Bácsi Zoltán műszaki és kereskedelmi vezető CROWN International Kft. – Cloos kizárólagos magyarországi képviselet
AZ INNOVATÍV, NAGY TELJESÍTMÉNYŰ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK SZEREPE AZ AUTOMATIZÁLÁSBAN INNOVATED AUTOMATED WELDING PROCESSES WITH HIGH EFFICIENCY AND PRODUCTIVITY A 90 éves jubileumát ünneplő Carl Cloos Schweisstechnik GmbH a modern hegesztéstechnika úttörői közé tartozik, megalapítása óta több évtizedes tapasztalatokra támaszkodva irányadó szerepet tölt be a hegesztési technológiák fejlesztésében. Több mint 30 éve fejleszt és alkalmaz robottechnikát, széles körű hegesztéstechnológiai támogatással, így méltán a Cloos cég a kéthuzalos tandem és a lézerhybrid hegesztési eljárások piacvezetője. A mellékelt előadás anyaga rövid áttekintést nyújt az automatizált vágás és hegesztés területéről. Az ipari alkalmazások széles körét magába foglaló berendezéscsoport a hordozható robotcelláktól, a kompakt felépítésű robotállomásokon keresztül, egészen az egyedi tervezésű célgépekig terjed, melyek teherbírása igény szerint eléri akár a 20 tonnát is.
This year is the 90th anniversary for Messrs. Carl Cloos Schweisstechnik belonging to the pioneers of modern welding technology and leaning on his own experiences of more decades are still today one of the international market leaders in developing welding technologies such as the Tandem, Laser-Hybrid and Narrow Gap Welding. United the arc welding and robot technology under one roof can offer their customers economic and technically high-quality, more efficient solutions hereby considerable advantages from a single source. The most important aims of the company are continual innovation of customer and process oriented products, extensive expertise in all common welding processes, professional advice, excellent service worldwide and highest quality from production and management to marketing. On the occasion of the International Fair Welding and Cutting in Essen they introduced the new product brands: QINEO – the new generation of welding power sources for manual and automated applications and QIROX the efficient robot system solution for increased productivity.
A kulcsrakész rendszerek fogalma szorosan kötődik a Cloos robotállomásaihoz, hisz az általunk gyártott berendezések valóban teljes megoldást jelentenek megrendelőink számára. Az automatizált rendszer tartalmazza a munkadarab-forgató berendezést és munkadarab-megfogó készüléket, amely automatizált (villamos, hidraulikus vagy pneumatikus) és kézi működésű is lehet. A teljes munkatér-, ívfényvédelemmel és elszívástechnikával felépült robotállomások alacsony karbantartási igényűek, programozásuk és kezelésük egyszerű. Napjainkban a Cloos cég nagy hangsúlyt fektet a hatékony és gazdaságos eljárástechnológiák állandó fejlesztésére, így a széleskörűen alkalmazott, nagy teljesítményű, egyhuzalos hegesztőeljárás mellett, a TANDEM kéthuzalos, keskeny rés és a lézer-hybrid eljárások irányába folytat kutatásokat. Az esseni szakkiállításon bemutatott Qirox® és Qineo® új termékmárkák helyezik le a hegesztéstechnika új mérföldköveit. A Qineo® név az áramforrások egy teljes generációját hozta magával a nagy teljesítményű hagyományos és inverter üzemű berendezésekig. A Qirox® névvel pedig az automatizált vágás és hegesztés rendszere mutatkozott be. A Cloos cég tapasztalatai alapján, az alkalmazott technológiák döntően befolyásolják az automatizált gyártás
gazdaságosságát, ezáltal megalapozzák a megvalósult projektek sikerét. A hatékonyság növelése érdekében tett jelentős lépések meghozzák gyümölcsüket, az alkalmazott, kéthuzalos Tandem hegesztőeljárásban piacvezető és lézer-hybrid eljárás ipari alkalmazásokba történő bevezetésében is úttörő szerepet vállal a Cloos cég.
