Tehnologii de sudare foarte precise cu un grad ridicat de reproductibilitate

Ne propunem ca în ediţiile următoare să vă prezentăm o serie de noi şi avansate tehnologii şi soluţii de sudare ce permit îmbunătăţirea substanţială a calităţii, creşterea productivităţii şi reducerea costurilor de producţie. Aceste soluţii sunt destinate unei plaje mari de aplicaţii, cum ar fi: industria auto, industria aerospaţială, construcţia de maşini agricole, construcţia de turnuri eoliene şi multe altele. În acest număr vom prezenta un sistem de sudare şi brazare laser de ultimă generaţie, implementat de Grupul BMW pe linia de producţie a uşilor şi haioanelor.

În cadrul acestor sisteme laser de sudare şi brazare a aluminiului şi oţelului, alimentarea foarte precisă cu sârmă de adaos şi exacta monitorizare a procesului sunt factori cheie, care joacă un rol extrem de important în obţinerea unei calităţi excelente şi a unui grad ridicat de reproductibilitate.

De-a lungul anilor, Grupul BMW şi-a bazat activitatea de sudare pe aplicaţiile dezvoltate de producătorul german de sisteme de sudare DINSE GmbH, iar acum, utilizând sistemul PUSH-PUSH realizat de către Dinse, BMW obţine cordoane de sudură de cea mai bună calitate şi reproductibilitate, concomitent cu o excelentă fiabilitate a sistemului (figura 1).

 Figura 1: Ansamblu sudare laser cu material de adaos compus din: cap sudare laser şi system PUSH-PUSH pentru avansul sârmei.

În fabrica BMW Dingolfing, circa 1.500 de vehicule ies zilnic de pe linia de producţie. Nu mai puţin de 6.000 de componente, cum ar fi uşile şi haioanele din aluminiu, sunt realizate pentru aceste vehicule, în fiecare zi, pe parcursul a trei schimburi. În cazul fiecărui vehicul, sunt realizate până la 55 de cordoane de sudură doar pentru uşi şi haioane/trape. În funcţie de linia de fabricaţie, producătorul de autoturisme se aşteaptă, în general la o lungime totală a cordoanelor de sudură între 6,6 şi 16,2 metri pentru fiecare vehicul (figura 2).

Figura 2: Secţiunea interioară a unei uşi laterale de BMW. Uşa este realizată în totalitate din aluminiu.

Sudarea şi brazarea laser, bazate pe cantitatea foarte concentrată de energie introdusă în material, este o tehnologie de producţie implementată de destul de mult timp în cadrul industriei auto. Prin acest procedeu se conectează componente structurale, obţinându-se cordoane de îmbinare înguste şi cu formă constantă, la viteze de lucru foarte mari şi cu deformaţii termice minime (figura 3).

Figura 3: Cordon de sudură laser realizat pe o uşă din aluminiu de la un autoturism BMW.

Sistemele laser de sudare şi lipire se compun în ge neral din mai multe unităţi furnizate de diverşi producători şi apoi asamblate pentru a forma sistemul complet format, de exemplu din: roboţi, rezonatorul laser, partea optică de transmisie a radiaţiei laser şi sistemul de avans pentru sârma de adaos.

Fiabilitatea ridicată şi comunicarea fără erori dintre unităţile care compun aceste sisteme sunt elemente indispensabile pentru obţinerea atât a unei calităţi special a produselor, cât şi pentru o excelentă disponibilitate a întregului sistem.

Încă din urmă cu şapte ani firma DINSE GmbH, din Hamburg, colaborează cu grupul BMW prin furnizarea de soluţii şi sisteme complete pentru alimentarea cu sârmă de adaos. Sistemul PUSH-PUSH de alimentare cu sârmă de adaos realizat de către DINSE este foarte precis şi permite monitorizarea continuă a tuturor parametrilor şi, în plus, determină obţinerea unor cordoane de sudură cu o calitate ridicată. Acest sistem garantează de asemenea, o maximă stabilitate a procesului şi în acest fel o disponibilitate a sistemului peste media celor existente pe piaţă.

Designul de bază al acestui sistem de alimentare cu sârmă de adaos este unul modular, care permite alimentarea cu sârmă de adaos folosind una sau mai multe unităţi de antrenare, în funcţie de aplicaţie. Materialul de adaos este furnizat din butoaie sau containere de sârmă, care, din cauza dimensiunilor şi greutăţii, nu pot fi amplasate în imediata vecinătate a sistemului optic de transmisie a radiaţiei laser. Din acest motiv este necesar un sistem special de transport pentru sârma de aluminiu, pe distanţe lungi, până la zonele de îmbinare şi cu o precizie perfectă.

