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ABBILDUNG 6. Dargestellt ist eine Vorrichtung zum Auffinden und Schweißen von Feuerstellen.

Bei ihrer Einführung in den späten 70er und frühen 80er Jahren galt die Roboterschweißtechnologie als Allheilmittel für das Schweißen von wiederholbaren Produkten in großen Stückzahlen. Es dauerte nicht lange, bis alle „niedrig hängenden Früchte“ gepflückt waren und Roboter nur als effektiv für großvolumige Anwendungen galten.

In den letzten Jahren hat sich viel verändert.

Ich hatte das Privileg, nach der Installation ihres neuen Roboter-Schneid- und Schweißsystems mit Petrosmith zusammenzuarbeiten, um ihnen dabei zu helfen, die volle Produktion aufzunehmen, ihre Schneid- und Schweißprozesse zu optimieren und einige praktische praktische Schulungen anzubieten.

Petrosmith ist ein Hersteller von Oberflächenproduktionsanlagen für die Öl- und Gasindustrie. Von Natur aus handelt es sich bei diesem Geschäft um ein Umfeld mit geringem Volumen und hohem Mix. Um den Schweiß- und Schneidprozess in geschweißten Behälterteilen zu automatisieren, muss das Robotersystem über einige innovative Funktionen verfügen, um ein effizientes Schweißen von Losgrößen ab einem Stück zu ermöglichen.

Hier kommt Cloos Robotic Welding und Autocam ins Spiel, ein deutsches Softwareunternehmen, das Software bereitstellt, die eine CAD-basierte „automatisierte“ Programmierung ermöglicht. Cloos ist seit mehr als 30 Jahren ein Anbieter von Roboterschweißsystemen in den USA und auf maßgeschneiderte Robotersysteme spezialisiert, die alles bewältigen können von kleinen, großvolumigen Teilen bis hin zu sehr großen, kleinvolumigen Schweißkonstruktionen. Cloos ist ein Komplettanbieter von Roboterschweißsystemen, der den Roboter, Schweißstromquellen, Positionierer, Schweißbrenner und -kabel, Verbrauchsmaterialien und Software entwirft und baut.

Autocam bietet eine Software namens Moses an, die automatisch Roboterprogramme aus CAD-Zeichnungen zum Plasmaschneiden und -schweißen generieren kann.

Zusammen bilden sie ein beeindruckendes Team.

Petrosmith wollte seine Fertigungskapazitäten verbessern und bestimmte arbeitsintensive Schweißprozesse automatisieren, um Engpässe in seinem Behälterfertigungsbetrieb zu beheben.

Mike Duffy, Präsident von Petrosmith, Abilene, Texas, erklärte:

„Petrosmith wollte einen Mehrwert für unseren Schiffsbetrieb schaffen, und die Einführung der Roboterautomatisierung ist eine großartige Möglichkeit, uns von vielen unserer Mitbewerber abzuheben und Produktionsbeschränkungen in unserem Bereich der Kopffertigung anzugehen. Durch die Hinzufügung der Roboterzelle konnten wir schnell kleine Losgrößen für unseren kundenspezifischen Schiffsbetrieb schweißen und wiederholbare, qualitativ hochwertige Kopfschweißungen für den Einsatz in einigen anderen, eher standardisierten Schiffskonstruktionen herstellen. Ich habe zuvor großartige Erfahrungen mit Cloos gesammelt und weiß, was sie in Bezug auf eine schlüsselfertige integrierte Lösung für das Roboterschweißen einbringen. Sie wurden hier nicht enttäuscht, da dieses System unsere Erwartungen übertroffen hat und es uns ermöglicht hat, es auch für andere arbeitsintensive Schweißkonstruktionen als nur Köpfe einzusetzen.“

ABBILDUNG 1. Das neue Roboter-Schweiß-/Schneidsystem von Petrosmith.

Justin Hammond, Schiffsbetriebsleiter bei Petrosmith, verstand auch, dass die Mitarbeiter zwar manchmal besorgt über die Einführung der Roboterautomatisierung sind, es aber eigentlich keinen Grund zur Besorgnis gibt.

