Stanciu Georgiana Licenta8 [305534]

[anonimizat]: [anonimizat]

2017

[anonimizat]-PNEUMATICĂ UTILIZAT ÎN PROCESUL DE PRODUCȚIE A SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ

Coordonator științific

Dr. Ing. [anonimizat]: [anonimizat]:

Declar că lucrarea de licență cu titlul:

[anonimizat] A SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ

Reprezintă contribuția mea originală și nu a fost plagiată.

Lucrarea a fost elaborată de mine sub îndrumarea Dr. Ing. [anonimizat].

Consultant: Șef lucrări Ionuț Adrian Chiș

Mențiuni speciale (dacă este cazul):

Data:

________________________

(semnătura student: [anonimizat])

Declarație de originalitate din partea coordonatorului științific

Subsemnata STANCIU GEORGIANA

cadru didactic îndrumător al lucrării de diplomă cu titlul:

[anonimizat] A SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ

realizată de doamna/domnul: STANCIU GEORGIANA

confirm prin prezenta că nu am cunoștință ca realizările prezentate în lucrare să fie copiate sau să reprezinte contribuțiile unei alte persoane decât autorul nominalizat.

Mențiuni speciale (dacă este cazul):

Data:

________________________

(semnătura coordonatorului)

Încadrarea lucrării de licență în domeniul de specialitate sau domenii conexe

Vă rugăm să introduceți în caseta adecvată litera P pentru subdomeniul principal în care se încadrează lucrarea de licență (se optează pentru un singur subdomeniu principal) și litera C pentru subdomeniile complementare (dacă este cazul; se poate opta pentru mai multe subdomenii complementare.

[anonimizat]: [anonimizat]: _____________________________

Aprecierea lucrării de licență de către coordonatorul științific

Acest spațiu este alocat pentru coordonatorul științific

Semnătura coordonatorului științific: ______________________________

Motivație

Această temă am ales-o ca răspuns la nevoia SC.RAAL.SA de a implementa un sistem flexibil de sudare a [anonimizat]. [anonimizat].

Sudarea componentelor schimbătoarelor de căldură s-a realizat inițial cu ajutorul sudării manuale WIG(sudare în mediu de gaz inert cu electrod de Wolfram), procedeu complex care solicită o atenție și o dexteritate sporită a operatorului uman. Treptat această tehnologie a fost înlocuită cu sudarea MIG (sudare în mediu de gaz inert) robotizată, crescând precizia și calitatea suprafețelor obținute. [anonimizat] 5000 montat pe un robot ABB IRB 1600.

În vederea obținerii acestui sistem flexibil care să sudeze subansamblele din aluminiu ce intră în componența schimbătoarelor de căldură, s-a decis îmbinarea acționării electrice cu cea pneumatică obținând în final un flux constant de piese sudate, de dimensiuni diferite și atingerea unor viteze de sudare cât mai mari și o calitate ridicată a îmbinărilor sudate.

Grad de noutate a temei

Datorită efectului din ce în ce mai mare al diversificării cererii consumatorilor s-a impus reorientarea producției și vânzării spre serii mici sau chiar unicate. Producția de acest tip este din ce în ce mai automatizată iar caracteristica principală a acestor mijloace de producție este flexibilitatea.

În majoritatea domeniilor industriale predomină automatizarea flexibilă unde manipularea pieselor se realizează in mod uzual cu ajutorul roboților industriali.

Sistemele de acționare pneumatică sunt alese în diversele aplicații industriale datorită avantajelor și a calităților sale superioare. Avantajul major al acestui tip de acționare este puterea specifică mare, iar punctul slab al acesteia este reglarea dificilă continuă a vitezei de deplasare a motorului. Pentru a elimina acest neajuns cu care m-am confruntat și eu în cazul proiectului meu și a beneficia de avantajele sistemului am decis îmbinarea acționării electrice cu cea pneumatică .

Obiectivul lucrării

Prin intermediul acestui proiect îmi propun dezvoltarea un sistem flexibil de sudare a schimbătoarelor de căldură pe contur închis. Acesta este deja implementat în firma SC.RAAL.SA, însă are două mari dezavantaje. Este proiectat pentru prelucrarea unui singur tip de produs iar acționarea deși este pneumatică se realizează manual. Dorința mea este să optimizez întreg procesul prin îmbinarea acționării electrice cu cea pneumatică în vederea creșterii preciziei și reducerii timpilor de prelucrare. Noul sistem va fi realizat astfel încât să se poată prelucra zece tipuri diferite de schimbătoare de căldură, toate fiind de dimensiuni mici, deoarece schimbătoare de căldură de dimensiuni mai mari sunt prelucrate în noile celule robotizate de sudare implementate recent în firmă și anume IGM-urile. De asemenea preconizez să înlocuiesc acționarea manuală cu cea electro-pneumatică în vederea obținerii unei calități superioare a produselor.

