Classificazione dei processi di saldatura: 7 tipi

Questo articolo mette in luce i sette principali tipi di processi di saldatura. I tipi sono: 1. Saldatura manuale 2. Saldatura semiautomatica 3. Saldatura automatica 4. Saldatura automatizzata 5. Controlli adattivi 6. Saldatura remota 7. Saldatura robotizzata.

Tipo # 1. Saldatura manuale:

Ciò implica che tutte le otto operazioni di sequenza di saldatura sono eseguite a mano. Si noti, tuttavia, che lo stadio 4 che è "il movimento relativo tra la testa di saldatura e il lavoro" può includere qualche assistenza meccanica come un manipolatore di saldatura che sposta il pezzo approssimativamente alla velocità corretta per la saldatura.

Un tale manipolatore chiamato motore gravitazionale è mostrato in Fig. 21.1 in cui il saldatore carica il peso, quindi controlla la velocità del tavolo tenendo il bordo e lasciandolo scorrere tra le dita alla velocità desiderata che gli consente di produrre saldature continue e continue su truffe circolari nella posizione di saldatura verso il basso.

La saldatura manuale è più popolare con SMAW, GTAW, saldatura a gas ossitocarburanti e processi di saldatura ad arco al plasma.

Tipo # 2. Saldatura semiautomatica:

In questo stadio di sistema 5 cioe 'il controllo delle variabili di saldatura come la sua velocità di avanzamento del filo in GMAW o la durata della corrente nella saldatura a resistenza con una saldatrice a pistola, è automatico' ma i mezzi di saldatura sono tenuti in mano. Fase 4, ovvero il movimento relativo tra la testa di saldatura e il lavoro è normalmente manuale ma possono essere impiegati mezzi meccanici come nastro trasportatore o manipolatore di lavoro. Pertanto, il processo GMAW può essere utilizzato insieme al motore a gravità per migliorare la qualità e la produttività nella saldatura.

Le varie operazioni negli stadi 3 e 6 che sono "avvio e arresto del funzionamento" possono essere eseguite in sequenza automaticamente con l'aiuto di un singolo interruttore on-off.

Il sistema di saldatura semi-automatico è più popolare con GMAW e FCAW. Sebbene sia possibile utilizzare questa tecnica con i processi GTAW, SAW ed ESW, ma viene usata raramente.

Tipo # 3. Saldatura automatica:

Si tratta di un sistema in cui almeno lo stadio 5 è il "controllo delle variabili di saldatura" e lo stadio 4 cioè "il movimento relativo tra la testa di saldatura e il lavoro" sono automatici. Di solito un singolo interruttore che funziona attraverso un dispositivo di sequenziamento aziona i controlli per alimentazione e materiali di consumo come fili e gas. Ciò può anche portare automaticamente in azione il dispositivo di riempimento dei crateri, se incorporato. La figura 21.2 mostra uno schema a blocchi per un tipico sistema di saldatura automatica.

In un sistema di saldatura automatica le fasi 1, 2, 7 e 8 sono eseguite a mano o avviate manualmente. Secondo la logica di cui sopra, la saldatura per gravità è classificata come un metodo di saldatura automatica portatile.

Il sistema di saldatura automatica è più popolare con i processi SAW e ESW. Viene anche utilizzato, in misura limitata, con GTAW, GMAW, FCAW e i processi di saldatura ad arco plasma.

Tipo # 4. Saldatura automatizzata:

Un sistema di saldatura automatizzato esegue tutte e otto le fasi dall'assemblaggio e trasferimento delle parti alla testa di saldatura senza regolazione dei controlli da parte di un operatore di saldatura. La saldatura che può essere completata in una o più fasi e l'espulsione finale del prodotto completato vengono eseguite meccanicamente senza l'intervento manuale. Un aspetto importante della saldatura automatica è che l'operatore non deve monitorare continuamente l'operazione. Rispetto alla saldatura automatica, questo tende ad aumentare la produttività, migliorare la qualità e ridurre l'affaticamento dell'operatore.

