Faculty of Maritime, Industrial and Mechanical Engineering – TEHNONAV JUNIOR 2017 Analiza proceselor de automatizare a liniei tehnologice de… [612996]

Faculty of Maritime, Industrial and Mechanical Engineering – TEHNONAV JUNIOR 2017

Analiza proceselor de automatizare a liniei tehnologice de fabricare a tubulaturilor
Analysis of the automation processes of the pipeline manufacturing line

Nicoleta -Diana MĂLĂIESCU *
Student: [anonimizat], Ovi dius University of Constanta

Coordinator: Lecturer PhD eng. Alexandru PINTILIE
Faculty of Mechanical Industrial and Maritime Engineering, Ovidius University of Constanta

Abstract In this paper we will talk about the benefits of optimization of the pipel ine manufacturing line.
In the first part of the paper is analyzed the automated welding process specific to the technological flow of
piping manufacturing. And in the second part is analyzed the automated cutting process. The work will be
completed with a comparative study on the manual and the automated welding process.

Keywords: cutting machine, welding machine, optimization, process.

1. Introducere

Automatizarea se realizează cu ajutorul
sistemelor automate, în care se efectuează comanda
și regla rea proceselor tehnice în raport cu anumite
condiții date, fără participarea directă a omului în
îndeplinirea acestor funcții.
Automatizarea convențională realizează
comanda și reglarea variabilelor unui proces tehnic,
independent unele de altele, urmărin d să mențină în
anumite limite valorile individuale ale acestor
variabile, deci să mențină starea de inerție, a
procesului.
Pentru elaborarea unui sistem de
automatizar e, se impun următoarele etape [1 ]:
• construcția modelelor funcționale și
structural fu ncționale pentru procesele supuse
automatizării, respectiv identificarea cât mai exactă
a proceselor tehnologice;
• sinteza structurilor și a strategiilor de reglare
și conducere, în vederea realizării unor obiective
prestabilite la valori optime;
• analiz a introducerii structurilor și strategiilor
de conducere sintetizate pentru modelele cantitative
cu maximă adecvare la realitate.
Avantajele automatizărilo r proceselor
tehnologice sunt [2 ]:
• creșterea fluxului și a productivității ;
• creșterea calității și creșterea previzibilității
calității;
• creșterea robusteții și a consistenței
produsului sau serviciului.
Dezavantajele automatizărilo r proceselor
tehnologice sunt [2 ]:
• vulnerabilități legate de securitate și de buna
funcționare a programelor care o perează mașinile; • costurile de dezvoltare sunt ridicate și greu
de previzionat, acestea fiind generate de
modificarea tehnologiilor, proceselor de lucru etc.;
• costurile inițiale sunt ridicate, automatiza -rea
unui produs, proces de lucru sau a întregii unități de
producție necesitând o putere investiți -onală
ridicată din partea companiei care dorește schimbări
radicale în materie de automatizări.

2. Automatizarea procesului de sudare

Obiectivele, scopul și avantajele mecanizării
si automatizării în p roducția sudată, pot f i [3]:
• poziționarea, centrarea și fixarea în mod
identic a tuturor reperelor viitorului subansamblu
sudat;
• eliberarea operatorului uman de efort fizic,
atât la centrare, fixare, transport, poziționare în tipul
fazelor de asamblare prin sudare, cât și la evacuarea
ansamblului sudat;
• realizarea unei producții uniforme, cu
asamblări identice repetabile și controlabile;
• reducerea efortului fizic și nervos a
operatorului uman, realizarea protecției față de
activități cu risc, operat orul având doar rol de
supraveghere, cu intervenții foarte rare și doar în
situații neprevăzute;
• realizarea precisă a unor faze de lucru
complexe, interdependente, cu desfășurare rapidă,
pe care un operator uman nu le poate coordona;
• asigurarea unei in teroperativități facile între
schemele mecanice, pneumatice, hidraulice, de
acționari electrice, toate fiind coordonate de către o
schemă electrică de comandă proiectată în baza
logicii ciclurilor și a fazelor de lucru corespunză –
toare pentru ansamblul sud at de realizat.