„Das ist immer die erste Frage, wenn Mitarbeiter von der Implementierung von Robotern/Automatisierung in ihrer Umgebung erfahren. Das Gleiche gilt auch für Petrosmith. Unser Ziel bestand nicht darin, die Mitarbeiterzahl zu reduzieren, sondern uns vielmehr auf die Umverteilung von Ressourcen auf andere Bereiche des Betriebs zu konzentrieren, wo ihre Fähigkeiten besser genutzt werden könnten“, sagte Hammond.

CLOOS lieferte ein Robotersystem, einschließlich eines 6-Achsen-Roboters; ein Schneidetisch zum Schneiden der Köpfe; ein 2-Achsen-Kipp- und Drehpositionierer zum Anschweißen von Bauteilen an die Köpfe; eine einzige, flexible Vorrichtung zum Positionieren und Halten verschiedener Köpfe während des Schweißens; und das Moses-Softwarepaket; alles integriert in einem einzigen, flexiblen System. Der Roboter verfügt über einen Werkzeugwechsler und kann je nach Bedarf automatisch zwischen drei Werkzeugen wechseln: einem Einzeldraht-Schweißbrenner, einem Tandem-Schweißbrenner und einem 400-Ampere-HD-Plasmabrenner von Hypertherm (siehe Abbildung 1).

Der Prozess beginnt mit Moses, das eine Bibliothek der physischen Komponenten enthält, die geschweißt werden, einschließlich der Behälterköpfe, Flansche, Mannlöcher und Kupplungen, alle im .dwg-CAD-Format.

Der Programmierer importiert zunächst ein CAD-Modell des Kopfes in Moses (siehe Abbildung 2). Anschließend lokalisiert und definiert er alle zu schneidenden Löcher anhand der Abmessungen der Teileabdrücke. Anschließend berechnet Moses alle Schneidpfade und stellt ein vollständiges Roboterprogramm bereit, das auf den Roboter heruntergeladen werden kann, um mit dem Schneiden zu beginnen.

Dasselbe gilt auch für das Schweißen. Die Teile, die mit dem Kopf verschweißt werden sollen, werden dem für den Zuschnitt entwickelten CAD-Modell hinzugefügt (siehe Abbildung 3). Anschließend berechnet Moses die Schweißpfade, einschließlich Multipass-Schweißnähten, sofern erforderlich, Berührungssensorik, Befehlen zur Durchlichtbogenverfolgung und allem, was sonst noch zur Erstellung des Roboterprogramms erforderlich ist. Es ist keine Nachbearbeitung erforderlich: Moses stellt ein komplettes Roboterprogramm bereit, das in den Roboter geladen werden kann.

Moses bietet die Möglichkeit, Vorlagen für verschiedene Arten von Schweißnähten zu entwickeln. Einige dickwandige Köpfe verfügen beispielsweise über Nutschweißnähte um die Flansche, sodass der Roboter zunächst die Nut ausfüllen muss, häufig eine mehrlagige Schweißnaht, bevor er die Kehlnaht oben auf der Nut schweißt, bei der es sich ebenfalls um eine mehrlagige Schweißnaht handelt. Vorlagen sparen viel Programmierzeit: Beispielsweise kann eine komplette dreilagige Fugenschweißnaht in einer Vorlage gespeichert und schnell einer bestimmten Schweißnaht zugeordnet werden.

Diese Vorlagen (siehe Abbildung 4) können die verschiedenen Brennerwinkel enthalten, die für jeden Durchgang benötigt werden, und können einzigartige Situationen berücksichtigen, wie z Kopf.

Um die unvermeidlichen Teiletoleranzen zu bewältigen, sucht der Roboter nach dem Anfang der Schweißnaht, damit er den Lichtbogen an der richtigen Stelle zünden kann, und nutzt dann die Echtzeitverfolgung, um die Schweißnaht über die gesamte Länge der Schweißnaht in der Verbindung zu halten. Beim Verfolgen des ersten Durchgangs speichert der Roboter die tatsächliche Position des Wurzeldurchgangs. Die nachfolgenden Lagen werden dann auf den gewünschten Abstand zur Wurzellage versetzt, was garantiert, dass die Schweißnaht immer perfekt platziert ist, auch wenn die tatsächliche Schweißposition im Raum variiert.