28
1. TÖRTÉNELMI ÁTTEKINTÉS Az 1919-es cégalapítás óta eltelt időszak mérföldköveit tekintjük át, a fogyóelektródás, védőgázos áramforrás 1956os kifejlesztése után indult meg a robbanásszerű fejlődés az áramforrások területén. Az elektronika és az alkatrészgyártás fejlődése következtében egyre nagyobb teljesítményű áramforrások születtek a Cloos gyárában mind nagyobb tudással. Az alkalmazott hegesztési technológiák a széles körben elterjedt MIG-MAG, AWI gépek mellett plazma, MIG forrasztás és por-plazma technológiájú berendezések színesítik a képet. Az automatizálás gyökerei a hatvanas évekig nyúlnak vissza, az első fogyóelektródás hegesztőberendezéseket vonalhegesztő gépekbe építették. Az igazi áttörést a nyolcvanas évek elején megjelenő robotok hozták, ezek már hat szabadságfokkal bíró berendezések voltak. A számító-
Acélszerkezetek 2009/4. szám
gép által vezérelt tengelyek mozgatása által az összetett alkatrészek hegesztése is lehetővé vált, az áramforrások vezérlése pedig a teljesítmény változtatásának szabadságát jelentette, így egyetlen varratszakasz hegesztése alatt, igény szerint, akár többször is módosíthattuk a hegesztési paramétereket. A számítástechnika bővülő lehetőségeire támaszkodva a kilencvenes évek elejétől megjelentek a szimultán – több robotot mozgató – vezérlések, melyek összehangolt mozgásuk által akár alkatrészmegfogó robot és két hegesztőrobot együttes vezérlése vált megvalósíthatóvá. Nem sokkal az ezredforduló után megjelenő robotcsalád meghajtását már váltakozó áramú szervohajtások látták el, melyek tovább növelték robot mozgásának dinamikáját, ezáltal egyre rövidebb mellékidőt töltöttek a robotok a hegesztési szakaszok között. Az idei évben bemutatott Qirox® robotok megnövelt hatósugárral, még dinamikusabban mozognak a korábban nehezen megközelíthető szűk munkaterekben is (1. ábra).
2. NAGY TELJESÍTMÉNYŰ HEGESZTŐELJÁRÁSOK A hagyományos MAG hegesztőeljárás alkalmazása jellemezte a nyolcvanas évek robotrendszereinek hegesztéstechnikai oldalát. A kilencvenes években kezdődött a nagy leolvasztási teljesítményre képes hegesztő-áramforrások alkalmazása, e berendezések huzaltolói már elérték a 20– 24 m/perc huzal-előtolási sebességet, segítségükkel kiváló beolvadású varratok voltak már hegeszthetők, megfelelően magas eljárássebesség mellett is. Az eredményről a kétoldali sarokvarrat makro csiszolata tanúskodik (2. ábra). A célgépekben már a hetvenes évek óta széles körben alkalmazták a kéthuzalos hegesztőeljárást. Ezen áramforrások hegesztőhuzaljai azonos potenciálon voltak. A kéthuzalos hegesztőtechnológia leolvasztási teljesítmény határait a hegesztőívek egyidejű működési állapotai kedvezőtlenül befolyásolták. Az igazi áttörést a processzor vezérlésű áramforrások kifejlesztése jelentette. Az impulzus üzemű áramforrások
szinkronvezérlése révén a leolvasztási teljesítmény további növelése vált lehetővé, mivel a két ív gyújtását az időben egymástól elkülönítve valósítja meg ez a technika. Az egymástól mintegy 7 milliméterre elhelyezkedő hegesztőhuzalok egy talpponton égő ívet alkotnak. Ez a munkapont a két huzaltól felváltva kap energiát hol az egyik, hol a másik huzal irányából. Az 1996 óta alkalmazott eljárást TANDEM® hegesztésnek nevezték el, a termelésben használt berendezések száma már ezer fölött