Pentru a satisface aceste condiţii, DINSE a realizat un sistem de avans sârmă ce constă din două unităţi de antrenare care lucrează total independent, având liniile de control complet separate. Unitatea de acţionare de la partea frontală – LK 60, din imediata apropiere a siste­mului optic de transmisie, controlează viteza selectată de avans a sârmei şi este responsabilă de controlul pro­cesului, operând drept MASTER. Unitatea de acţionare de la partea din spate, instalată în interiorul derulatorului de sârmă – WD 300, operează drept SLAVE având cuplul controlat în scopul limitării forţei de avans şi are rolul de a împinge sârma cu forţa setată, către unitatea frontală, umplând tubul de ghidare. Sârma va forma un buffer în interiorul tubului de ghidare, iar unitatea frontală LK 60 o va împinge înainte, aproape fără niciun fel de rezistenţă (figura 4).

 Figura 4: Sistemul de avans al sârmei podus de către DINSE GmbH, constând din: unitatea de control, derulatorul de sârmă WD 300, unitatea frontală de antrenare LK60, senzorul DLS 200 pentru alimentarea cu sârmă şi componentele de ghidare a sârmei.

Acest mod de operare, care este complet separat din punct de vedere al tehnologiei de control a celor două motoare, este cunoscut sub denumirea de sistem PUSH-PUSH. Principalul avantaj al sistemului PUSH-PUSH este faptul că permite o alimentare constantă cu sârmă, independentă de gradul de răsucire şi îndoire a cablurilor şi pe distanţe lungi.

Acest sistem garantează faptul că sârma de adaos va fi livrată către unitatea frontală de avans fără a fi răsucită sau îndoită ca urmare a tensiunilor generate de fasciculul de cabluri din sistemul de ghidare. Sistemul PUSH-PUSH extrage cantitatea exactă de sârmă de adaos necesară procesului, permiţând astfel, în orice moment, garantarea unei alimentări constante şi reproductibile cu sârmă de adaos.

Un proces de îmbinare rapid şi foarte precis, aşa cum este cazul sudării respectiv brazării laser, necesită din partea tuturor partenerilor de sistem, asigurarea unei precizii şi fiabilităti ridicate. Performanţa sistemului de avans al sârmei de adaos este de asemenea, influenţată şi de tehnologia de control utilizată. Un senzor digital pentru avansul sârmei – DLS 200, instalat local, în aval faţă de unitatea frontală de antrenare, capturează datele  în scopul realizării unei complexe monitorizări a proce­sului (figura 5).

 Figura 5: Schema unui sistem complet pentru sudare/brazare laser cu mate­rial de adaos.

Prin intermediul senzorului se monitorizează automat şi cu o precizie foarte ridicată poziţia şi respec­tiv viteza de avans a sârmei, cu măsurarea distanţei şi ajustarea cantităţii exacte a materialului de adaos. Distanţa de retragere şi de asemenea avansul sârmei sunt programabile direct de pe display-ul unităţii de comandă.

Sistemul de diagnoză şi monitorizare DDS afişează următoarele tipuri de mesaje: mesaje privind statusul sistemului, mesaje de eroare, viteza reală de avans a sârmei, valoarea setată, semnalul de start. Valorile procesului pentru controlul microprocesorului sunt de asemenea controlate şi afişate pe display (figura 6).

Figura 6: În timpul procesului de sudare şi brazare, sistemul extrem de precis de monitorizare determină alimentarea cu sârmă de adaos, garantând în acest fel obţinerea unor cordoane de sudură foarte precise şi cu repro­ductibilitate ridicată.

Această alimentare, precisă şi controlată, cu sârmă de adaos determină obţinerea celei mai înalte calităţi şi reproductibilităţi a cordoanelor de sudură, fiind în concordanţă cu toate necesităţile utilizatorului (figura 7).

 Figura 7: Cordon sudură laser haion BMW.

Prin implementarea sistemelor PUSH-PUSH de avans a sârmei, grupul BMW a reuşit să crească în mod semnificativ disponibilitatea întregului sistem, garantând în acest fel eficienţa ridicată a întregului proces.

Astfel de sisteme sunt utilizate pe scară largă atât în industria auto cât şi în cea aerospaţială, de către majoritatea producătorilor de renume.

O altă importantă aplicaţie a sistemului PUSH-PUSH este sudarea MIG/MAG, fiind o alternativă mult mai precisă şi fiabilă faţă de clasicul PUSH-PULL, deoarece torsiunile fasciculului de cabluri nu mai influenţează precizia de alimentare cu sârmă.

De asemenea, în cazurile în care sistemul utilizat nu permite amplasarea butoi­ului de sârmă în imediata vecinatate a robotului de sudare, sistemul PUSH-PUSH este soluţia perfectă, permiţând alimentarea precisă cu sârmă la distanţe foarte mari.

Nu în ultimul rând sistemul PUSH-PUSH este perfect pentru reducerea încărcării şi solicitărilor asupra axelor roboţilor, instalarea sistemului format din torţa de sudare şi unitatea de avans PUSH-PUSH făcându-se extern şi nu pe braţul robotului ca în cazul sistemului PUSH-PULL. În acest fel creşte fiabilitatea sistemului robotizat şi se măreşte substanţial disponibilitatea întregului sistem prin reducerea uzurilor din axele şi angrenajele roboţilor.