Im Schneidmodul ermöglicht Moses axiale Schnitte (Schnitte, bei denen der Flansch oder die Kupplung parallel zur Mittellinie des Gefäßes verläuft) oder radiale Schnitte (bei denen der Flansch senkrecht zur Oberfläche des Kopfes verläuft). Es ermöglicht auch abgeschrägte Schnitte für eine Nutschweißung, und der Fasenwinkel ist frei programmierbar. Dieser Anfasvorgang ist ein großer Vorteil sowohl für die Teilequalität als auch für die Zykluszeit. Stellen Sie sich vor, Sie planen, schneiden und schrägen manuell ein axiales Loch im geneigten Teil des Gefäßkopfes (siehe Abbildung 5). Dies erfordert nicht nur einen sehr erfahrenen Layouter, sondern ist auch recht zeitaufwändig. Mit dem Roboter dauert die eigentliche Suche und Ausführung des Schnitts etwa eine Minute.

ABBILDUNG 2. Ein Kopf mit Flanschen ist zum Schweißen programmiert.

Die Maschine markiert die Teile auch im Plasma-Markierungsmodus mit niedriger Stromstärke, um das richtige Takten des Kopfes zu erleichtern, wenn er manuell lokalisiert und am Gefäß befestigt wird. Wie beim Schweißen berührt und lokalisiert ein Tastkopf die Oberfläche des Teils vor dem Schneiden, um beim Lochen die richtige Abstandshöhe sicherzustellen. Dann übernimmt die Höhenmessung während des Schnitts, um die Abstandshöhe während des gesamten Schnitts konstant zu halten.

Nachdem die Löcher geschnitten sind, werden die verschiedenen Teile manuell an Ort und Stelle geheftet und ein Backing-Pass wird manuell in den Kopf geschweißt. Dann wird der angeheftete Kopf in die Schweißvorrichtung eingesetzt, und der Roboter setzt den Plasmabrenner automatisch ab, nimmt den Schweißbrenner auf und führt alle Schweißdurchgänge an der Außenseite des Kopfes durch.

Der Schlüssel zum gesamten Prozess und der Technologie, die viele Einzelgrößen ermöglicht, ist natürlich die Moses-Software. Während der Roboter aktiv schweißt oder schneidet, kann der Programmierer am PC am nächsten Programm arbeiten. Der Schlüssel zur Erzielung eines günstigen ROI aus einem Robotersystem besteht darin, dass es weiterhin schneidet oder schweißt. Das ist das einzige Mal, dass es Geld verdient. Durch die Programmierung des nächsten Teils während der Roboter aktiv produziert, wird der ROI optimiert.

Ich habe auch mit dem Petrosmith-Team zusammengearbeitet, um das Repertoire des Roboters um zusätzliche Teile zu erweitern. Wir haben im eigenen Haus zwei Schweißvorrichtungen entworfen und gebaut, um große Mannlöcher (Flansche im Durchmesserbereich von 18 bis 24 Zoll) und Feuerräume zu lokalisieren (siehe Abbildung 6).

Diese Programme werden auf „altmodische“ Weise manuell auf dem Programmiergerät geschrieben, da die Programme relativ einfach und unkompliziert sind. Der ROI war für diese Teile sehr gut. Das manuelle Schweißen eines typischen Feuerraums dauert vier bis fünf Stunden und das Schweißen mit dem Roboter etwa eine halbe Stunde. Natürlich sind Teilepassung, Spaltgrößen und Wiederholgenauigkeit eine Herausforderung, und Petrosmith musste an der Feinabstimmung der Teiletoleranzen für das Roboterschweißen arbeiten. Dies ist jedoch bei praktisch jeder Roboterschweißanwendung üblich.