van. A két áramforrás egyenként 400 vagy 600 amper leadására képesek, a huzaltolók pedig 30 m/perc sebességgel tolják a hegesztőhuzalt (3. ábra). A DVS 0909 adatlapja jól jellemzi a fejezetben eddig taglalt három különböző hegesztőeljárást (4. ábra). A Cloos alkalmazásokban szerzett tapasztalati értékei is hasonló adatokról számolnak be. A hagyományos kézi hegesztés leolvasztási teljesítmény értékeit jelentősen meghaladják a nagy teljesítményű áramforrással végzett hegesztések paraméterei. A TANDEM® eljárás pedig a nagy teljesítményű, egyhuzalos hegesztés leolvasztási paramétereinek több mint kétszeresét mutatják (5. ábra). A következőkben három különböző típusú hegesztési varrat a nagy teljesítményű, egyhuzalos hegesztőeljárással elérhető, legmagasabb beállítási paramétereket hasonlítjuk össze a TANDEM® kéthuzalos alkalmazáséval. A hegesztési sebesség és leolvasztási teljesítmény értékek is önmagukért beszélnek. Mindenképp érdemes továbbá figyelembe venni, hogy a kéthuzalos technológiával hegesztett szerkezetek varrat-hőhatásövezete is kedvezőbb, mint az egyhuzalos technológiával gyártott estekben (6–7–8. ábrák). A TANDEM® alkalmazások területe igazán széles körű, a legtöbb berendezés a földmunka- és emelőgépgyártás területén található, ezen kívül számos robotrendszer dolgozik a vasúti–közúti szállítóberendezések, hőtechnikai, nyomástartó edények, autóipar területén a legkülönbözőbb alapanyagok hegesztésén, Ø 1,0–1,6 mm-es huzalátmérővel tömör és porbeles hozaganyagok felhasználásával. A magas huzalsebesség megfelelően nagy dinamikával kell, hogy párosuljon, erről közvetlenül a hegesztőpisztoly előtt található kiegészítő huzaltoló egység gondoskodik. Két gyakorlati példán keresztül mutatjuk be a technológiai fejlesztéssel elért termelékenységnövekedést. Az autódaru tartószerkezet gyártásában jelentős gyártási időmegtakarítást értek el a korábbi, egyhuzalos alkalmazáshoz képest, amikor meghonosították a kéthuzalos TANDEM® eljárást, több mint két és félszeresére növelve a hegesztési sebességet és megduplázva a leolvasztási teljesítményt (9–10. ábra). Az autóiparból származó másik példa tanulsága szerint a katalizátorgyártásban is gazdaságosan használható a kéthuzalos technológia, valamint jelentősen egyszerűsítette az érzékeny, vékony lemezek csatlakozási felületének hegesztését is azáltal, hogy az egyhuzalos hegesztőeljáráshoz képest a TANDEM® résáthidalási képessége a jelentősen kedvezőbbnek bizonyult, így feleslegessé tette a költséges varratfelismerő és varratkövető rendszer alkalmazását (11. ábra).
3. ÚJDONSÁGOK AZ AUTOMATIZÁLÁS TERÜLETÉRŐL Az ipari felhasználók időről időre egyre újabb típusú kihívásokat állítanak az automatizált megoldásokat fejlesztő cégek részére. Az alkalmazott eljárások mellett fontos szerepet töltenek be ezen a területen a munkadarab-megfogó
Acélszerkezetek 2009/4. szám
29
és forgatóberendezések, valamint a robotok és az ezek mozgatásáért felelős utazópályák. Ezen a területen is jelentős újdonságunkról tudunk beszámolni az idei évben, hisz egy gyökeresen megváltozott kép fogad itt bennünket.
Új alaprobot Az elmúlt tíz év során a Cloos robotrendszereit a saját fejlesztésű és gyártású Romat® alaprobotcsalád szolgálta ki. Három különböző karhosszúságban állt rendelkezésre, 10 és 15 kg-os teherbírással.