1.Memoriu Tehnic

Prezentarea societății

RAAL Prundu Bîrgăului este situat la 22 km de sediul central, pe un teren ce convertește o suprafață de 73.000 mp.

Fig. 1.1 Firma SC.RAAL.SA

Compania SC.RAAL.SA este unul dintre liderii de piață în fabricația de schimbătoare de căldură din aluminiu și sisteme de răcire destinate atât aplicațiilor din industria auto cât și celor din agricultură și construcțtii. Produsele sunt exportate în peste 20 de țări în proporție de 98%.

Schimbătoarele de căldură și sistemele de răcire sunt dezvoltate având la bază o experiență de este 20 de ani. Programul de calcul și dimensionare a acestor produse este în permanență optimizat, pe baza rezultatelor obținute în urma testărilor pe standuri specializate.

Activitățile de cercetare-dezvoltare se realizează în mod continuu, asigurând astfel că produsele firmei vor satisface în totalitate cerințele clienților, devenind tot mai severe cele de ordin tehnic cum ar fii schimbul termic sau rezistență la șocuri mecanice și de mediu cum ar fii poluarea sau zgomotul.

Printre activitățile care se desfășoară în prezent în firmă se numără și :

Proiectare și producție

Proiectare tehnică

Fabricare de echipament de finisare (brevet raal)

Fabricarea pieselor turnate

Calcul și proiectarea produsului de simulare

Testarea și validarea produsului

1.1.1 Scurt istoric al firmei RAAL

Acumulând o experiență de peste 25 de ani firma RAAL a avut primele preocupări în domeniul brazării schimbăoarelor de căldură încă din anul 1978. În anul 1982 se fabrică și se livrează primele schimbătoare de căldură pentru domeniul militar(tancuri,avioane), iar în urma schimbărilor politice ale anului 1991 RAAL devine societate pe acțiuni.

În anul 1995 RAAL devine firmă cu capital privat și în anul 2007 se deschide o nouă fabrică pentru sisteme de răcire la Prundu Bîrgăului.

În prezent, RAAL produce schimbătoare de căldură individuale și sisteme de răcire precum răcitoarele de ulei, răcitoarele de aer, radiatoare de apă, condensatoare, realizate din aliaje de aluminiu în construcție brazată.

Toate produsele firmei sunt produse potrivit standardelor înalte de calitate și sunt verificate în secțiile proprii de cercetare și testare.

“Sistemul de management al calitații este certificat conform standardelor ISO 9001:2008 și ISO/TS 16949:2009

Sistemul de management al mediului este certificat conform standardului EN ISO 14001:2004

Sistemul de management al sanatății și securității operaționale este certificat conform standardului OHSAS 18001:2007

Procesul de sudare este autorizat în conformitate cu EN ISO 3834-2

Sudura echipamentelor feroviare și a componentelor pentru material rulant în conformitate cu EN 15085-2 nivel–CL1

Proiectarea, fabricația și vânzarea schimbătoarelor de căldură în conformitate cu Directiva 2014/68/EU privind echipamentele sub presiune (PED 97/23/EC)

Procedeele de brazare și sudare în conformitate cu DIN EN 13134, EN ISO 15614-1, -2

Operatorii de brazare și sudorii sunt autorizați in conformitate cu DIN EN 13585, EN ISO 9606-1, -2, EN 14732”2

După cum putem observa în imaginea de mai jos numărul de anjajați ai firmei a crescut considerabil. Dacă în anul 1985 firma avea doar 100 de angajați numărul acestora în 2011 este de 1450 , toate acestea datorându-se dezvoltării continue. În prezent nu se stie un număr exact de anjajati, cel mai recent sondaj fiind acesta din 2011.

Fig. 1.2 Număr de angajați

1.1.2 Gamă variată de produse

Angajamentul neîntrerupt din partea RAAL de a satisface cerințele clienților săi, duce la dezvoltarea și îmbogățirea gamei diversificate de produse într-un număr cat mai mare. În imaginea de mai jos sunt ilustrate în proporție mică câteva dintre produsele care se regăsesc în firmă.

Fig. 1.3 Produse ale firmei SC.RAAL.SA

Radiatoarele de apă proiectate de RAAL (Fig. 1.1 a) sunt întalnite în următoarele soluții constructive: plăci și bare, tuburi sudate, shell. Capabile să acopere în totalitate cerințele clienților ele sunt utilizate în aplicații care presupun condiții grele de lucru precum echipamentele militare sau feroviare, aplicații industriale, compresoare,etc.

Răcitoarele de ulei (Fig. 1.1 b) sunt proiectate și produse de firmă din aliaje de aluminiu și sunt folosite în diverse soluții constructive în aplicații industriale, instalații hidraulice, utilaje

agricole,etc. Această generație a răcitoarelor de ulei a dus la reducerea căderilor de presiune și la creșterea performanțelor termice.

Răcitoarele de aer (Fig. 1.1 c) sunt proiectate în aceleași soluții constructive ca și radiatoarele de apă. Performanțele unice ale acestora duc la menținerea echilibrului optim între caracteristicile termice și cele fluido-dinamice.