La figura 21.3 mostra un diagramma schematico per un sistema di saldatura automatizzato che impiega un mini-computer, un multi-programmatore e un'unità di tracciabilità delle scam. I sistemi di saldatura automatizzati sono comunemente utilizzati con i processi SAW, GMAW e FCAW. In misura limitata, GTAW, PAW ed ESW vengono utilizzati anche in modalità automatizzate.

Fig. 21.3 Schema schematico per un sistema di saldatura automatizzato

Tipo # 5. Controlli adattivi:

Con l'aumento dell'uso di sistemi di saldatura automatici e automatici, è assolutamente necessario mantenere la testa di saldatura in movimento esattamente lungo il percorso di giunzione e ottenere saldature di specifiche e qualità desiderate. Questo di solito viene fatto utilizzando dispositivi chiamati controlli adattivi.

I controlli adattivi nei sistemi di saldatura, quindi, realizzano due obiettivi, ovvero tracciamento delle scam e controllo di qualità.

Esistono diversi tipi di dispositivi di tracciamento delle giunture. Il più semplice mostrato in Fig. 21.4. è un inseguitore meccanico che utilizza ruote a molla per seguire fisicamente la giuntura del giunto. Questo sistema funziona in modo soddisfacente per lunghi percorsi orizzontali o verticali ma potrebbe non essere utile per il tracciamento delle giunture lungo un percorso curvo, come risulta evidente da due posizioni di questo tipo di tracker truffa mostrato in Fig. 21.5.

Altri sistemi di tracciatura delle giunture includono dispositivi elettromeccanici che utilizzano sonde elettroniche leggere. Tuttavia, sono limitati nella loro capacità di tracciare saldature a più passaggi e saldature a gola quadrata. Questi sono anche influenzati negativamente dal calore di saldatura.

Alcuni altri sistemi utilizzati con il processo GTAW si basano sul rilevamento dell'arco usando il controllo della tensione dell'arco per mantenere il percorso. Versioni più sofisticate del tracciamento della giunzione ad arco impiegano un meccanismo per oscillare l'arco e interpretare la variazione delle caratteristiche dell'arco per rilevare la posizione del giunto. Un tale sistema può o non può essere desiderabile con un particolare processo di saldatura e può essere limitato nella velocità di spostamento dai requisiti di oscillazione.

I sistemi di tracciamento della truffa più sofisticati sono di gran lunga i tipi ottici che utilizzano videocamere come mostrato nella figura 21.6 o altri dispositivi per ottenere un'immagine a due o tre dimensioni del giunto di saldatura. Queste immagini sono utilizzate da un sistema informatico per fare in modo che la testa di saldatura segua in modo molto accurato il percorso del giunto.

Il sistema di tracciatura della cucitura ottica che utilizza il raggio laser è l'ultimo metodo per ottenere un'elevata precisione nel seguire il percorso desiderato per la saldatura. Tuttavia, angoli acuti e l'effetto della saldatura di calore e fumo creano ancora problemi che non sono completamente superati.

I controlli adattivi utilizzati per il controllo di qualità in-process nella saldatura a resistenza consentono al processo di continuare fino a quando non si sia formata una pepita di dimensioni adeguate.

Quando viene impiegata una qualche forma di controllo adattivo, le parole "con scam tracking" o "con controllo adattivo" possono essere aggiunte alla modalità di processo principale, ad esempio "saldatura automatizzata con tracciamento di scam o saldatura a punti con controllo di qualità in-process" .

Tipo # 6. Saldatura remota:

La saldatura a distanza e la saldatura automatizzata hanno molto in comune. In entrambi i casi la saldatura viene eseguita senza la presenza immediata di un operatore di saldatura umana. Nel caso della saldatura automatica, l'operatore può trovarsi a pochi metri dall'operazione di saldatura, ma la saldatrice potrebbe anche essere a molti metri di distanza.

Questo perché il monitoraggio e le regolazioni non sono necessari durante le operazioni. In molti casi l'operazione di saldatura viene eseguita dietro le tende in modo che l'operatore non possa nemmeno vedere le operazioni o non sia influenzato dall'arco.