7 tengelyes alaprobot
Csőtengelyes robotmechanika
Az idén bemutatott QIROX® alaprobotcsalád jelentősen több lehetőséget kínál, hisz a megújult alaptestre építhető karok az eddigi, klasszikusnak számító kartípusok mellett, csőtengelyes karral szerelhetők, két különböző karhosszúságban. További lehetőséget jelent a 7 tengelyes alaprobot, amellyel kiegészülve tízre emelkedik az új alaprobot-változatok száma. Így mindig a feladatnak megfelelő karrendszerrel szerelhető QIROX® alaprobot integrálása révén optimális megoldást kínálunk vevőinknek. A csőtengely kialakítása a hármas és hatos tengelyeken is átvezet, ezáltal egy forradalmian új megoldást kínál a huzaltoló egység elhelyezésére. A karrendszerben kialakított üreges tér megfelelő teret szolgáltat a huzaltoló egység elhelyezésére, és a csőtengelyen át zavartalan kivezetés nyílik a tömlőköteg számára, ezáltal a lehető legközelebb tudtuk elhelyezni a hegesztőpisztolyhoz a huzaltoló egységet. A karrendszer második újítása a tömlőköteg következő csatlakozási pontjánál, a hatos tengely átvezetésénél található. A hatos tengelyen kialakított, Ø 65 mm-es átvezetésen keresztül történik a hegesztéshez szükséges áram, védőgáz, hűtővíz, pisztoly felügyeleti és keresőfeszültség jelek valamint a pisztolytisztításhoz szükséges nagynyomású tisztítólevegő eljuttatása. Az átvezetésen keresztül mindezen feladatot maradéktalanul ellátja ez az elem, és a korábban használtnál jelentősen rövidített tömlőköteggel képes ellátni feladatát. A korábbi pisztolytengely 600º-os elfordulási tartományát is jelentősen megnövelve, kiküszöböli a tömlőköteg tengelyre történő felcsavarodásának esélyét.
30
A robotrendszerek megbízható működésének egyik fontos pillére a tömlőköteg és a szükséges technológiai anyagok vezetése, amelyek a QIROX® alaprobotok esetében a robottestbe integráltan kerültek elvezetésre, ezáltal megvédve őket a mechanikai sérülésektől és a hegesztés során keletkező UV ártalomtól. Az összes csatlakozó az alaprobot talpazatában kapott helyet, beleértve a robotmozgatáshoz szükséges elektromos – és a fent említett technológiai energiavezetőket (12. ábra). A továbbiakban is rendelkezésre állnak azok, a ma már klasszikusnak számító, huzaltoló-elhelyezési megoldások, így igény esetén a robot karrendszerére is kerülhet akár két tolóegység is, kiszolgálva egy TANDEM® alkalmazást, vagy az alaprobot közelében is elhelyezhetők huzaltolók, számukat tekintve akár kettő vagy három is, például a pisztolycserélő rendszerek esetében. A hegesztés mellett más technológiák automatizálására is alkalmas ez az alaprobot, így vágástechnikai és manipulációs feladatokat végezhetnek vele. A karrendszerben kialakított energiasziget szelepek és érzékelők befogadására is kiválóan alkalmas, a védett kábelezés és nyitható takarólemeze miatt pedig igazán rászolgált a szervizbarát jelzőre. Összehasonlítva elődjével a QIROX® alaprobotot a letisztult design jellemzi, könnyebb és merevebb lett elődjénél, mozgása pedig még dinamikusabb. A lekerekített formák révén segít megóvni a külső kábelezést. A robot mozgatását végző motorok és azok csatlakozói a korábbiaknál is védettebb helyet kaptak. Jelentősen csökkent az alaprobot felső karjának szélessége, ezáltal jobb hozzáférhetőséget biztosít a szűk munkaterekben is. Az európai robotgyártók közt elsőként terveztek és építettek hét szabadsági fokkal bíró robotot. A mintegy 1100 mm-rel növelt munkatér sok esetben kiválthatja a robot utazópályák alkalmazását, ezzel jelentősen kedvezőbb költségszint elérését teszi lehetővé. Álló és függesztett szerelésre is alkalmas ez a mechanika, ezzel is hozzájárulva univerzális alkalmazhatóságához.
