril enfriado por agua.
Las cerradoras externas están diseñadas para realizar soldaduras de un solo paso con penetración del 100 % en cilindros sin unir y láminas planas sin distorsionar la pieza de trabajo. Generalmente, las selladoras externas vienen en longitudes estándar de 2 a 16 pies, y las selladoras internas de 10 a 25 pies, aunque se han fabricado máquinas especialmente diseñadas para longitudes de soldadura de 55 pies o más.
Robots de soldadura por resistencia
Los robots para soldadura por resistencia generalmente requieren seis grados de movimiento: tres para la acción del robot y tres en la muñeca del robot para colocar los electrodos de soldadura perpendiculares al plano de la lámina de metal que se va a soldar. El trabajo puede moverse sobre un posicionador o un riel continuo, típico en la industria automotriz, lo que permite una mayor libertad de movimiento pero exige una mayor capacidad de coordinación por parte del controlador.
Pistola de soldadura por resistencia
Las pistolas pueden ser accionadas por energía neumática, hidráulica o ecléctica. Un avance reciente incluye el uso de servomotores para la activación de pistolas. Esto permite que el controlador del robot proporcione una fuerza de sujeción uniforme en los electrodos. Propiedades importantes de la pistola robótica RSW: peso, la distancia entre su centro de gravedad y la cara de montaje de la herramienta, y su masa y momento de inercia.
El momento de inercia aumenta con el cuadrado de la distancia del centro del arma desde la brida de la muñeca del robot.
Esto limita el movimiento dinámico del robot, ya que las restricciones de aceleración y desaceleración limitan las tasas de producción. Las pistolas robóticas deben autoecualizarse, flotando cuando los electrodos se sujetan para que las fuerzas de reacción no se transmitan al brazo robótico.
Controles para robots RSM
La soldadura por resistencia generalmente usa controladores que son independientes del control del robot para llevar a cabo la sujeción, soldadura, sujeción y liberación de electrodos. La mayoría del software permite la selección de diferentes programas de soldadura desde el controlador del proceso de soldadura. Algunos fabricantes tienen controles integrados hasta el punto en que se pueden programar desde el dispositivo de programación del robot.
Los controles para la soldadura por puntos son CA (que usa SCR) o CC (que usa inversores de frecuencia media). El tipo de energía utilizada afectará la selección del transformador.
Transformador de arriba
Esta disposición tiene la pistola de soldar montada giratoria en la muñeca del robot con el transformador montado en un riel suspendido sobre el robot para seguir el movimiento de la muñeca sin un arrastre excesivo de los cables.
Los cables que conectan el transformador a la pistola son lo suficientemente largos para permitir el libre movimiento del robot; sin embargo, la longitud adicional aumenta la impedancia. Los cables deben ser lo más cortos posible y la sección transversal más pequeña posible sin causar sobrecalentamiento.
Transformador montado en robot
Esta disposición tiene el transformador montado en el brazo del robot o dentro de la carcasa del robot. La idea es colocar el transformador lo más cerca posible de la pistola, minimizando la longitud del cable de soldadura.
Unidad de pistola-transformador (Transgun)
Muchas aplicaciones de RSM utilizan una unidad integral de pistola y transformador. A menudo, estos pueden ser demasiado pesados para el uso manual, pero, si están diseñados correctamente, son adecuados para los robots. Eliminan la necesidad de cables secundarios, utilizando solo pequeños cables primarios flexibles. La impedancia está presente solo en el espacio entre los electrodos, por lo que el transformador es pequeño. La unidad se acopla a la cara de la muñeca del robot con su centro de gravedad lo más cerca posible de la cara. Especifíquelos con dos dimensiones.
Soldadoras orbitales automatizadas
La automatización de la soldadura orbital se realiza en tubos y tuberías. El cabezal de soldadura gira alrededor de la junta; un control remoto colgante o montado en la cabeza controla la velocidad de desplazamiento directa. Las unidades sueldan tubos de 1/4 a 8 pulg. de diámetro exterior y más grandes, con un espesor de pared de 0,015 a 1/2 pulg. Una configuración de soldadura orbital automatizada estándar incluye el cabezal de soldadura y un dispositivo que se conecta a la tubería o tubo para mover el cabezal alrededor de la unión.
También se incluyen una fuente de alimentación y un alimentador de alambre para GMAW y GTAW no autógeno, un controlador programable, que puede integrarse en la fuente de alimentación, y un cable para el suministro de energía, refrigerante de gas de protección. La mayoría de los sistemas para unir tubos de pared delgada vienen con cabezales enfriados por agua para minimizar la entrada de calor. Una opción, prácticamente una necesidad, es un colgante de control remoto que permita al operador seguir de cerca la acción de soldadura en la unión y modificar la corriente de soldadura en el proceso.
Para soldaduras en tuberías críticas de pared delgada, los fabricantes seleccionan un dispositivo de cabeza fija. Realiza soldadura autógena, girando el conjunto portaelectrodo de tungsteno, accionado por un pequeño motorreductor de corriente continua, dentro del cabezal alrededor de la unión del tubo. El cuerpo de la cabeza se extiende a ambos lados de la unión soldada y permanece estacionario.
La cámara cerrada se inunda con gas de protección; la longitud del arco permanece fija. Este diseño encierra el cabezal de soldadura por completo dentro de la carcasa, que une la junta de soldadura. Las carcasas de los cabezales son de tamaño fijo, pero algunas pueden adaptarse a una gama limitada de tamaños de tubos mediante el uso de insertos adaptadores. Sueldan tubos de 1/2 pulg. espesor de pared. Los cabezales especiales soldarán tubos tan pequeños como de 1/8 pulg. diámetro.