Condensatoarele (Fig. 1.1 d) sunt realizate din aliaje de aluminiu, rezistă la presiuni înalte, sunt compacte și ușoare și au o eficiență termică ridicată.

2.1 Tehnologii de sudare

Tehnologiile de sudare au devenit tot mai avansate și permit creșterea productivității, îmbunătățirea substanțială a calității și reducerea costurilor de producție.

În continuare voi explica în detaliu 2 dinte cele mai folosite procedee de sudare în cadrul firmei.Toate cele 2 se folosesc doar la piesele din aluminiu, fiind si cel mai utilizat material în cadrul firmei. Produsele ce urmează să fie prelucrate cu ajutorul dispozitivului proiectat de mine mai întâi vor fi sudate de către operatorii umani în boxele de sudură prin intermediul procedeeului WIG în cel puțin 4 puncte, pentu a uni matricele de colectori. Pe urmă pentru a realiza cordonul final de sudură se foloseste procedeul MIG.

2.1.1 Aluminiul

Aluminiul este un element chimic, bine cunoscut ca metal neferos si ocupa locul 3 ca și răspândire trestră după oxigen si siliciu, existând în procent de 7.5 % in litosferă 3. Se găsesc atât în stare naturală, cat și în compuși(silicați,oxizi hidratați).

Răspândirea aluminiului în scoarța terestră:

În litosferă: 7,45 %

În roci vulcanice: 8,13%

În meteoriți: 1,38%

În hidrosferă: 1x

Este un bun conducător electric și termic, fiind folosit în industria electrochimică sub forma de sârmă. Există peste 250 de minerale cu conținut de aluminiu, 40% fiind alumino-silicați.

În prezent, bauxita reprezintă materia primă de bază pentru extragerea aluminiului, aceste zăcăminte se găsesc la noi în țară în special în Munții Bihorului, dar și în țări precum: Grecia, Turcia, Ungaria, Italia, Franța, China. În viitor accentul va cadea pe alte minerale precum: caolin, nefelin, sienit,etc. La scară industrială aluminiul este obținut prin descompunerea electroitică a aluminei pure, dizolvată într-o topitură de criolit cu adaos de flourură de calciu.

Comportarea buna a aluminiului în medii corozive a condiționat extinderea acestuia în industria chimică, în vederea obținerii diferitelor piese precum condensatoare, rezervoare, schimbătoare de căldură, etc.

Printre avantajele aluminiului se numără faptul că acesta nu poluează mediul (cu produse de coroziune), nu generează scântei, nu permite dezvoltarea microorganismelor.

Domeniul de utilizare a aluminiului s-a extins treptat, în prezent se foloseste atat pentru construcția de nave maritime pentru cală, în telefonie, la transmisiile prin telegraf și telefon, cât și în industriile zahărului, conservelor, ținând cont și de faptul că aluminiul nu distruge vitaminile.

Standardizare:

EN 515 – Condiții de livrare

EN 485/1-4- Pregătire probe pentru determinarea caracteristicilor mecanice și valori ale acestor caracteristici pentru diferite condiții de livrare

EN 573/1-4- Compoziții chimice pentru 160 aliajede aluminiu

EN- normă europeană

2.1.2 Sudarea WIG

Sudarea WIG este un procedeu de sudare în mediul de gaz protector inert cu electrod de wolfram. Acesta este ideal pentru sudarea pieselor din aluminiu(dar si otel, inox ,etc), însă trebuie luate în considerare anumite caracteristici ale materialului (ex. punct de topite 650°C în cazul aluminiului) în vederea obținerii unei suduri cu un grad de calitate ridicat ce se datorează într-o mare măsură protecției oferite de gazul inert. Acesta este procedeul de sudură aplicat schimbătoarelor de căldură înainte de poziționarea lor pe dispozitivul cu acțiune electro-pneumatică sau pe IGM-uri. Scopul acestui procedeu este prinderea matricelor de colectori prin așezarea lor pe o suprafață plana după care urmează heftuirea4 în 4 puncte (Fig.1.2) .

Fig.2.1 Heftuire

În imaginea de mai jos este ilustrat clar și concis întreg procedeul de sudare:

Fig. 2.2 Sudarea WIG

La acest procedeu arcul arde între piesa ce urmează a fi sudată și un electrod de wolfram, acesta din urma având doar rol de electrod nu și de material de adaos. Prin sudarea WIG are loc topirea celor 2 componente ce urmează a fi sudate iar,pentru realiza o îmbinare mai bună este indicat să folosim un material de adaos.

Pentru ca sudura să fie cât mai eficientă trebuie să ne asigurăm că atât baza cât și materialul de adaos sunt curate îndepărtând posibilele grăsimi sau uleiuri de pe suprafața lor, acestea conțin oxigen și hidrogen ceea ce ar duce la obținerea unor proprietăți mecanice și electrice deficitare ale sudurii.