A 7 tengelyes alaprobot
Acélszerkezetek 2009/4. szám
Alkalmazási példák Az acélszerkezet-gyártókra is nagy figyelmet szentel a Cloos, nehezen megoldható feladatnak számított hosszú ideig a tartószerkezetek megfogása fűzött állapotban. A most bemutatott forgatóberendezés tág határok között állítható, teljes mérettartományában kiemelkedően jó hozzáférést biztosít a hegesztési feladatok elvégzéséhez (13–14– 15. ábra). Ezt a területet hivatott kiszolgálni a CLOOS Macro Points® Offline programcsomag is, melynek segítségével a termék típuscsaládok programozhatósága végtelenül leegyszerűsödik. A tipikusan acélszerkezeti vágási és hegesztési feladatokra kidolgozott szoftvercsomag nélkülözhetetlen eszköze a folyamatosan változó méretekkel, de azonos típusú alkatrészt gyártó vállalatoknak. A kompakt robotrendszerbe épített, álló helyzetű, héttengelyes alaprobot – a több mint 6 m-es munkatartományával – ideális eszközévé válik a 3–4 méter hosszúságú széles alkatrészek hegesztésének. A növelt teherbírású, kétállomásos forgató könnyedén mozgatja egytonnás munkadarabjait és a felére csökkentett állomásváltási idő garancia a gyors állomásváltásra.
Felsőpályás utazópálya, kétoldali munkatérrel
4. CLOOS ROBOTÁLLOMÁS PLAZMAVÁGÁSRA A vágási feladatok ellátására is ideális megoldást jelentenek a Cloos berendezései. Nyomástartó edények gyártásához készült robotállomás sík és 3D kontúrok vágását és élelőkészítését végzi a 2–50 mm lemezvastagság-tartományban. A finomsugaras plazmatechnológiát alkalmazó berendezés működését egy Off-line programozói rendszer teszi teljessé, ezáltal hatékony és precíziós vágásra alkalmas. Gazdaságosságát jól jellemzi, hogy 70%-os gyártásiidőcsökkenést és 20%-os költségmegtakarítást eredményezett alkalmazása, és a vágási pontok jelölése már a továbbiakban szükségtelenné válik. A mozgatható asztalainak köszönhetően gyors átállási idő biztosítható. A plazmavágásnál nélkülözhetetlen, hatásos elszívórendszer a vágóasztalokba beépítve található. A robotrendszer rugalmasságára jellemző, hogy 4120 x 8500 mm-es sík és a felette elhelyezkedő, 1500 mm-es tartományon belül elhelyezésre kerülő síklemezek, tartály-
Kompakt hegesztőállomás a 7 tengelyes robottal
A felsőpályás kompakt robotrendszerek területén egy remekbe szabott újdonsággal rukkolt elő Cloos tervezőcsapata, az ötlet megvalósításához a héttengelyes alaprobot óriási munkatartománya szolgált alapul. A felsőpályás robot utazóelemek ezidáig jellemzően egyoldali alkalmazást tettek lehetővé. Ezzel a hagyománnyal szakított ez a konstrukció, amikor az utazókocsit a pálya aláhelyezte el, melynek igazán csekély tömege révén 200 m/perc utazósebességet tesz lehetővé a 9 méteres utazópályán mozgatott robot számára.
Az off-line rendszer hatékony támogatást nyújt a programozásban
Acélszerkezetek 2009/4. szám
31
fejek, csőelemek vágása és élezése szinte kimeríthetetlen lehetőséget kínál. A vágási ciklus alatt is zavartalanul működő off-line programozói rendszer az alábbi feladatokat látja el: • komplex kontúrok programozása, • cső- és tartálykontúrok áthatásai, • programfutás-szimuláció, • ütközésteszt, • pályatervezés, • ütemidő-kalkuláció, • vágásiszög-kompenzáció.
