CANALLA

FIGURA 6. Se muestra un dispositivo utilizado para ubicar y soldar cámaras de combustión.

Cuando se introdujo por primera vez a finales de los 70 y principios de los 80, la tecnología de soldadura robótica se consideró una panacea para soldar productos repetibles de gran volumen. No pasó mucho tiempo antes de que se recogieran todas las “frutas maduras” y se calificara a los robots como efectivos sólo para aplicaciones de gran volumen.

Mucho ha cambiado en los últimos años.

Tuve el privilegio de trabajar con Petrosmith después de la instalación de su nuevo sistema robótico de corte y soldadura, para ayudarlos a alcanzar la producción completa, optimizar sus procesos de corte y soldadura y brindarles capacitación práctica.

Petrosmith es un fabricante de equipos de producción de superficie para la industria del petróleo y el gas. Por naturaleza, este negocio es un entorno de bajo volumen y alta mezcla. Para automatizar el proceso de soldadura y corte en piezas soldadas de recipientes, el sistema robótico debe tener algunas características innovadoras que permitan una soldadura eficiente de tamaños de lotes tan pequeños como uno.

Ingrese a Cloos Robotic Welding y Autocam, una empresa de software alemana que proporciona software que permite la programación "automatizada" basada en CAD. Cloos ha sido proveedor de sistemas de soldadura robótica en los EE. UU. durante más de 30 años, especializándose en sistemas robóticos personalizados que pueden manejar todo. desde piezas pequeñas y de gran volumen hasta piezas soldadas muy grandes y de bajo volumen. Cloos es un proveedor único de sistemas de soldadura robótica, que diseña y construye el robot, fuentes de energía de soldadura, posicionadores, sopletes y cables de soldadura, consumibles y software.

Autocam proporciona un software llamado Moses que puede generar automáticamente programas de robot a partir de dibujos CAD para corte y soldadura por plasma.

Juntos forman un equipo formidable.

Petrosmith buscaba mejorar sus capacidades de fabricación y automatizar ciertos procesos de soldadura que requieren mucha mano de obra para abordar los cuellos de botella en sus operaciones de fabricación de embarcaciones.

Mike Duffy, presidente de Petrosmith, Abilene, Texas, explicó:

“Petrosmith quería aportar valor adicional a la operación de nuestras embarcaciones y agregar automatización robótica es una excelente manera de diferenciarnos de muchos de nuestros competidores y abordar las limitaciones de producción en nuestra área de fabricación de cabezales. Agregar la celda robótica nos ha permitido soldar rápidamente lotes pequeños para nuestra operación de recipientes personalizados, así como realizar soldaduras de cabezales repetibles y de alta calidad para usar en algunos de los otros diseños de recipientes más estandarizados. Anteriormente tuve una gran experiencia trabajando con Cloos y lo que aportan con respecto a una solución integrada completa llave en mano para soldadura robótica. No nos decepcionaron, ya que este sistema superó nuestras expectativas, permitiéndonos utilizarlo en otras piezas soldadas que requieren mucha mano de obra además de las cabezas”.

FIGURA 1. Nuevo sistema robótico de soldadura/corte de Petrosmith.

Justin Hammond, gerente de operaciones de embarcaciones de Petrosmith, también entendió que, aunque a veces los empleados pueden estar preocupados por la llegada de la automatización robótica, en realidad no hay razón para preocuparse.

“Siempre es la primera pregunta cuando los empleados oyen hablar de la implementación de robótica/automatización en su entorno. Esto es lo mismo para Petrosmith. Nuestro objetivo no era reducir el número de empleados, sino centrarnos en la reasignación de recursos a otras partes de las operaciones donde sus habilidades podrían utilizarse mejor”, dijo Hammond.

CLOOS proporcionó un sistema robótico, incluido un robot de 6 ejes; una mesa de corte para cortar las cabezas; un posicionador de inclinación y rotación de 2 ejes para soldar componentes a los cabezales; un accesorio único y flexible para ubicar y sostener una variedad de cabezales durante la soldadura; y el paquete de software Moisés; todo integrado en un sistema único y flexible. El robot tiene un cambiador de herramientas y puede cambiar automáticamente, según sea necesario, entre tres herramientas: un soplete de soldadura de un solo alambre, un soplete de soldadura en tándem y un soplete de plasma de alta definición Hypertherm de 400 amperios (consulte la Figura 1).