Această metodă de sudare are un grad ridicat de universalitate fiind posibilă îmbinarea oricăror materiale metalice prin aplicarea ei. Grosimea minimă sudabilă este de 0,5 mm, iar sudura se poate realiza în orice poziție.

Avantaje:

Pe sudură nu rămane zgură (strat de oxid metalic format deasupra unei suduri executate cu arc electric)

Se pot suda majoritatea materialelor sau aliajelor metalice

Se pot suda materiale cu grosimi mici

Calitate ridicată pentru îmbinarea sudată

Printre dezavantaje se numară: productivitate redusă, necesită sudori pregătiți, echipament scump,etc.

2.1.3 Sudarea MIG/MAG

Procedeul de sudare MIG/MAG este des întâlnit în aplicațiile industriale fiind avantajos din punct de vedere economic, aducand o productivitate ridicata. Principiul sudării MIG/MAG constă în introducerea prin pistoletul de sudură a unei sârme de metal, aceasta fiind folosită atât ca material de adaos, cât și pentru a conduce curentul de sudare. Baia de metal topit și arcul electric sunt protejate de gazul protector ce circulă prin diuza pistoletului de sudare.

Sudarea MIG(metal inert gaz) mecanizată este cea folosită pentru realizarea cordonului final de sudura (Fig.2.4) pentru cele 10 tipuri de produse ce urmeaza a fi asezate pe dispozitivul cu acțiune electro-pneumatică.

Fig.2.3 Produsul înainte de sudură Fig.2.4 Produsul după de sudură

Fig. 2.5 Aparat de sudura MIG robotizat

Se recomandă utilizarea acestui procedeu la piesele din aluminiu cuprinse intre 3-6 mm grosime. Sub aceasta limită minimă de aplicabilitate procedeul va fi greu de controlat.

Pe rola de susținere sârma electrod este desfășurată automat, iar prin intermediul sistemelor de avans ea este antrenată și introdusă în arcul electric, fiind apoi topită și introdusă în baia de metal topit. În funcție de reglarea parametrilor regimului de sudare sârma electrod păoate ajunge în baia de metal topit atât sub formă de picături, cât si sub forma unei coloane. Acest procedeu a fost ușor de automatizat datorită faptului că electrodul pentru sudare este chiar materialul de adaos.

Avantaje:

Productivitate ridicată(viteză de sudare ridicata)

Calitate îmbunătațită(reducerea stropilor de sudură,aspect regulat al cordonului de sudură)

Reducerea cheltuielilor(sârmă mai ieftină decât electrozii înveliți)

Printre dezavantaje se numară: flexibilitate redusă a pistoletului de sudare.

2.1.4 Gaze de protecție folosite pentru sudare

Alegerea gazelor de protecție se realizează ținând cont de influența acestora asupra procesului de sudare. Printre cele mai importante beneficii ale acestor gaze se numără atât creșterea productivității și reducerea costurilor de producție, cât și îmbunătățirea calității cordoanelor de sudură.

SR EN 439 : 1996 clasifică gazele de protecție în funcție de caracteristicile sale chimice. Exista o serie de cerințe care trebuie respectate pentru alegerea optimă a gazului de protecție și anume:

Cerințe generale: aptitudini ale gazelor pentru procedeul de sudare ales, pentru diferitele tipuri de arc electric

Cerințe fizice: comportare bună la amorsarea arcului electric, stabilitate a arcului electric

Cerințe termice: conductibilitate termică

Influențe metalurgice: formare redusa de zgură, oxidare redusă a surafeței, menținerea rezistenței la coroziune

Desigur că lista cu cerințe de mai sus nu este completă, însă ne ajută sa ne formăm o imagine de ansamblu asupra importanței pe care o are alegerea gazului de protectie potrivit. De cele mai multe ori nu este posibil îndeplinirea tuturor acestor caracteristici la o aplicație dată .

În momentul de față în firmă cel mai folosit gaz protector pentru sudarea WIG și MIG a schimbătoarelor de căldură este argonul, însă si heliul poate fi folosit cu precizarea că acesta din urmă este mai costisitor decât precedentul. În viitor se vor face teste pentru combinarea în diferite procente a argonului cu heliul, în vederea obținerii unui gaz de protecție mai bun.

Heliul este mai ușor decât aerul, iar pentru a proteja baia de metal topit sunt nevoie de debite mai mari. Este un gaz intert care nu reacționează cu materialul, pătrunderea este mai lată, iar viteza de sudare este mai mare uneori.

Argonul protejează metalul topit de actiunea aerului fiind mai greu decat aerul. Este un gaz inert, nu reacționează cu materialul, iar amorsarea procesului de sudare este mai ușoara,fiind ușor de inizat.

2.1.5 Parametrii de sudare

Determinarea valorilor parametrilor tehnologici de sudare reprezintă un aspect extrem de important în vederea obținerii unei calități superioare a structurii sudate. În continuare voi vorbii despre fiecare parametru tehnologic in parte și modul în care se alege în vederea obținerii celei mai optime caracteristici.