szalaghegesztő eljárásokat lényegesen, a nagy teljesítményű ívhegesztő egyhuzalos és a TANDEM technológiájú eljárások képesek felülmúlni. A diagrammon feltűnően kiugró értéket mutat a lézerhybrid eljárás területe a hegesztési sebesség oldaláról, ugyanakkor a leolvasztási teljesítmény szempontjából szemlélve teljesen átlagos értékeket mutat ez a technológia (16. ábra) A progresszív hegesztéstechnikai eljárások közül az egyik legfiatalabb a lézer – fogyóelektródás, védőgázos ívhegesztő – hybrid eljárás, melyet a továbbiakban röviden lézerhybrid eljárásként említünk. Amennyiben egy munkapontban, egyidejűleg alkalmazunk két különböző eljárást, úgy azt nevezzük Hybrid eljárásnak. A lézerforrás a berendezések döntő többségében szállézer (YAG lézer), a forrástól a lézerfejen található csatlakozási pontig flexibilis üvegszál szolgál az energiavezetésre. A lézeroptika fókuszálja a kívánt munkapontba a lézernyalábot. A fókuszpontban megközelítőleg Ø 0,5 mm átmérőjű a lézersugár, ez a nagy energiasűrűségű nyaláb nyitja meg az alapanyagot, és nagy mélységben olvasztja meg azt. A sugárnyaláb közvetlen környezetében plazmaállapotú anyagkiáramlás történik, ebbe a munkapontba vezetjük a védőgázos, fogyóelektródás ívhegesztő huzalját, ívét. A két forrásból származó energia egymáshoz viszonyítva egyenlő nagyságrendű, mindig a konkrét feladat határozza meg, hogy a lézer vagy az ívhegesztő-áramforrástól kap ezen az alapanyag nagyobb teljesítményt. A lézersugár-, a plazma- és az elektronsugár-technológiák energiasűrűségét is meghaladó forrás, értéke a 108–1014 W/cm² tartományban található. Tekintsük át röviden a hybrid eljárásban alkalmazott két technológia legfőbb jellemzőit. A fogyóelektródás, védőgázas ívhegesztő eljárás konvencionális energiaforrás remek ár-érték aránnyal, jó hézagáthidaló képességgel rendelkezik, kiválóan egyenlíti ki az alkatrészek egyenetlenségeit. A lézerhegesztés nagy sebességgel, nagy beolvadási mélységű, keskeny varratképet hoz létre, kis hőhatásövezettel, a magas energiasűrűségnek köszönhetően. A két technológia ötvözésével létrejött lézer-hybrid eljárás az összetevők kölcsönhatása által vált stabil és széleskörűen alkalmazható technológiává. Toleranciatűrése, résáthidaló képessége, nagy beolvadási mélysége, megnövekedett termikus hatásfoka, a vékony lemeztartományokban elért magas hegesztési sebessége révén sikeres technológiai párosnak számít.
Robotállomás plazmavágási feladatra
5. LÉZER-HYBRID ELJÁRÁS A Cloos cég 2001-ben kezdte meg az első kísérleteket és a vastaglemezes alkalmazások területén a lézer-hybrid technológia meghonosítását tűzte ki célul. Ma már nyolc megvalósult projektről van alkalmunk beszámolni, ebből hat kutató és fejlesztési célokat szolgál, ezek egyetemeken és fejlesztőközpontokban találhatóak, zömében Németországban, de Finnországban, Spanyolországban és az Egyesült Államokban is működik ilyen berendezés. Tegyünk egy rövid pillantást az ömlesztéses hegesztőeljárások összehasonlító táblázatára. Kijelenthető, hogy a hagyományos, egyhuzalos, fogyóelektródás ívhegesztő és a
32
Lézer-hybrid hegesztőfej a 7. tengellyel és fix felfogatással
Acélszerkezetek 2009/4. szám
Kimagaslóan gazdaságossá a nagyobb lemezvastagságtartományban a varrat-előkészítés nélkül illesztett egyrétegű varratok hegesztésével válik ez az eljárás, hisz egyrészt a teljes gyártási idő csökkenése jelentős megtakarítást eredményez, másrészt pedig kevesebb rétegű varrattal képes hegeszteni. A lézer-hybrid hegesztőfej kétféle kialakításban készül, melyek képeit láthatjuk a fenti képen, míg a részegységeket a mellékelt ábra feliratain tanulmányozhatjuk (17. ábra). Egyes alkatrészek hegesztéséhez az optimális eredmény elérése érdekében a lézer-hybrid fejet egészen alacsony szögben kell tartani, míg a fogyóelektródás fejegység pozicionálási szögét is változtatni kellett. Ezekben az eseteken volt szükség a lézeroptikára épített – 7. tengely mentén forgó – fogyóelektródás hegesztőpisztoly különböző dőlésszögű mozgatására.
