Svařování venkovního střídače Tauro odolného vůči počasí
Dvoustěnný, aktivně chlazený plášť umožňuje používat střídač Tauro venku. Nezáleží na tom, zda prší, je horko, nebo svítí přímé slunce – střídač to ustojí a odvede svou práci na 100 procent. Je navržen pokrokovými odborníky na solární energii a splňuje mezinárodní stupeň krytí IP65. Špičková technologická zařízení tohoto druhu jsou chráněna proti dotyku, vodě tryskající z kteréhokoliv úhlu a vniknutí prachu. „Svařování hliníkových plášťů je vzhledem k různým tloušťkám plechů velmi náročné,“ vysvětluje Jasmin Gross, Fronius Solar Energy. „Ve společnosti Fronius Welding Automation máme dokonalého partnera pod vlastní střechou.“
Nejprve se simuluje
Střídač se vyrábí v rakouském Sattledtu. Plášť a křídlová dvířka se svařují v nejmodernější robotické svařovací buňce „Handling-to-Welding“ speciálně vyvinuté pro tento úkol. „Všechny pohyby robota a pořadí svarů programujeme a simulujeme offline pomocí programu Fronius Pathfinder, tj. odděleně od systému na digitálním dvojčeti,“ vysvětluje Anton Leithenmair, vedoucí Welding Automation. „Díky tomu můžeme předem odhalit případné rušivé obrysy. Totéž platí pro limity os a nastavení hořáků. I zde dokážeme zasáhnout včas, ne až při prvních svařovacích zkouškách. Po naprogramování pořadí svarů předá Pathfinder data postprocesoru, který je přeloží do jazyka robotů Fanuc. Tímto způsobem šetříme drahocenný čas a náklady. Offline programování zkrátí výuku robota ve svařovací buňce o mnoho hodin!“
Plánování pracovních postupů minutu po minutě
Před zahájením výroby se v systému plánování podnikových zdrojů (ERP) vytvoří prodejní objednávky střídače Tauro, které tvoří základ pro tzv. běh Manufacturing Resource Planning (běh MRP). Zde se vytvářejí všechny výrobní objednávky plášťů a křídlových dvířek. Dále se každé objednávce přiřadí datum výroby. Následné podrobné plánování provádí systém MES (Manufacturing Execution System). Každá objednávka se naplánuje na minutu přesně, přiřadí se k volnému koridoru objednávek a poté se zařadí do seznamu.
Dokonalý soulad: stehování, příprava, svařování
Svařování dvoustěnných plášťů střídačů je vzhledem k rozdílným tloušťkám plechů od samého počátku velmi náročné. „Dříve než jednotlivé plechové prvky standardně spojíme v robotické svařovací buňce, ručně je sestehujeme. K tomu používáme proces MAG. Už tady se musí precizně pracovat,“ tvrdí Christian Kraus, skupinový vedoucí ve výrobně plechů.
Jakmile je stehování dokončené a zaevidované na terminálu systému, centrální systémové řízení uvolní další pracovní krok – robotizované svařování. Nyní se plášť položí a upne na technický vozík a vjede do propusti. Po příslušném potvrzení systém spustí další úlohu a pomocí čipu RFID (Radio Frequency Identification) se na upínacím zařízení vybere program robota odpovědný za polohování a svařování.
„Nezáleží na tom, který díl do propusti vložíme: Čip RFID ví, který svařovací program se použije,“ doplňuje Kraus. „Můžeme například obsadit první propust pláštěm střídače, zatímco díky podavači dílů ve druhé propusti svařujeme křídlová dvířka. A naopak. Použití technologie RFID nám dává možnost svařovat díly zcela nezávisle na tvaru, velikosti a množství. Naše robotická svařovací buňka Handling-to-Welding zvládne velikost dávky 1 stejně jako sériovou výrobu.“
Robotika a svařovací technologie z nejvybranějších
Po spuštění svařovacího procesu manipulační robot Fanuc R-2000iD/210FH uchopí díl a dopraví ho do svařovací buňky. Plášť střídače je pro něj celkem lehká váha. S dosahem 2,6 metru je nosnost 210 kilogramů, přičemž hliníkový plášť včetně upínacího zařízení váží maximálně 140 kilogramů. Po dopravení pláště střídače Tauro do svařovací buňky se na dno pláště pomocí inkoustové technologie vytiskne datový maticový kód (DMC). Tento kód obsahuje sériová čísla jednotlivých plášťů střídače Tauro, která jsou propojená se svařovacími daty zaznamenanými během svařovacího procesu softwarem pro správu dat WeldCube. Takže na konci je každý jednotlivý svar stoprocentně vysledovatelný.
Po natištění DMC začíná vlastní svařovací proces. Zatímco svařovací robot Fanuc ARC Mate 100iD odvádí svou práci a spojuje 5,5 metru hliníkového plechu celkem 96 svary, manipulační robot přenáší plášť do ideální polohy. Některé svary vyžadují dokonalé simultánní pohyby obou robotů, což je vysoké umění robotizovaného svařování.
„Jako svařovací proces se používá převážně Pulse Multi Control Ripple Drive“, dále vysvětluje pan Leithenmair. „PMC Ripple Drive umožňuje přesné nastavení vnosu tepla a dokonale se hodí pro spojování různě silných plechů.“
Krásně šupinaté svary
Přesněji řečeno, PMC Ripple Drive je zvláštním typem procesu PMC. Vyznačuje se cyklickým střídáním procesu PMC a vratným pohybem drátu pomocí takzvané hnací jednotky PushPull. Svařování metodou PMC je ideální pro automatizované svařování a je mnohem rychlejší než svařování metodou TIG. Přitom tento proces poskytuje stejné, krásně šupinaté a téměř bezrozstřikové svary.