El proceso comienza con Moses, que contiene una biblioteca de los componentes físicos que se soldarán, incluidas las cabezas de los recipientes, las bridas, las entradas de acceso y los acoplamientos, todo en formato CAD .dwg.

El programador comienza importando un modelo CAD de la cabeza a Moses (ver Figura 2). Luego localiza y define todos los agujeros a cortar según las dimensiones de las impresiones de la pieza. Luego, Moses calcula todas las rutas de corte y proporciona un programa de robot completo, que está listo para descargarse en el robot para comenzar a cortar.

Lo mismo ocurre con la soldadura. Las piezas que se van a soldar al cabezal se agregan al modelo CAD que se desarrolló para el corte (ver Figura 3). Luego, Moses calcula las rutas de soldadura completas con soldaduras de múltiples pasadas cuando sea necesario, detección táctil, comandos de seguimiento a través del arco y todo lo demás necesario para generar el programa del robot. No es necesaria ninguna posedición: Moses proporciona un programa de robot completo listo para cargar en el robot.

Moses brinda la capacidad de desarrollar plantillas para diferentes tipos de soldaduras. Por ejemplo, algunos cabezales de paredes pesadas tendrán soldaduras de ranura alrededor de las bridas, por lo que el robot primero debe rellenar la ranura, a menudo una soldadura de varias pasadas, antes de soldar la soldadura de filete en la parte superior de la ranura, que también es una soldadura de varias pasadas. Las plantillas ahorran mucho tiempo de programación: por ejemplo, una soldadura ranurada completa de tres pasadas se puede almacenar en una plantilla y asignarla rápidamente a una soldadura en particular.

Estas plantillas (consulte la Figura 4) pueden incluir los distintos ángulos del soplete necesarios para cada pasada y pueden permitir situaciones únicas, como los diferentes ángulos del soplete necesarios para soldar alrededor de bridas que están cerca una de otra o que están en la parte empinada de la cabeza.

Para manejar las inevitables tolerancias de las piezas, el robot busca el comienzo de la soldadura para poder generar el arco en el lugar correcto y luego utiliza el seguimiento en tiempo real para mantener la soldadura en la unión a lo largo de toda la soldadura. Mientras rastrea la primera pasada, el robot almacena la posición real de la pasada raíz. Luego, las pasadas posteriores se desplazan a la distancia deseada desde la pasada de raíz, lo que garantiza que la soldadura esté perfectamente colocada en todo momento, incluso si la posición real de la soldadura varía en el espacio.

En el módulo de corte, Moses proporciona cortes axiales (cortes donde la brida o acoplamiento será paralelo a la línea central del recipiente) o cortes radiales (donde la brida será perpendicular a la superficie de la cabeza). También permite cortes biselados para proporcionar una soldadura de ranura, y el ángulo de bisel se puede programar libremente. Esta operación de biselado es una gran ventaja tanto para la calidad de la pieza como para el tiempo del ciclo. Imagine diseñar, cortar y biselar manualmente un orificio axial en la parte inclinada de la cabeza del recipiente (consulte la Figura 5). Esto no sólo requiere un técnico de diseño muy capacitado, sino que también requiere bastante tiempo. Con el robot, se tarda aproximadamente un minuto en buscar y realizar el corte.

FIGURA 2. Un cabezal con bridas está programado para soldar.

La máquina también marca las piezas en modo de marcado por plasma de bajo amperaje para facilitar la sincronización adecuada del cabezal cuando se ubica y fija manualmente en el recipiente. Al igual que en la soldadura, una sonda táctil toca y localiza la superficie de la pieza antes de cortarla para garantizar la altura de separación adecuada al perforar. Luego, la detección de altura se hace cargo durante el corte para mantener la altura de separación constante durante todo el corte.

Después de cortar los orificios, las distintas piezas se fijan manualmente en su lugar y se suelda manualmente una pasada de respaldo dentro del cabezal. Luego, el cabezal clavado se coloca en el dispositivo de soldadura y el robot automáticamente deja caer el soplete de plasma, lo recoge y realiza todas las pasadas de soldadura en el exterior del cabezal.

La clave de todo el proceso, y la tecnología que permite lotes de uno, es, por supuesto, el software Moses. Mientras el robot suelda o corta activamente, el programador puede estar trabajando en el siguiente programa en una PC. La clave para extraer un retorno de la inversión favorable de un sistema robótico es mantenerlo cortando o soldando. Ésa es la única vez que genera dinero. Al programar la siguiente pieza mientras el robot está ejecutando activamente la producción, se optimiza el retorno de la inversión.