La saldatura a distanza è molto simile alla saldatura automatizzata in quanto l'operatore di saldatura non si trova nel luogo di saldatura e potrebbe trovarsi a una grande distanza da esso. La differenza, tuttavia, è che la saldatura automatizzata è progettata normalmente per realizzare sempre la stessa saldatura identica. La saldatura a distanza di solito comporta operazioni di manutenzione in cui ogni saldatura può essere diversa dalla precedente.

Dove la stessa saldatura viene eseguita più volte, la saldatura remota diventa simile alla saldatura automatizzata. La saldatura a distanza si sta diffondendo sempre più con l'aumento della creazione di centrali nucleari. In generale, viene eseguita laddove l'uomo non può essere presente a causa di un'atmosfera ostile, ad esempio laddove esiste un alto livello di radioattività. Le unità di manutenzione devono quindi comportare lavori a distanza, inclusa la saldatura.

Alcune delle applicazioni tipiche della saldatura a distanza includono la sigillatura di materiali radioattivi in ​​contenitori metallici. La sigillatura di elementi di combustibile e aste di puntamento viene eseguita anche nell'industria nucleare mediante saldatura a distanza, come mostrato in Fig. 21.12.

La saldatura a distanza trova applicazione in alcuni impianti di trattamento radio-chimici dove vengono gestite soluzioni altamente corrosive. Si fa anche attorno ai reattori nucleari dove le condizioni di servizio richiedono la massima qualità di saldatura ottenibile. Il collegamento di tubi che perdono lo scambiatore di calore nelle centrali nucleari è un'altra applicazione per la saldatura a distanza con l'unità GTAW automatizzata.

I giunti di saldatura dei tubi in atmosfera radioattiva sono realizzati anche da remoto utilizzando teste GTAW automatiche. Saldature a distanza in tubi e tubi sono fatte come sarebbero fatte con l'apparecchiatura in condizioni normali.

Tipo # 7. Saldatura robotizzata:

La saldatura robotizzata è fondamentalmente una parte del sistema di saldatura automatizzata, ma viene considerata separatamente perché tra tutte le tecnologie i robot attualmente disponibili sono forse i più eccitanti e necessitano quindi di un riferimento speciale nell'automazione della saldatura. I robot articolati possono emulare da vicino le azioni produttive di un uomo nell'ambiente di saldatura e nei limiti fornire un'alternativa accettabile per l'esecuzione di molti dei compiti monotoni e così faticosi che si incontrano nell'industria in abbondanza. In questo contesto, un robot può essere una soluzione economica per molti compiti di saldatura ad arco.

Nel modo più semplice un robot è un manipolatore che può essere programmato a piacimento. Il manipolatore è azionato da attuatori come motori elettrici ed è controllato da un computer. La maggior parte dei robot di saldatura ha cinque o sei assi su cui si muovono. Alcuni di questi assi sono lineari e altri rotazionali.

La combinazione di assi lineari e rotazionali rende un robot più o meno adatto per un particolare compito o una serie di compiti. Il controller del robot ha una memoria in cui è possibile memorizzare i programmi e questi programmi possono essere riprodotti a piacere. In questo modo i programmi che vengono insegnati possono essere catturati per un uso futuro. Poiché i robot hanno questa flessibilità, differiscono dall'automazione fissa che è dedicata a un solo compito. La figura 21.13 mostra gli elementi essenziali di un sistema di saldatura robotizzato utilizzando un robot articolato.

È senza dubbio che i robot non possono fare tutto il lavoro attualmente svolto dagli umani ed è dubbio che lo faranno mai. Dove i materiali esotici devono essere saldati o dove l'accesso è severamente limitato, dove la tolleranza dei processi di pre-saldatura non è sufficientemente leggera o dove i componenti non possono essere adeguatamente bloccati durante la saldatura, l'ambito di utilizzo di un robot è ridotto.