Curentul de sudare trebuie ales ținând cont de diametrul sârmei electrod, grosimea de sudat, poziția de sudare și varianta de sudare. Trebuie ca viteza de topire a sârmei să fie egală cu viteza de avans a acesteia pentru a face ca arcul sa fie stabil.

Tensiunea arcului reprezintă tensiunea electrica care se regăsește între electrod și materialul de bază și se alege în funcție de gazul de protecție, curentul de sudare, poziția de sudare, etc. Dacă tensiunea arcului este mare, atunci lungimea acestuia creste, lățimea depunerii este mare și pătrunderea este mica, iar daca tensiunea arcului este mică, lungimea acestuia scade ,lățimea depunerii este mică și pătrunderea este mare.

Viteza de sudare se definește ca fiind viteza arcului electric în lungul rostului5 aflat între cele două elemente de sudat.Varianta și modul de sudare(mecanizat sau nu) sunt cele 2 criterii în funcție de care se alege viteza de sudare, ea nu depășește 40 cm/min la sudarea semimecanizată.

Debitul gazului de protecție: trebuie să luăm în considerare diametrul diuzei de gaz, cu cât acesta este mai mic cu atât debitul gazului trebuie să fie mai scăzut pentru a evita turbulențele.

2.1.6 Defecte la sudare

Prin defecte ale îmbinărilor sudate înțelegem abateri de formă, continuitate, dimensiuni a unui anumit cordon de sudură față de documentația tehnologică.

Apariția porilor și crestături (arsuri) marginale sunt 2 dintre cele mai întâlnite defecte în cazul sudării MIG, predominant la sudura WIG este apariția porilor, arsurile marginale aparând în această situație mai mult pieselor din oțel care nu sunt prioritare pentru noi în momentul de față. "Aceste defecte dacă nu sunt controlate pot conduce la fisuri și la formarea unor cusături (cordon de sudură) slabe.

Cauzele apariției porilor de sudură

Cantitate insuficientă de gaz protector

Duză de gaz murdară(se creeaza turbioni și pătrunde aer)

Distanța până la piesă este mare

Cantita prea mare de gaz

Poziție incorectă a pistoletului

Umiditatea din gazul protector creează pori în baia topită"6

Alte defecte ce pot apărea la sudură :

Fisuri de crater: Craterul apare datorită retragerii prea rapide a electrodului

Lipsa de topire: Se caracterizează prin lipsa de legătură între materialul de bază și cel de adaos(apare când materialul de adaos în stare topită ajunge într-o zonă a piesei ce urmează a fi sudată și nu este suficient de încălzită din cauza curentului prea mic de sudare in raport cu grosimea piesei)(MIG/WIG).

Strpoi de sudură: Aceștia apar în timpul operației de sudură și aderă la suprafața cordonului de sudură deja întărită, atât datorită curentului prea mare de sudare cât și arcului prea lung(MIG)

2.1.7 Prezentarea soluției existente de sudare a schimbătoarelor de căldura

Fig. 1.4 Dispozitiv pentru sudarea schimbătoarelor de căldură

În imaginea de mai sus este ilustrat dispozitivul existent în firmă pentru sudarea schimbătoarelor de căldură pe contur închis. Dezavantajul acestuia este atât acționarea manuală cât și faptul că un singur tip de schimbător de căldură poate fi sudat cu ajutorul lui. Aceste neajunsuri au dus în timp la utilizarea tot mai rară a dispozitivului, lăsând operatorii umani sa se ocupe de trasarea cordonului final în boxele de sudură.

Funcționare:

Înainte de începerea programului de sudură cilindrul (1) trebuie să se afle în poziție deschisă, iar cilindrul (2) să fie în poziție închisă. În acest moment operatorul uman va așeza schimbătorul de căldură pe placa de bază (A) unde va fi tamponat in cele 4 bolțuti(4). Odata așezat produsul , pistonul (2) va fi acționat ridicând schimbătorul de căldură la nivelul capului de antrenare(3), urmând ca pistonul cilindrului (1) sa își schimbe poziția, fixând astfel produsul ce urmează a fi sudat. În continuare cilindrul (2) se va lasa în jos permițând dispozitivului să execute și o mișcare de rotație. Acum totul e pregătit pentru începerea programului de sudură.

La finalizarea acestuia, cilindrul (2) se va ridica din nou în sus pentru a asigura prinderea schimbătorului de caldură, pe urmă va avea loc retragerea pistonului (1) si intervenția operatorului uman care se va ocupa de evacuarea schimbătorului de căldură sudat și alimentarea procesului cu urmatorul nesudat.

Doresc îmbunătațirea acestui dispozitiv prin automatizarea și sporirea flexibilității lui.