Jako přídavný materiál se používá hliníkovo-křemíkový drát o tloušťce 1,2 mm, který se svařuje pod ochranným plynem argonem. Svařovací procesy, dráty a plyny jsou zahrnuty v systémových informacích k svařovací úloze.
Po dokončení 17,5minutového svařovacího cyklu umístí manipulační robot díl do propusti a svařovací buňka vyšle signál o dokončení do systému MES. Zatímco se jedna propust vyprazdňuje, ve druhé už může začít další práce.
Vše pod kontrolou – prediktivní údržba
Systém MES (Manufacturing Execution System) spravuje velké množství dat. Kromě správy objednávek se zaznamenávají také stavy stroje, doby taktu, poruchy a hodnoty vakuové zkoušky, která se provádí na konci celého svařovacího procesu. Pomocí systému MES lze také definovat okna údržby. Pokud se například ukáže, že k určité poruše dochází v průměru každých 100 provozních hodin, lze nastavit cílový interval údržby na 99 hodin. Systematicky plánované údržbářské práce v předstihu prodlužují životnost svařovacího zdroje a zabraňují zbytečným prostojům.
Krytí IP65 předpokládá dokonalé svary
Několik detailů pláště, které jsou mimo optimální dosah robota, se svaří ručně. Zde se používá proces TIG, který je předurčený pro svařování hliníku. Na konci svařování se obrousí všechna případná převýšení svaru, svary se natřou penetračním barvivem a zkontrolují se, zda neobsahují vady. Zkušební kapalina přitom proniká všemi nepravidelnostmi materiálu.
Po zkoušce svarových švů putuje každý plášť bez závad do zařízení pro kontrolu těsnosti, které společnost Fronius vyvinula speciálně pro Tauro. Uvnitř pláště střídače se vytvoří podtlak 60 milibarů, který musí vydržet po přesně stanovenou dobu. Pokud během této doby poklesne tlak o méně než 1,8 milibarů, je kryt stoprocentně těsný a splňuje stupeň krytí IP65.
Po úspěšném dokončení zkoušky těsnosti se výsledek uloží do systému WeldCube podle sériového čísla a je zaručena kompletní dohledatelnost. Plášť střídače je nyní připraven k následnému práškovému lakování. Na konci výrobního řetězce, po sestavení, stojí střídač pro velké systémy, který odolá všem povětrnostním podmínkám.
Sophisticated robot and welding technology
As soon as the welding process has been started, the Fanuc R-2000iD/210FH handling robot takes the component and guides it into the welding cell. It requires virtually no effort to lift the inverter housing. With a range of 2.6 meters, it has a load capacity of 210 kilograms, whereas the aluminum housing, including the clamping device, weighs no more than 140 kilograms. Once the Tauro housing is inside the welding cell, a data matrix code (DMC) is printed onto the base of the housing using inkjet printing technology. This contains the serial numbers of the individual Tauro housings. It is linked to the welding data recorded by the WeldCube data management software during the welding process. This means that every individual weld is 100 percent traceable.
Once the DMC has been applied, the actual welding process begins. While the Fanuc ARC Mate 100iD welding robot is doing its work and joining 5.5 meters of aluminum sheet with a total of 96 welds, the handling robot moves the housing into exactly the right position. Some of the welds require perfect simultaneous movements of both robots – the supreme art of robotic welding.
“Pulse Multi Control Ripple Drive is the preferred welding process,” explains Leithenmair. “PMC Ripple Drive permits the precise adjustment of the heat input and is perfect for joining sheets of different thicknesses.”
Beautifully rippled welds
If we look at it more closely, PMC Ripple Drive is a special characteristic of the PMC process. One of its main features is a cyclical process switch between PMC and a reversing wire movement via a so-called PushPull drive unit. Perfectly suited to automated welding, the PMC method is much faster than TIG welding. This process still delivers the same beautifully rippled, virtually spatter-free welds.
A 1.2-millimeter-thick aluminum-silicon wire is used as the filler material, which is welded with argon shielding gas. The welding processes, wire, and gas are all included in the system information for the welding order.
Once the 17.5-minute welding cycle has ended, the handling robot places the component in the lock and the welding cell sends a completion signal to the MES system. While the one lock is being emptied, the other can start the next job.
Everything under control – predictive maintenance
The Manufacturing Execution System (MES) manages a wide variety of data. In addition to order management, it also records machine statuses, cycle times, faults, and the values from the vacuum test that is performed once all welding work is complete. Maintenance intervals can also be defined using the MES. If, for example, a certain fault is found to occur every 100 operating hours on average, a specific maintenance interval of 99 hours can be set. Maintenance work that is systematically planned in advance extends the service life of welding systems and prevents unnecessary downtimes.
IP65 requires perfect weld seams
The very few housing details that cannot be completed by the robot are re-welded manually. A specially designed TIG process is used for the aluminum welding in this case. Once all welding work is complete, any welding reinforcements are sanded down, the welds are coated with dye penetrant test fluid and checked for welding faults. Here the test fluid penetrates any imperfections in the material.
Once the weld testing is complete, every approved housing enters the leak testing system specially developed by Fronius for the Tauro. This creates a vacuum of 60 millibar inside the inverter housing, which must be maintained for a precisely defined period of time. If the pressure drops by less than 1.8 millibar during this time, the housing is 100 percent leak-tight and satisfies degree of protection IP65.
After the leak test has been passed, the result is saved in WeldCube with the serial number and full traceability is guaranteed. The inverter housing is now ready for powder coating. At the end of the production chain, after assembly, an inverter has been produced that is suitable for large systems and can withstand all weather conditions.