Nonostante queste limitazioni ci sono un sacco di applicazioni in cui un sistema robot dimostra la sua validità perché la saldatura difficilmente può essere un'area di crescita, dal momento che l'operazione è intrinsecamente laboriosa, spesso altamente ripetitiva, ed è un'occupazione spiacevole quindi richiede competenze che può essere trasferito abbastanza facilmente al robot È anche una coincidenza che la saldatura implichi spesso l'uso di un manipolatore di lavoro, un dispositivo che in virtù dei propri movimenti può semplificare il programma che deve essere insegnato al robot e può essere facilmente interfacciato con quest'ultimo.

Pertanto, un'efficace saldatura robotica non è solo una questione di corretto interfacciamento tra elettronica di controllo e pacchetto di saldatura, ma si basa anche su apparecchiature di manipolazione del pezzo programmate, costruite con precisione, che operano entro fasce molto strette.

Tipi di robot di saldatura:

Nel campo della saldatura, i robot sono stati introdotti per la saldatura a punti nell'industria automobilistica e sono ben consolidati in questo campo. Tuttavia, l'enfasi attuale è sullo sviluppo dei robot di saldatura MIG. Recentemente sono stati sviluppati anche i robot di saldatura TIG perché la saldatura TIG è un lavoro difficile, lento e quindi stancante in cui la torcia di saldatura deve essere mantenuta esattamente in posizione e la saldatrice deve sopportare l'arco dell'elettrodo di tungsteno intensamente pulsante.

Nel caso in cui il giunto richieda un filo di riempimento, la situazione è ancora peggiore poiché l'altra mano deve alimentare il filo con l'angolazione corretta e con la stessa precisione. Quando il pezzo da lavorare è di forma complessa con diverse giunzioni corte a vari angoli, o nel caso di un giunto del tubo non simmetrico, non è stato finora disponibile un'adeguata apparecchiatura. Poiché la saldatura TIG viene utilizzata solo quando il materiale madre è una lega speciale o quando la completa penetrazione senza difetti di saldatura deve essere concessa in produzione, è comune solo per alcune applicazioni speciali.

Tuttavia, poiché viene utilizzato nella fabbricazione di giunzioni critiche in industrie che includono ingegneria aeronautica, produzione di macchine per alimenti, ingegneria dell'industria dei processi chimici e produzione di armi e strumenti di precisione, i robot di saldatura TIG sono stati sviluppati per uso industriale in cui gestisce pistola di saldatura e carica il filo di apporto nel giunto. La figura 21.14 mostra gli elementi essenziali di un sistema di saldatura TIG che utilizza uno scanner a raggi infrarossi per il tracciamento delle giunture.

Fig. 21.14 Un sistema di robot per saldatura TIG che utilizza uno scanner a raggi infrarossi per il rilevamento delle scam

L'ultimo sviluppo nel settore dei robot di saldatura è l'introduzione di un robot che utilizza un sistema di visione basato su laser per la saldatura ad arco quando le parti da saldare mostrano grandi irregolarità. Un tale robot può percepire variazioni e correggerle come gli umani farebbero in tempo reale.

Per un uso efficace di un robot di saldatura è essenziale seguire la procedura impostata altrimenti potrebbe risultare in un arco di offset con conseguenti saldature di scarsa qualità come indicato per le saldature di testa e di raccordo in Fig. 21.15 e 21.16 rispettivamente. Inoltre, una procedura errata può comportare un movimento aggiuntivo del pezzo da lavorare, come mostrato in Fig. 21.17 con conseguente ritardo nella produzione e costo del prodotto migliorato.

Precauzioni nell'uso dei robot :

L'uso di un robot non pregiudica in alcun modo i requisiti di sicurezza esistenti di qualsiasi installazione di saldatura. Il robot sarà certamente di aiuto perché il suo utilizzo consente alle persone di essere rimossi da situazioni pericolose o insalubri. Questo non solo migliora i rapporti di lavoro, ma può anche aumentare la produttività attraverso l'eliminazione delle pause di riposo che sono spesso richieste dalla legge in alcune circostanze.

Il rischio che il robot introduca nell'ambiente è compreso nel modo migliore se il robot è considerato come un'automazione cieca, sorda e stupida che risponde solo a segnali iniettati direttamente nel suo cervello. Tuttavia, i robot possono emulare da vicino le abilità di un essere umano, ma questo è solo il caso se l'ambiente rimane costante.