Analiza proceselor de automatizare a liniei tehnologice de fabricare a tubulaturilor
/ TEHNONAV JUNIOR 2017 2
a) Mașin a automată de sudare TIG a
tubulaturilor

Mașina de sudare a tubulaturilor este utilizată
la sudarea mecanizată a racordurilor. Mașina este
alcătuită dintr -un portal, două mese (plăci) turnante,
6 axe pentru a roti suflaiul (arzăt orul) și suportul
pentru colectarea țevii (Fig. 1 ).

Fig. 1 . Mașină de sudat tubulaturi TIG [4]

Toate componentele pot fi acționate prin
intermediul panoului de comandă.
Fiecare masă turnantă are un sistem de răcire
în interior pentru dispozitivul de b locare, pe durata
sudării. Există și un sistem pneumatic în fiecare
masă turnantă, utilizat împreună cu dispozitivul de
blocare. Pentru a schimba un dispozitiv de blocare,
reglajul întrerupătorului trebuie să fie poziționat la
„1” pentru că în acest caz, d ispozitivul de blocare
nu se află sub presiune.
Masa turnantă din partea dreaptă este dotată
cu un dispozitiv de blocare cu schimbare rapidă.
Este utilizată la sudarea flanșelor de țevi sau a
flanșelor de garnitură.
Dispozitivul de fixare poate fi acționa t cu
ajutorul pedalelor.
Pedala din dreapta este pentru flanșă
(prindere/eliberare), iar partea stângă este pentru
țeavă sau garnitură (prindere / eliberare).
Masa turnantă din partea stângă este prevăzută
cu un ax gol cu un d orn pentru a fixa țeava . Este
utilizată la sudarea țevii de garnitură.
Arzătorul poate fi deplasat de -a lungul a 6
axe. Arzătorul este montat pe AVC și OSC.

b) Mașin a de suda re MAG pentru
tubulaturi cu flanșă

Mașina este adecvată pentru îmbinarea prin
sudare rotundă a conexiunilor tubulaturilor cu
flanșe, precum și pentru alimentarea automată a
conductelor și descărcarea componentelor finite
sudate. În plus față de flexibilitatea oferită piesei de
prelucrat care urmează să fie sudată, mașina permite
utilizarea simultană a 4 capete de sudare MAG (Fig.
2).

Fig. 2. Mașina de sudat MAG [ 4]

Caracteristicile de proiectare fundamentale ale
mașinii se bazează pe cadrul de bază cu placa de
suport fix și mobil.
Plăcile de suport conțin toate componentele
necesare pentru poziționare și s udură. Placa de
suport mobil este ajustată pentru poziționare
longitudinală, cu ajutorul unui motor electric.
Punctul de încărcare și descărcare, consolele
rolelor, brațul mobil cu mandrină, precum și un
capăt de sudură pentru sudura internă și externă
sunt aranjate pe plăcile de suport. Fiecare capăt de
sudură are un ax de avan s pe verticală și pe
orizontală care presupune, de asemenea, funcția de
scanare a piesei în timpul procesului de sudură.
În plus, suporturile transversale motorizate
sunt instalate pe capetele de sudură pentru
compensarea poziției în timpul sudării .
Aceste componente asigură poziționarea
instrumentelor (arzătorul de sudură) și a pieselor de
prelucrare (profilele de aluminiu).
Alte componente ale sistemului sunt unitățile
hidraulic e (sursele de energie pentru sudură), care
sunt fixate permanent pe plăcile de suport.
Hardware -ul electronic al sistemului constă
dintr -o cutie instalată permanent și o cutie
comutatoare mobilă, un panou de control fix și un
panou de control mobil, de la distanță.