2.1.8 Prezentarea noilor produse ce urmează a fi prelucrate

În cele ce urmează voi enumera cele 10 tipuri de produse ce urmează a fi prelucrate pe dispozitivul cu acțiune electro-pneumatică, atasând la fiecare în parte cate un desen de execuție pentru a ne face o idee cât mai clară asupra produsului și a-i întelege complexitatea si gradul de dificultate pe care îl ridică în vederea poziționării pentru a putea fi sudat pe întreg conturul.

RA 25709-1.0

RAC 37072-0

RAC 40018-0

RAS 37888-0

RU 17442

RU 20961-0

RU 20962-0

RU 37886-0

RU 39830-0

RU 26709-2.0

3.1 Procese mecanizate și robotizate de sudare

"Scopul mecanizării este de a introduce în procesele de producție mașini, mecanisme, aparate etc. pentru executarea unor operații, activități, facând mai eficientă munca fizică ori intelectuală a omului, acesta având un rol de conducere și de întreținere, iar scopul robotizării este de a dota procesele de producție cu sisteme mecanice sau cu roboți pentru a înlocui omul în operații repetabile sau vatămatoăre” .

3.1.1Procese in care sunt implicați roboții industriali

Manipularea robotizată se realizează de obicei cu roboți industriali articulați implementați în activități de tip “pick and place”, principalul motiv al robotizării acestei aplicații este reducerea deteriorării pieselor prin înlocuirea operatorilor umani cu roboți. În funcție de caracteristicile pieselor de manipulat efectoarele finale pot fi acționate electric, pneumatic, hidraulic, electro-magnetic. Manipularea în procesele industriale robotizate se pretează în diferite domenii precum paletizare-depaletizare, ambalare, sortare,alimentarea și descărcarea mașinilor unelte, transferul materialelor,etc.

"Asamblarea robotizată se pretează dacă există o varietate mai mare a pieselor de asamblat, piesele componente sunt greu de alimentat,depozitat și orientat, ciclu de viață scurt al produsului, timp limitat pentru dezvoltarea proiectului de automatizare și implementarea lui în producție" 7. Asamblare în procesele industriale robotizate se pretează în diferite domenii precum aerospațial, nautic, automobile, nautic, medical, etc.

Paletizarea robotizată folosește in mod uzual un efector final cu ventuze , însă există și cazui particulare în care se folosesc dispozitive de prehensiune speciale. Roboții sunt montați pe sol, iar dacă este nevoie ei pot fi urcați pe un piedestal, desigur doar dacă spațiul de lucru necesar este mare.

"Sudarea este operația tehnologică prin care se realizeză o îmbinare nedemontabilă a două sau mai multe piese metalice, utilizând încălzirea locală, presiunea sau ambele, cu sau fără folosirea unui metal de adaos, similar cu metalul pieselor de îmbinat" 7. Asamblarea prin sudare are o multiudine de avantaje printre care se numără : faptul că se poate aplica unei game largi de metale, realizează economii de metal( 15-20 %) în raport cu nituirea sau turnarea, înlătură zgomotul întâlnit la procesul de nituire, construcțiile sudate sunt mai ușoare decât cele turnate etc.

Adaptabilitate și senzori pentru roboții de sudură

Adaptabilitaea este este una dintre însușirile esențiale cu care ar trebui dotați roboții industriali, permițând folosirea aceluiași robot pentru o gamă variată de produse indiferent de forma lor.”Adaptabilitatea poate fi definită ca fiind flexibilitatea unor roboți de a manevra si utiliza cu ușurință diferitele dispozitive cu care sunt echipați în vederea executării unor sarcini”8. Sistemele robotice trebuie să fie adaptive având capacitatea de a-și modifica legile de mișcare în concordanță cu modificările mediului, acest lucru se va realiza cu ajutorul unor senzori care vor furniza informații privind starea sau modificările mediului tehnologic. Pe baza informațiilor procurate de la senzori se vor putea lua decizii privind optimizarea procesului de sudare, un exemplu ar putea fi chiar identificarea precisă a poziției rostului (linia efectivă a rostului) și poziția relativă a capului de sudat.

Adaptabilitaea roboților industriali se realizează prdominant prin intermediul senzorilor. Cei tactili sunt incluși în capul de sudare (duza de gaz) și servesc pentru determinarea începutului rostului, iar cei optici servesc pentru deplasarea (translatarea, rotirea) arcului electric de-a lungul rostului. “Sistemele tactile oferă robotului posibilitatea de a palpa obiectele. În principiu, acești senzori convertesc deformarea produsă asupra suprafeței sau punctului de contact într-un semnal electric.

Senzori de contact cu cu duza de gaz: în momentul atingerii piesei, sursa de tensiune a senzorului este scurtcirtcuitată, iar pe intrarea robotului avem un semnal “1”.

Senzorii optici tind sa devină cei mai răspândiți în cazul sistemelor robotizate, in special datorită faptului că nu necesită contactul cu piesele care se sudează și datorită informației extrem de bogată pe care o furnizează. Există mai multe principii pe care se bazează, însă cel folosit în firmă este principiul viziunii, acelasi pe care îl voi aplica și eu în vederea obținerii celor mai bune rezultate.

