Saldatura robotizzata per grandi strutture in acciaio: sfide e soluzioni

La saldatura robotizzata è ampiamente utilizzata nelle applicazioni di produzione in cui sono importanti la qualità ripetibile della saldatura e la produzione costante. Per le grandi strutture in acciaio, tuttavia, l'automazione presenta sfide aggiuntive. Sezioni di navi, telai di attrezzature pesanti, assemblaggi di acciaio strutturale e componenti sovradimensionati hanno spesso geometrie complesse e lunghi cordoni di saldatura.

Recenti rapporti sulla cantieristica navale in Giappone e Corea del Sud hanno evidenziato un crescente interesse per la saldatura e la verniciatura robotizzate, poiché i produttori rispondono alla carenza di manodopera e alle pressioni produttive. Questi sviluppi illustrano anche una sfida chiave: gli ambienti di saldatura su larga scala sono molto più difficili da automatizzare rispetto alle linee di assemblaggio standardizzate.

I pezzi di grandi dimensioni introducono diversi problemi pratici.

Geometria variabile: I componenti in acciaio possono differire per dimensioni, curvatura e posizione del giunto. Anche piccole deviazioni possono influenzare il percorso di saldatura.

Lunghi cordoni di saldatura: Il robot potrebbe dover coprire un'ampia area di lavoro, richiedendo una portata adeguata, riposizionamento o un asse esterno.

Distorsione del pezzo: L'apporto di calore può causare deformazioni, modificando la posizione del giunto durante la produzione.

Accesso difficile: Alcune saldature si trovano all'interno delle strutture, vicino agli angoli o in aree in cui il braccio del robot e la torcia di saldatura hanno uno spazio limitato.

Accoppiamento incoerente: Le fessure e le differenze di allineamento tra i componenti possono influire sulla qualità della saldatura e sulla stabilità del processo.

Queste condizioni implicano che la selezione del robot debba essere combinata con maschere adeguate, posizionamento del pezzo e pianificazione del processo.

La configurazione robotica richiesta dipende dalle dimensioni del pezzo, dalla posizione della saldatura e dal processo di produzione.

Un robot industriale a sei assi offre flessibilità per saldare attorno a diversi angoli e lungo percorsi complessi. Può essere adatto per assemblaggi in acciaio prefabbricato, componenti di attrezzature pesanti e applicazioni che richiedono orientamenti variabili della torcia.

Per strutture molto grandi, un robot installato su un binario lineare può estendere l'area di lavoro. Un posizionatore può ruotare o inclinare un pezzo per migliorare l'accesso e mantenere una posizione di saldatura adeguata.

I produttori che valutano robot di saldatura da fornitori come FANUC o KUKA dovrebbero considerare il carico utile, la portata, il pacchetto torcia e cavi, la ripetibilità del percorso, la disposizione di montaggio e la compatibilità con l'attrezzatura di saldatura.

La sola portata nominale del robot non è sufficiente. Il percorso completo della torcia deve essere verificato per accessibilità e rischi di collisione.

Una cella di saldatura robotizzata affidabile inizia con un posizionamento coerente del pezzo.

Le maschere aiutano a mantenere i componenti nella posizione prevista e a ridurre la variazione tra i cicli di produzione. Per le grandi strutture, la progettazione delle maschere deve considerare anche l'accesso di carico, la rigidità strutturale e l'effetto del calore durante la saldatura.

I posizionatori rotanti e altri assi esterni possono portare i giunti in orientamenti più accessibili. Ciò può ridurre gli angoli scomodi della torcia e semplificare la programmazione.

Dove i pezzi sono troppo grandi o irregolari per le maschere convenzionali, i produttori potrebbero aver bisogno di una combinazione di supporti modulari, movimenti robotici attentamente pianificati e stazioni di saldatura multiple.

Quando una saldatura si estende oltre l'inviluppo di lavoro pratico del robot, potrebbe essere necessario un binario lineare o un asse esterno coordinato.

Questa configurazione può consentire al robot di muoversi lungo un pezzo lungo mantenendo l'accesso a diverse posizioni di saldatura. Tuttavia, il progettista del sistema deve tenere conto dell'installazione del binario, del routing dei cavi, della sincronizzazione e della portata del robot in ogni posizione.

Per la cantieristica navale e altre fabbricazioni su larga scala, l'ambiente stesso può anche limitare l'automazione. Condizioni esterne, aree confinate, superfici irregolari e configurazioni di pezzi in evoluzione possono rendere impraticabile una cella di saldatura fissa. In tali casi, il concetto di automazione dovrebbe essere abbinato attentamente alle condizioni effettive del sito.

Il processo di saldatura deve essere selezionato in base allo spessore del materiale, al design del giunto, ai requisiti di produzione e agli standard di qualità.

Per molte applicazioni di fabbricazione di acciaio, la saldatura robotizzata a filo continuo (GMAW/MIG/MAG) merita una valutazione. La scelta finale dipende dal materiale, dalla penetrazione richiesta, dalla posizione di saldatura e dalle specifiche del processo.

Altre considerazioni essenziali includono:

• Accessibilità della torcia e sostituzione dei consumabili.

• Compatibilità tra la sorgente di alimentazione di saldatura e il controller del robot.

• Estrazione dei fumi e protezione dalle scintille.

• Separazione sicura tra operatori e movimento del robot.

• Procedure di ispezione e verifica della qualità della saldatura.

• Accesso alla manutenzione per il robot, la torcia e le maschere.

L'automazione non elimina la necessità di una procedura di saldatura qualificata o di un controllo qualità appropriato.

Prima di richiedere un preventivo, i produttori dovrebbero preparare disegni o modelli 3D, specifiche dei materiali, dettagli dei giunti, dimensioni dei pezzi, lunghezze delle saldature, output richiesto e requisiti di qualità.

È inoltre utile identificare quali operazioni sono ripetitive e adatte all'automazione, e quali richiedono frequenti aggiustamenti manuali. Un'applicazione pilota può aiutare a convalidare l'accesso della torcia, la progettazione delle maschere, il tempo ciclo e la qualità della saldatura prima di un'implementazione più ampia.

Per le grandi strutture, una soluzione integrata può includere un robot di saldatura industriale, una sorgente di alimentazione di saldatura, un pacchetto torcia, un binario lineare, un posizionatore, maschere, attrezzature di sicurezza e supporto all'integrazione del progetto.

La saldatura robotizzata può migliorare la coerenza e l'efficienza produttiva nella fabbricazione di grandi strutture in acciaio, ma il successo dipende da più del robot stesso. La variazione del pezzo, l'accesso, la progettazione delle maschere, il processo di saldatura e la sicurezza influenzano tutti il risultato finale.

Una valutazione pratica del progetto aiuta i produttori a determinare quali operazioni possono essere automatizzate in modo affidabile e quale configurazione robotica si adatta meglio alla struttura e all'ambiente di produzione.