3. Automatizarea procesului de debitare

a) Mașina de debitat cu pa nglică „Band
Saw”

Sunt în uz mai multe tipo -dimensiuni de
mașini, inclusiv pentru tăierea metalului sau a
fitingurilor la diferite unghiuri. Cea mai modern a
este mașina Behrin ger (Fig. 3).
Mașina de debitat este special concepută
pentru tăierea materialelor metalice.

Nicoleta -Diana MĂLĂIESCU / TEHNONAV JUNIOR 2017 3

Fig. 3. Mașina de debitat cu panglică Band Saw [ 4]

Temperatura mediului ambiant trebuie să
rămână între +5°C și +40°C. Sistemul de răcire sau
de încălzire este necesar pentru temperaturi mai
ridicate sau mai scăzute.
Mașinile de debitat generează un nivel de
zgomot de aproximativ 75 dB (A), măsurat în zona
de operare a mașinii, în stare de funcționare
inactivă. În cazul tăierii țevilor, emis iile de zgomot
pot ajunge până la maxim 90 dB (A), nivel măsurat
la 1 metru distanță față de punctul de tăiere.
Centrul de greutate al mașinii se află în
regiunea cadrului pânzei.
Mașina de debitat este echipată cu un
dispozitiv de control electronic. Dacă pânza
glisează pe roata de acționare, dispozitivul de
control al vitezei oprește dispozitivul de acționare.
Întreruperea este indicată de indicatorul de
semnalizare „Interruption”.

b) Mașin a de tăiat cu plasmă sau oxigaz
PA-S45 W

Plasma este definită dr ept un gaz având atomi
și molecule care sunt parțial divizate în ioni și
electroni și, ca urmare, având o conductivitate
electrică înaltă.
În arzătorul pentru plasmă, acest gaz este
încălzit la temperaturi extreme și iese prin duza
arzătorului la o viteză mare. Din cauza acumulării
de căldură, toate materialele bune conducătoare de
electricitate se vor topi, iar datorită vitezei mari și
presiunii arcului de plasmă, materialul topit va fi
suflat formând o mică fantă în material.
Astfel, arcul cu plasmă este transferat de la
catod, instalat în arzătorul pentru plasmă și conectat
la polul negativ al sursei de alimentare cu energie
electrică a plasmei, la piesa de prelucrat, conectată
la polul pozitiv (arc transferat).
Aprinderea în siguranță a arcului cu plasmă
(principal) se va realiza astfel:
• amorsarea arcului pilot între catod și duză
(arc non -transferat) folosind impulsuri de înaltă
frecvență; • imediat după ce arcul pilot a amorsat,
alimentarea de înaltă tensiune (IT) este întreruptă în
mod automat;
• curentul arcului pilot este limitat prin
rezistoare pilot;
• arcul electric principal amorsează atâta timp
cât arcul electric pilot vine în contact cu piesa de
prelucrat, alimentarea arcul electric pilot
deconectându -se după o scurtă suprapunere
Conceptul modelului PA-S45 W prezintă
următoarele caracteristici:
• utilizare alternativă a arzătoarelor manuale
sau mecanice;
• gamă largă de gaze plasmogene/ionizabile
aplicabile pentru a obține o calitate optimă a tăierii
la toate metalele: aer; ArH2; ArH2N2; O2.
• arzătorul ma nual este adecvat
următoarelor operațiuni: tăiere cu plasmă cu suport
la distanță; tăiere cu plasmă cu contact de ajutaj;
decupare cu plasmă ;
• adaptarea arzătorului la diversele operațiuni
este ușoară și simplă, implicând doar schimbarea
consumabilelor;
• interval de tăiere de la 1 mm la 35 mm
(tăiere de calitate) până la 45 mm (în funcție de
material);
• trei intervale de curent de tăiere 45A, 85A și
130A, pentru adaptarea puterii de tăiere;
• sistem intern de răcire cu apă pentru a
prelungi durata de viață a duz elor și catozilor;
• foarte ușor de manevrat și cu o pornire în
siguranță datorită: aprinderii de IT pentru arcul
electric pilot ; arcul electric principal pornește dacă
arcul pilot atinge piesa de prelucrat;
• circuite de siguranță pentru o operare
perfectă: întrerupător de presiune pentru controlul
fluxului de gaz ; întrerupătorul debitului de apă
asigură o răcire suficientă ; temporizator pentru
arcul electric pilot ;
• securitate sporită în timpul lucrului cu
arzătorul manual pentru plasmă PB -S45 Wh/Wh -1
datorită protecției la contact realizate prin
intermediul unui circuit de siguranță;
• placa de strângere a arzătorului cu protecție
electrică;
• operare ușoară, tablou de comandă cu
simboluri pentru service și afișaj comenzi;
• eficiență mare și costuri reduse de opera re
datorită: sistemului intern de răcire cu apă, implicit,
consum redus de gaze pentru plasmă ; utilizarea
aerului ieftin pentru gazul plasmogen/ ionizabil .