También trabajé con el equipo de Petrosmith para agregar piezas adicionales al repertorio del robot. Diseñamos y construimos dos dispositivos de soldadura internamente para ubicar entradas de acceso grandes (bridas en el rango de 18 a 24 pulgadas de diámetro) y cámaras de combustión (consulte la Figura 6).

Estos programas se escriben manualmente en el dispositivo de enseñanza a la manera "antigua", ya que los programas son relativamente simples y directos. El retorno de la inversión fue muy bueno para estas piezas. Una cámara de combustión típica tarda de cuatro a cinco horas en soldarse manualmente y aproximadamente media hora en soldarse con el robot. Por supuesto, el ajuste de las piezas, los tamaños de los espacios y la repetibilidad son un desafío, y Petrosmith tuvo que trabajar para ajustar las tolerancias de las piezas para la soldadura robótica. Pero esto es común en prácticamente todas las aplicaciones de soldadura robótica.

Al momento de escribir este artículo, el sistema se está utilizando para piezas de producción y muchas piezas se pueden ejecutar en modo automático, pero todavía quedan muchas piezas por programar. Una vez que Moses ha generado un programa de pieza, no es necesario reprogramarlo; se puede guardar tanto en el disco duro del robot como en el PC que esté conectado al robot vía ethernet, y reutilizarse cuando sea necesario. Aunque muchos de los productos de Petrosmith son de bajo volumen, muchos tipos de embarcaciones son repetibles, por lo que los programas generados a menudo se utilizarán nuevamente en el futuro.

La principal ventaja de esta combinación Cloos/Moses es que los programas se pueden generar a partir de una biblioteca de piezas estándar, y esta programación se puede realizar fuera de línea mientras el robot permanece en producción. Las bridas, las entradas de acceso, los acoplamientos y las cabezas de los recipientes tienen diseños estándar de la industria. Como tal, estos dibujos CAD se pueden utilizar como funciones estándar que Moses utiliza para construir piezas soldadas individuales y calcular las trayectorias del robot. Moses también puede optimizar la posición de las soldaduras para asegurar la mejor calidad de soldadura.

Uno de los objetivos de muchos usuarios de robots es asignarle mano de obra relativamente no calificada, pensando que el robot funcionará perfectamente siempre que haya alguien allí para simplemente cargar y descargar piezas. Esto puede ser cierto en algunos casos, pero en muchas situaciones el operador del robot debería ser más que simplemente presionar un botón. Hay muchas aplicaciones que requieren un soldador experimentado para hacer funcionar el robot y, a menudo, este es el consejo que doy a mis clientes. Es posible que esta persona tenga que realizar tareas más complejas como inspección y reparación posterior a la soldadura, cambiar ciertos parámetros de soldadura según lo permitido y simplemente reconocer cuando hay algún tipo de problema.

Pero con Moses, dado que el conocimiento y la experiencia se confían principalmente al programador (que ciertamente debe ser un soldador/programador robótico capacitado), y los parámetros de soldadura están probados previamente y se basan en plantillas, el operador realmente carga y descarga las piezas. No necesariamente es necesario ser un soldador experimentado. Tenga en cuenta que un programador con un asiento [¿Es esta la palabra correcta?] del software Moses puede potencialmente escribir programas para más de un sistema robótico.

El hardware Cloos y el software Moses se pueden ampliar para incluir recipientes completos y, de hecho, hay empresas en los EE. UU. que utilizan esta misma combinación para cortar y soldar recipientes completos, incluidos cabezales de soldadura como se describe anteriormente, pero también soldadura de bridas y entradas de hombre. a los propios recipientes, y cabezales de soldadura a recipientes con soldadura circunferencial.

FIGURA 3. Un cabezal con bridas está programado para soldar.

A menudo, las soldaduras circunferenciales utilizan el proceso de soldadura en tándem de Cloos, un proceso de soldadura especial con un soplete que incluye dos alambres de soldadura que se sueldan simultáneamente, controlados por dos máquinas de soldadura separadas, para proporcionar tasas de deposición muy altas, velocidades de soldadura rápidas y una menor entrada de calor general, lo que puede ser una gran ventaja en la soldadura de recipientes según código ASME.

Para otras industrias con lotes de tamaño muy pequeño y entornos de mezcla muy alta, que no se basan en componentes CAD estándar de la industria, Moses puede ser o no la mejor solución. Sin embargo, la industria está en constante evolución y es posible que exista una solución robótica ideal para usted.