La più grande forza di un robot è che può ignorare il calore, la luce, le radiazioni, ecc. La sua più grande debolezza è che non ha alcuna reazione intrinseca che noi umani abbiamo nei nostri confronti. Alla luce di questi fatti, è necessario riconoscere che i robot e le persone non si mescolano bene e che i lasciapassare devono essere rilasciati a personale a cui è consentito il contatto con il sistema robotico.

I sistemi robotici sono interazioni complesse di elettronica del computer, sistemi meccanici e di controllo. Possono distruggersi in modi imprevisti e devono essere prese precauzioni per proteggere le persone e i processi circostanti. Questo è definito come sicuro. Ci deve sempre essere una disposizione per l'override manuale in situazioni di emergenza.

applicazioni:

I robot si comportano da soli su un lavoro che può essere pericoloso per l'uomo o su lavori sporchi o faticosi in cui è difficile mantenere l'efficienza. Oltre alla riduzione dei costi grazie all'incremento della produttività, altri vantaggi dei robot sono quelli di accuratezza costante, minimo spreco di materiali, costi di manodopera stabilizzati, perché nessun lavoro significa nessuna retribuzione, e infine la carenza di personale qualificato non sarà un problema.

Teoricamente, un robot può essere utilizzato anche per un lavoro singolo, ma sarebbe chiaramente una perdita di tempo programmare continuamente un robot quando il compito può essere completato nello stesso tempo con metodi tradizionali. Tuttavia, se si tratta di una produzione in lotti e il lotto si ripete con regolarità, ad esempio settimanalmente o mensilmente, e se gli apparecchi possono essere posizionati in modo accurato successivamente per il loro utilizzo per la prima saldatura, l'uso di un robot può essere distribuito su molti componenti .

Quando la dimensione del lotto diventa troppo grande, anche il robot deve essere nuovamente esaminato per scoprire se l'automazione fissa potrebbe non essere una proposta migliore. In queste circostanze i robot possono essere giustificati se il lotto cambia ogni anno in modo che i costi di re-utensileria possano essere limitati.

La dimensione del gruppo saldato di solito non offre alcuna difficoltà nella gestione dell'accesso fornito può essere mantenuto. D'altra parte, lo spessore del materiale da saldare richiede molti vincoli, ad esempio, poiché il metallo diventa molto sottile, diciamo meno di 1 mm, la saldatura diventa sempre più critica.

La saldatura deve essere eseguita molto rapidamente per evitare ustioni "e il saldato è soggetto a forti distorsioni durante la saldatura. Queste condizioni indesiderate non si adattano al robot che sostanzialmente si aspetta un insieme relativamente stabile di condizioni di saldatura. In caso di difficoltà, a volte è possibile riprogettare il prodotto o riprogrammare il lavoro per adattarlo al robot. Pertanto, l'uso del robot di saldatura è probabile anche per stimolare cambiamenti nella progettazione del prodotto in modo tale che l'accesso ai giunti sia più facile e, a causa della migliore qualità della superficie di saldatura, possono essere specificate più saldature esterne.

Costi del robot :

Il costo di un sistema di saldatura ad arco robot può variare tra Rs.25 lakh a Rs.30 lakh. Si prevede che un sistema di saldatura ad arco robot fornirà una durata di servizio compresa tra 10 e 20 anni. Se il sistema invecchia, probabilmente sarebbe obsoleto e relativamente inefficiente. Inoltre, non è ragionevole aspettarsi che i fornitori di robot mantengano i pezzi di ricambio per i robot di ogni modello indefinitamente.

In termini di produttività, i robot dovrebbero aumentare del 200-300% rispetto alla migliore produttività manuale.

In condizioni normali un robot si ripagherà da solo per un periodo di 2-3 anni. I costi di manutenzione sono relativamente bassi e su un robot medio operano per circa 500 ore o circa 3 mesi di tempo di lavoro tra i guasti.