Cabezales de función limitada en el lugar
Estos llevan una abrazadera accionada por palanca ajustable para sujetar el cabezal a la pieza de trabajo, lo que permite su uso en una gama limitada de piezas de trabajo. sobre la articulación, gira. La antorcha y el alimentador de alambre están montados en un disco giratorio; un conjunto de soplete y cable suministra corriente de soldadura, agua de refrigeración y gas de protección al cabezal de soldadura. Un dispositivo seguidor mecánico, que utiliza la superficie de la pieza de trabajo como referencia, corrige los cambios de longitud de arco debidos a cualquier falta de redondez en el trabajo. Este tipo de cabezal permite el uso de alimentadores de alambre de relleno.
- Los cabezales in situ de funciones completas pueden incluir control electrónico de voltaje de arco y oscilación de la antorcha, útiles para depositar soldaduras de varias pasadas en tuberías de presión. Se instalan rápidamente, sujetas a un lado de la junta. Sin embargo, cada cabezal puede soldar solo un rango finito de tamaños de piezas de trabajo y los cabezales no se enfrían con agua, lo que limita su uso en aleaciones que requieren precalentamiento.
- Los cabezales orbitales de funciones completas reciben la demanda de tuberías de gran diámetro, de 8 pulgadas de diámetro y más grandes. Un carro de soldadura corre alrededor de la junta de la tubería en un riel montado circunferencialmente o un anillo guía sujeto al diámetro exterior del tubo. Estos vienen en un diseño de concha con bisagras, útil para tuberías de hasta 10 pulgadas de diámetro, o como un riel largo y flexible que se puede maniobrar sobre el tubo y sujetado de extremo a extremo. Los diseños más útiles permiten cambiar fácilmente el cabezal de la antorcha en el carro, para aplicaciones como soldadura de paso de raíz por GTAW seguida de soldadura GMA de paso de relleno. Dichos cabezales normalmente requieren energía de corriente constante y voltaje constante, lo que requiere el uso de dos fuentes de alimentación o una sola unidad multiproceso. Incorporan control electrónico de voltaje de arco y oscilación de antorcha. Una unidad típica de alta capacidad de 4 pulgadas. de diámetro y mayores suelda espesores de pared de hasta 2 pulgadas, oscila de 0,4 a 20 pulgadas/min, mueve el carro de desplazamiento hasta 13 pulgadas/min y puede alimentar el alambre de soldadura hasta 150 pulgadas/min.
Los anillos guía vienen en tamaños de tubería estándar (ASTM A106, Especificación estándar para tubería de acero al carbono sin soldadura para servicio de alta temperatura), diseñados para tener en cuenta las tolerancias incluidas en la norma ASTM.
El carro debe permitir el ajuste manual x, y y z del cabezal de soldadura, así como la inclinación de la antorcha para el ángulo de adelanto o atraso. Otros ajustes pueden incluir control de voltaje (movimiento en dirección z) y oscilación de juntas cruzadas.
La alimentación de alambre para configuraciones orbitales más pequeñas generalmente proviene de un carrete pequeño de 4 onzas es un tamaño máximo común. Un enderezador de alambre es útil, considerando el molde apretado del alambre de relleno enrollado en los carretes. Las unidades de soldadura de tubos grandes, de construcción más robusta, alimentan el alambre desde carretes montados en carros.
Fuentes de alimentación para soldadura orbital automatizada
Las fuentes de alimentación tienden a estar en la parte superior de la gama, con un alto nivel de control por microcomputadora de parámetros de pulsación y parámetros de soldadura de programa múltiple. Los fabricantes deben seleccionarlos para clasificarlos en un ciclo de trabajo del 100 por ciento para la operación de corriente de soldadura.
Las unidades basadas en microprocesadores generalmente pueden almacenar hasta 100 programas de soldadura: el operador simplemente llama al programa de soldadura apropiado y presiona un botón.
Los programas permiten cambios en los parámetros de soldadura en función de la posición de rotación del cabezal de soldadura. Estas fuentes de alimentación también cuentan con generación automática de procedimientos de soldadura, lo que permite al operador ingresar parámetros básicos como el diámetro del tubo, el grosor de la pared y la velocidad de avance de la soldadura.
Luego, el programa crea automáticamente un procedimiento de soldadura casi perfecto, lo que simplifica el proceso de desarrollo de la soldadura, y solo se requieren una o dos soldaduras de prueba para ajustar el programa.
El controlador de procesos de automatización
El controlador de proceso puede controlar el recorrido de la antorcha, la oscilación de la antorcha, incluida la permanencia lateral, la longitud del espacio del arco, la corriente de soldadura, el flujo de gas de protección, incluida la purga previa y posterior a la soldadura, el arranque de alta frecuencia para GTAW, el descenso y la retracción de la antorcha para el arranque por contacto, y velocidad de alimentación de alambre. Puede sincronizar un grupo de acciones, como pulso de corriente, alimentación de alambre, pausa de oscilación y recorrido del carro.
Algunas unidades sincronizan el tiempo de permanencia de la oscilación con un pulso de corriente adicional para garantizar una buena fusión de la pared lateral. El controlador también puede llevar un software que selecciona automáticamente el cabezal de soldadura de tubos adecuado en función de la aplicación. Luego, después de que el operador selecciona la velocidad de tungsteno deseada, el software calcula la configuración de RPM correcta para el cabezal de soldadura seleccionado.
Controlando la soldadura de tuberías, los controles basados en microprocesadores permiten programar una soldadura de varias pasadas con procedimientos específicos para cada pasada desde la raíz hasta la tapa con una soldadura ininterrumpida, eliminando errores en la configuración de parámetros. El operador puede programar cambios en los parámetros durante cada pasada alrededor de la tubería.