Principiul viziunii : asemănător cu modul in care o camera TV sau ochiul uman percep pe cale optică suprafețele și contururile obiectelor. În baza acestui principiu va funcționa și camera laser care va fi montată pe robotul ABB IRB 1600. Aceasta se folosește pentru identificarea rostului (șanfernului) de sudură (Fig.3.1). Pentru a putea executa o citire corectă a șanfrenului vom defini un punct denumit tracking point (Fig.3.2) a cărei poziție va fi stabilită în urma calculării celoarlalte coordoanteale rostului, astfel în momentul stabilizării punctului acesta va fi memorat și robotul își va cunoaște traiectoria pe care va trebui sa se deplaseze. După cum putem observa în Fig.3.2 sunt predefinite în librărie mai multe tipuri de template-uri în funcție de rostul de sudare, acestea pot fi modificate în conformitate cu cerințele particulare ale fiecarui produs în parte

Fig.3.1 Cameră laser

Fig.3.2 Tracking point

3.1.3. Motivațiile mecanizării și automatizării

Automatizarea poate fi perceputa ca fiind următorul pas după mecanizare. Mecanizarea este indispensabilă de prezența operatorilor umani care preiau sarcini mai ușoare pentru a evita exploatarea sau expunerea acestora la pericole, ei vor exercita sarcini precum supraveghiere, transport a produselor finite, întreținere, etc. În schimb automatizarea a micșorat considerabil prezenta acestora în procesele industriale.

Automatizările industriale inglobează mașini și instalații care să lucreze automat, independente sau parțial independente de intervenția unui operator uman având ca finalitate eficientizarea și optimizarea proceselor de producție

Automatizarea se face în scopul:

Creșterii productivității

Reducerii costului cu forța de muncă

Evitării supuneii operatorilor umani la munci grele sau în medii stresante de lucru

Evitării supuneii operatorilor umani unor activități cu un grad ridicat de periculozitate

Reducerii timpului mediu de fabricație

Realizării a ceea ce nu se poate face manual

Există 10 reguli de aur în automatizare:

“Specializarea operațiilor: utilizarea de echipamente/dispozitive specializate care sa fie

Combinarea operatiilor: procesul de producție poate fi văzut ca o succesiune de operații. Piesele complexe necesita sute sau chiar mii de operații. – combinarea operațiilor implică reducerea numărului de mașini/echipamente/statii de lucru pe la care trebuie sa treaca piesa…practic ar trebui ca pe un echipament să se realizeze mai multe operații (cu efecte directe asupra timpului de setare a mașinilor etc.)

Efectuarea de operatii simultan: o extindere logica a strategiei de combinare a operatiilor este realizarea operatiilor simultan.

Integrarea operațiunilor: o alta strategie este de a conecta mai multe statii de lucru intrun singur sistem, folosind dispozitive automate de transfer a semifabricatelor/ pieselor intre diversele statii de lucru.

Creșterea flexibilitatii: prin aceasta abordare se doreste atingerea unui nivel maxim al utilizarii echipamantelor la un volum mediu al productivitatii…folosind acelasi echipament pentru o varietate de piese sau produse.

Îmbunătățirea manipularii materialelor și a depozitarii acestora: reducerea timpilor neproductivi prin utilizarea echipamentelor automate de transport si depozitare.

Inspecția on-line: introducerea sistemelor de monitorizare on-line pentru identificarea defectelor/erorilor in momentul când ele se produc pentru a putea fi eliminate.

Controlul si optimizarea procesului tehnologic: include o mare varietate de scheme de control care au ca scop eficientizarea diverselor procese individuale si a utilizarii echipamentelor integrate.

Controlul operațiilor la nivel de organizație: diferența fata de regula anterioara este ca aceasta abordează controlul si optimizarea operațiilor la nivel global (instituție/ firma).

Industry 4.0 sau Internet of Things (IoT): "internetul tuturor lucrurilor", este un concept prin care echipamentele vor putea sa comunice si sa relationeze intre ele prin intermediul internetului” 9

3.1.4. Componența sistemului robotizat pentru sudare( MIG )

Echipamentul care intră în componența sistemului robotizat pentru procedeul de sudare MIG este:

Sursa de sudare

Torța de sudură

Sistemul de avans al sârmei

Sistemul de răcire cu apă

Rezervorul cu gaz + reductor de presiune

Definirea efectorului final

Clește de masă cu cablu

Sistemul de prindere și poziționare a piesei

Sistemul senzoric

Robot industrial

Sursa de sudare (Fronius): este un echipament pentru sudare care controlează și furnizează energia electrică necesară alimentării arcului.