Alkalmazási példák Az acélszerkezeteken és alumínium alkatrészeken végzett próbahegesztések alapján körvonalazódik a lézer-hybrid technológia széles körű alkalmazhatósága. A lézer energiaforrások teljesítményhatárai a technológiai fejlődés következtében évről évre tovább tágulnak, míg – nem elhanyagolható szempontként – a beszerzési ár tekintetében a csökkenési tendencia a jellemző. Néhány éve még a 10 kWos teljesítményhatár elérése volt az álomhatár, addig ma már 20 kW-os berendezést működik a GE fejlesztőbázisán, és az aktuális lézerteljesítmény felső határértéke jelenleg a 30 kW. A vastaglemezek tartományára jellemző, hogy a tökéletes áthegesztéshez milliméterenként egy kilowattnyi lézerenergiát igényel. Egy 10 mm-es lemez és egy persely behegesztése volt a feladat, melynek végeredményéről az alábbi képek tanúskodnak. Tíz kilowattnyi lézerteljesítmény és 10 m/min huzal-előtolási sebességgel értük el a 200 cm/perc-es hegesztési sebességet.
Lézer-hybrid technológiás hegesztési varrat koronaoldala
CÉL: A kapcsolódó felületek maximalizálása
Átlapolt kötés hegesztését végzi a lézer-hybrid hegesztőfej. Jól szemügyre vehető a mintegy 12º-os szögben pozicionált lézeroptika és a 45º-os szögben álló hegesztőpisztoly, ennek az alkalmazásnak is nélkülözhetetlen kelléke a lézer körül forgatható 7. tengely, melyen a fogyóelektródás egység helyezkedik el. A nagy huzaldinamika elérése céljából használjuk a Duo-Driwe® huzaltolót, amely közvetlenül a hegesztőpisztoly előtt található, feladata és működése megegyezik a kézi hegesztés technológiából jól ismert Push-Pull rendszerével.
Érzékelők és felügyeleti rendszerek A lézer-hybrid hegesztőfej pontos pozicionálása az alapja az alkalmazás sikerének. Ezt a feladatot egy lézerkamera látja el, mintegy 50 mm-el a lézer-hybrid munkapont előtt haladva követi a lemezcsatlakozás vonalát, és elemzi annak geometriai tulajdonságait, pl. a rés szélességét. A feladat által meghatározott igényeken túl további felügyeletek kiépítésére is lehetőség nyílik. Ezek, a hegesztéssel egy időben végzik feladatukat, hőmérsékletet és lézerteljesítményt mérnek, plazmát és visszatükröződést vizsgálnak, kontrollálják a fogyóelektródás ívhegesztés paramétereit. A megszilárdult hegesztési varrat geometriai jellemzőiről egy második lézerkamera küld információt a felhasználó számára.
Lézer-hybrid technológiás hegesztési varrat gyökoldala
Az eddig elvégzett hegesztési próbák szénacél-, rozsdamentes és alumínium alapanyagokon történtek, jellemzően egyszerű varratformák hegesztésén, melyeket a jó hozzáférhetőség jellemzett. A lemezvastagság tekintetében a 2–16 mm tartományba eső, pontos előgyártmányú, nagy sorozatszámban gyártott alkatrészek kerültek a lézer-hybrid technológiai próbák célpontjába. A biztonságtechnikai előírások két különböző védőfelszerelés-szintet írnak elő. A laborcélú felhasználás passzív védőburkolat kiépítését kívánja meg, míg az automata üzemben működő berendezések biztonságos működését aktív lézerkémlelő érzékelők felügyelik. Az állomás burkolatának kialakítására kétféle kialakítás vált elfogadottá. A kettős héjazattal épített védőkabin alumínium vagy acéllemezből készülhet. A falazott, zárt védőtér homokkő alapanyagból készíthető. Az elvégzett kísérletek pontos dokumentálása és a hegesztett varratok vizsgálata hozzátartozik az alkalmazástechnikai csapat mindennapos tevékenységéhez. A haigeri telephelyen működő lézer-hybrid biztonsági robotcellában hegesztik a vevők által rendelkezésre bocsátott alkatrészeket. Az elmúlt néhány év legérdekesebb technikai eredményeiről számolnak be a mellékletben látható makrocsiszolatok (18–23. ábra).