Analiza proceselor de automatizare a liniei tehnologice de fabricare a tubulaturilor
/ TEHNONAV JUNIOR 2017 4
4. Analiza eficienței automatizării fabricării
tubulaturilor navale

Pentru analiza eficienței a utomatizării
proceselor tehnologice de sudare a tubulaturilor, se
compară manopera și costurile proceselor
tehnologice de sudare a unei piese prin metoda
manuală, respectiv automatizată.
Materialul prelucrat are următoarele
caracteristici: EN 1,4307; D = 48,3 mm; t = 2,0
mm; l = 55,0 mm. Se consideră că manopera
muncitorului pentru sudarea piese i este retribuită cu
35 EUR/h [4 ].
În tabelul 1 sunt centralizați timpii necesari
pentru sudarea piesei și costurile efective, pentru
varianta manuală, respectiv a utomatizată.

Tabel 1. Timpi și costuri pentru sudarea manuală și
automată [ 4]
Sudare manuală Timp
[min] Costuri
[EUR]
Planificarea parametrilor de
sudare 60 35,00
Identificarea parametrilor de
sudare / Testare pentru sudare* 60 35,00
Pregătirea probel or pentru
testare** 60 105,00
Cost materiale – 38,04
213,04
Sudare automată Timp
[min] Costuri
[EUR]
Configurare parametri de
sudare, pregătirea probelor și a
procedurilor de testare 30 17,50
Cost materiale – 12,68
30,18
* Pregătirea primului se t de probe
** Reglarea parametrilor de sudare și a timpilor de
sudare după fiecare probă
5. Concluzii

În această lucrare sunt analizate procesele de
automatizare a liniei tehnologice de fabricare
tubulaturilor. În prima etapă s -a analizat procesul
tehnologic de debitare , iar in a doua etapă procesul
de sudare. De asemenea, s -au evidențiat avantajele
automatizării acestor procese tehnologice.
În final s -a realizat un studiu comparativ
asupra operațiilor tehnologice manuale și automate,
din punct de ved ere al timpilor efectivi de lucru și a
costurile implicate. În urma analizei comparative se
pot formula următoarele concluzii:
• realizarea elementelor de producție cu ajutorul
mașinilor automatizate se efectuează cu un cost de
14,08 % din costul efectuăr ii lor prin metode
manuale și 50 % din timpul alocat proceselor
manuale;
• creșterea calității;
• creșterea fluxului sau a productivității.

7. Bibliografie

* E-mail address: diana.nicoleta915@yahoo.com

[1] https://prezi.com/gpmmy3dupehk/automatizar
ea-proceselor -industriale/
[2] http://www.inelsa.ro/instalatii -electrice -si-
automatizari/automatizari -industriale –
complexe/item/41 -avantajele -si-dezavantajele –
automatizarilor.html
[3] https://biblioteca.regielive.ro/laboratoare/mec
anica/mecanizarea -si-automatizarea -proceselor -de-
sudare -77742.html
[4] ***, Șantierul Naval VARD din Tulcea.