Fig. 3.3 TransPlus Synergic 400i

“Aceasta are rolul de:

a furniza curentul necesar amorsării și mentinerii arcului electric ce se formează între materialul de adaos și piesa de sudat

a alimenta baia de sudura cu material de adaos

La sursa de putere MIG există două mărimi reglabile:

intensitatea arcului electric (se reglează prin modificarea tensiunii de sudură)

viteza de avans a sârmei de sudură

Sursa de curent continuu este cea mai utilizată sursă de curent pentru sudura de tip MIG deoarece asigură o valoare constantă a curentului de sudură fapt ce conferă o bună stabilitate a arcului electric” 10.

Torța de sudură: scopul acesteia este de a permite traversarea materialului de adaos în zona băii de sudură, a gazului protector și a curentului de sudură.

Fig.3.4 Componentele torței de sudură Fig. 3.5 Torța de sudură

În Fig.1.7 sunt ilustrate elementele componente ale torței de sudură si anume:

Mâner torța (cap de sudare)

Dielectric (alb) si bucșă inserată (galben) : dielectricul este un material izolant, care nu permite apariția curentului electric, în preajma unui câmp electric.

Duză gaz protecție

Duză contact : prin intermediul cablului electric aceasta este conectată la sursa de sudare transmițând în acest mod curentul la sârma electrod în timp ce o conduce spre locul îmbinării.

Duză exterioară: prin intermediul ei are loc distribuirea gazului de protecție în locul îmbinării pentru a proteja baia de metal.

Sistemul de avans al sârmei: acest sistem cu acționare cu 4 role (Fig.3.6) asigură transportul precis și fără frecare al materialului de adaos de la rolele de avans până la piesa de sudat. Sistemului de avans este alcătuit dintr-un mecanism format din motorul electric de curent continuu ce actionează un reductor cu roți dințate (Fig.3.7).

Fig. 3.6 Role sistem de avans Fig. 3.7 Sistem de avans al sârmei

Sistemul de răcire cu apă: lichidul din sistemul de răcire asigură răcirea oprtimă a pistoletului de sudare (duză de gaz), edvitând astfel supraîncălzirea. Este alcătuit dintr-o pompă de circulație a apei și un radiator ventilat. În Fig.3.8 putem observa faptul că sistemul de răcire este integrat în sursa de sudare, am notat cu (1) locul în care putem identifica existența acestuia și cu (2) lăcașul prin care va fi intodus lichidul de răcire.

Fig. 3.8 Sistem de răcire cu apă

Rezervorul cu gaz + reductor de presiune: acesta din urmă reglează și stabilizează presiunea de lucru dorită în timpul procesului de sudare. Reductorul este construit pentru un tip anume de gaz, iar în funcție de felul acestuia și de aplicțiile în care se utilizeză el va adopta diverse forme și va fi dotat cu anumite caracteristici care vor trebui să satsfacă cerințele impuse. În mod uzual reductorul are un manometru pentru a indica presiunea din rezervor și un manometru pentru a indica presiunea reglată la ieșire.

Circuitul de alimentare cu gaz este format din:

Rezervor cu gaz inert

Manometru: acesta indică presiunea gazului inert din rezervor

Reductor de gaz

Un electroventil care deschide sau inchide circuitul

Fig. 3.9 Rezervor de gaz Fig. 3.10 Reductor de presiune

Definirea efectorului final: definirea sistemului de coordonate a vârfului sculei se realizează prin memorarea unei singure poziții a vârfului sculei în mai multe orientări (Fig.3.11).

Material de adaos: Sârma electrod este aleasa în funcție de compoziția materialului de bază, proprietățile îmbinării sudate fiind identice cu cele ale materialului de bază (Fig.3.12).

Fig 3.11 Dispozitiv de definire TCP Fig.3.12 Rolă material de adaos

Clește de masă cu cablu: are rolul de a realiza legătura electrică dintre sursa de sudură și materialul de sudat. În Fig.3.13 se poate observa cleștele de masă folosit pentru sudura MIG, iar în Fig.3.14 se poate observa cablul care face legatura dintre sursa de sudură și cleștele de masă.

Fig.3.13 Clemă de masă Fig.3.14 Cablul clemei de masă

4.1. Robotul de sudură existent ABB IRB 1600

ABB IRB 1600 este un robot cu performnță ridicată are asigură atât viteză cât și acuratețe. La viteze ridicate de lucru robotul îsi va păstra traiectoria datorită îmbinării unice de calcul și rezistență. Este un robot industrial cu 6 axe fiind special conceput pentru industriile total sau parțial automatizate. Este ideală folosirea lui în aplicații precum asamblare, sudură, manipulare,ambalare, etc.

4.1.1 Structura robotului de sudură

Fig.4.1 Robot ABB IRB 1600

Fig.4.2 Controler Software IRC5

Fig.4.3 Teach pendant ABB IRB 1600

Fig.4.4 Spațiul de lucru al robotului ABB IRB 1600-10/1.45

4.1.2 Specificații tehnice

Fig.4.5 Dimensiuni ABB IRB 1600-10/1.45