Megvalósult projekt – F.X. MEILLER MÜNCHEN A Cloos cég koncepciója szerint elvégzi az előtanulmányokat, a vevővel közösen dolgozza ki a technológiai csomagot az adott feladatra, majd támogatást nyújt az eljárásvizsgálat lefolytatásában, ezután elkészíti a berendezésre vonatkozó ajánlatot, majd megvalósítja a berendezést. A fenti eljárást követve helyeztük üzembe az F.X. Meiller müncheni gyárában a hidraulikus emelőcilinder-elemeket hegesztő, teljesen automatizált robotállomást.
Acélszerkezetek 2009/4. szám
33
F.X. Meiller projekt, München – a teljes berendezés
A berendezés a darupályás berakóállomáson fogadja az alkatrészeket, melyek a palettás rendszerű tárolóba kerülnek. Az alkatrészek áthaladnak a mosó- és szárítóállomáson, mielőtt a manipulációs robot behelyezné őket a forgatóberendezés megfogó egységébe. Itt a precíziós tájolás után kerül sor a három elem rögzítésére, a kidolgozott technológiát, a hegesztett végtermék egytized milliméteres egytengelyűség-mutatója érzékletesen jellemez. A rögzített alkatrészeken a 12 kW-os lézer-hybrid egység végzi el a hegesztést. Ezután a manipulációs robot kiemeli az elkészült alkatrészt, és elhelyezi a kirakóállomás palettájára.
Megvalósult projekt – ALSTOM Franciaország A Cloos az ALSTOM cég egy meglévő portálszerkezetű marógép állomásának felhasználásával, a meglévő megfogó készülékeinek további használatával építtette ezt a berendezést. Az utazó hídszerkezet felső oldalán kapott helyet a keresztirányban mozgó függesztett alaprobot, amely 30 kg teherbírásával biztosan tartja a 7. tengelyt magában foglaló lézer-hybrid hegesztőfejet. A 6 kW-os lézer energiaforrásból és egy 600 A-es terhelhetőségű QUINTO II. hegesztő-áramforrásból felépült technológiai egység pontos pályavezetéséről a DIGI-I Online lézerkamera gondoskodik, a vasúti szerelvény oldalfal elemek hegesztése közben. A francia megrendelőnk tapasztalatai alapján a kézi hegesztés MIG robotos automatizálása megháromszorozta a termelékenységet, míg a lézer-hybrid technológia az elért 150 cm/perces hegesztési sebességével kilencszer gyorsabb a hagyományos kézi hegesztéses gyártásnál.
34
F.X. Meiller projekt, München – a manipulációs és hegesztőállomás
ALSTOM Franciaország – vasúti kocsit hegeszt a Lézer Hybrid
Acélszerkezetek 2009/4. szám
ALSTOM Franciaország – portálszerkezeten utazik a lézer-hybrid technika
1. ábra
Acélszerkezetek 2009/4. szám
35
2. ábra
3. ábra
4. ábra
5. ábra
6. ábra
7. ábra
36
Acélszerkezetek 2009/4. szám
8. ábra
9. ábra
10. ábra
11. ábra
12. ábra
13. ábra
Acélszerkezetek 2009/4. szám
37
14. ábra
15. ábra
16. ábra
17. ábra
18. ábra
19. ábra
38
Acélszerkezetek 2009/4. szám
20. ábra
21. ábra
22. ábra
23. ábra