Zum jetzigen Zeitpunkt wird das System für Produktionsteile verwendet und viele Teile können im automatischen Modus ausgeführt werden, es müssen jedoch noch viele Teile programmiert werden. Sobald ein Teileprogramm von Moses erstellt wurde, muss es nicht neu programmiert werden; Es kann sowohl auf der Festplatte des Roboters als auch auf dem PC, der über Ethernet mit dem Roboter verbunden ist, gespeichert und bei Bedarf wiederverwendet werden. Obwohl es sich bei vielen Produkten von Petrosmith um Kleinserien handelt, sind viele Schiffstypen wiederholbar, sodass die erstellten Programme in Zukunft oft wieder verwendet werden.

Der Hauptvorteil dieser Cloos/Moses-Kombination besteht darin, dass die Programme aus einer Bibliothek von Standardteilen generiert werden können und diese Programmierung offline erfolgen kann, während der Roboter in der Produktion bleibt. Flansche, Mannlöcher, Kupplungen und Behälterköpfe haben branchenübliche Designs. Daher können diese CAD-Zeichnungen als Standardfunktionen verwendet werden, die Moses zum Erstellen individueller Schweißkonstruktionen und zum Berechnen von Roboterpfaden verwendet. Moses kann auch die Position der Schweißnähte optimieren, um die beste Schweißqualität sicherzustellen.

Ein Ziel vieler Roboterbenutzer besteht darin, dem Roboter relativ ungelernte Arbeitskräfte zuzuweisen, weil sie davon ausgehen, dass der Roboter perfekt läuft, solange jemand da ist, der nur Teile lädt und entlädt. Das mag in manchen Fällen zutreffen, aber in vielen Situationen sollte der Roboterbediener mehr als nur ein Knopfdrücker sein. Es gibt viele Anwendungen, die einen erfahrenen Schweißer erfordern, um den Roboter zu bedienen, und das ist oft der Rat, den ich meinen Kunden gebe. Diese Person muss möglicherweise komplexere Aufgaben erledigen, wie z. B. die Inspektion und Reparatur nach dem Schweißen, das Ändern bestimmter Schweißparameter wie zulässig und einfach das Erkennen, wenn ein Problem vorliegt.

Da das Wissen und die Erfahrung bei Moses jedoch in erster Linie dem Programmierer anvertraut werden (der auf jeden Fall ein erfahrener Schweißer/Roboterprogrammierer sein muss) und die Schweißparameter vorab erprobt und vorlagengesteuert sind, übernimmt der Bediener das eigentliche Laden und Entladen von Teilen Sie müssen nicht unbedingt ein erfahrener Schweißer sein. Bedenken Sie, dass ein Programmierer mit einem Platz [Ist das das richtige Wort?] von Moses Software möglicherweise Programme für mehr als ein Robotersystem schreiben kann.

Die Cloos-Hardware und die Moses-Software können auf komplette Behälter erweitert werden, und tatsächlich gibt es Unternehmen in den USA, die dieselbe Kombination zum Schneiden und Schweißen kompletter Behälter verwenden, einschließlich Schweißköpfen wie oben beschrieben, aber auch Schweißflanschen und Mannlöchern an die Gefäße selbst und Anschweißen von Köpfen an Gefäßen mit Rundschweißnähten.

ABBILDUNG 3. Ein Kopf mit Flanschen ist zum Schweißen programmiert.

Bei den Umfangsschweißungen kommt häufig das Tandemschweißverfahren von Cloos zum Einsatz, ein spezielles Schweißverfahren mit einem Brenner, bei dem zwei Schweißdrähte gleichzeitig schweißen und von zwei separaten Schweißmaschinen gesteuert werden, um sehr hohe Abschmelzraten, schnelle Schweißgeschwindigkeiten und einen geringeren Gesamtwärmeeintrag zu erzielen kann ein großer Vorteil beim ASME-Code-Schweißen von Behältern sein.

Für andere Branchen mit sehr geringen Losgrößen und Umgebungen mit sehr hohem Mix, die nicht auf branchenüblichen CAD-Komponenten basieren, ist Moses möglicherweise die beste Lösung. Die Branche entwickelt sich jedoch ständig weiter und möglicherweise gibt es eine Roboterlösung speziell für Sie.