Trumpf yeni LaserHybrid kaynak sistemi ile verimliliği artırıyor
LaserHybrid kaynak sistemi sayesinde satın almak yerine şirket içinde uygun maliyetli üretim
Trumpf, son yıllarda bükme makinelerinde önemli bir büyüme kaydetti ve bu sektördeki ürün portföyünü aralıksız olarak genişletti. Artan kapasite kullanımı, bükme makineleri için birkaç ton ağırlığında çerçevelerin satın alınmasını gerekli kıldı, bu da daha uzun üretim sürelerine, daha yüksek maliyetlere ve üretimde sınırlı esnekliğe yol açtı. Kaynak işlemleri, tedarikçinin tesislerinde manuel olarak ve zaman alan ek işlemlerle yapılıyordu: Manuel kaynaktan sonra çelikte istenmeyen sertleşmeyi önlemek için enerjisi yoğun bir yumuşak tavlama işlemi gerekliydi.
"Tavlama sırasında çelik, bir tavlama fırınında 800 °C'ye kadar ısıtılır. Isıtma esnasında malzeme havadaki oksijenle reaksiyona girer, yüzeyde oksitlenir ve pas oluşturur. Bu nedenle parçaların boyanmadan önce kumlanması gerekir," diye açıklıyor Trumpf Üretim Müdürü Thomas Reiter. "Yeni LaserHybrid kaynak sistemimiz sayesinde, enerji kullanımı açısından yoğun ve maliyetli tavlama işleminden vazgeçebiliyoruz. Lazer kullanarak, kaynak dikişi boyunca çeliği malzemeye bağlı olarak 150 °C ile 180 °C arasında ısıtıyoruz ve böylece kaynak sonrası soğuma hızını azaltıyoruz. Bu sayede sertleşmeyi, soğuk çatlakları ve korozyonu önlüyoruz. Ayrıca kendi üretimimiz sayesinde daha bağımsız ve esnek hareket etme imkanına sahibiz."
Tavlama işleminden vazgeçmenin hem ekonomik hem de ekolojik açıdan avantajlı olduğu kanıtlanmıştır. Enerji tasarrufu, hane başına ortalama 3.800 kWh tüketim dikkate alındığında, yılda yaklaşık 270 dört kişilik hanenin elektrik ihtiyacına karşılık gelmektedir.
Optimum yan bağlanma ve daha az gözenek oluşum eğilimi
LaserHybrid kaynak işlemi, kaynak dikişine yönelik bir lazer ışını ile MSG kaynak işlemini ortak bir işlem bölgesinde birleştirir. Yüksek derecede odaklanmış lazer ışını, son derece yüksek enerji yoğunluğu ile karakterize edilir ve makine çerçevelerini kaynaklarken çeliğin 10 mm derinliğine kadar nüfuz eder. Lazerden hemen sonra, kök pasosunu dolduran ve optimum yan bağlanma sağlayan MAG işlemi uygulanır. Oluşan ilave sıcaklık, malzemeye gaz çıkışı için zaman kazandırır ve saf lazer kaynağına kıyasla gözenek hassasiyetini azaltır. Sac kalınlığına bağlı olarak, Trumpf'ta MAG kullanılarak 29 adede kadar kapak pasosu kaynaklanır.
Artan verimlilik ve malzeme tasarrufu
LaserHybrid offers Trumpf decisive advantages over MIG/MAG-only welding. Reiter explains: “For one, we save up to four tons of welding wire and valuable working time every year, as we can skip the time-consuming process of chamfering the sheet edges, especially on thinner sheets. This keeps the weld cross-sections small and cuts down on filler metal. Secondly, we increase our productivity thanks to high welding speeds, which come as a result of the stabilized arc that LaserHybrid creates in conjunction with MIG/MAG. And thirdly, the low energy per unit length reduces component distortion.”
Dolgu malzemesi tüketimi üzerinde de olumlu bir etkisi olan bir diğer avantaj da bu alanda öne çıkıyor. LaserHybrid prosesi, kaynak dikişinin daha da içeriye doğru hareket ettirilmesini sağlıyor. Bu sayede, kaynak dikişinde yan parçalara daha fazla yaklaşabilir ve kaynak dikişini daha dar tutabilirsiniz.
Fronius için değerlendirme ve karar verme
Trumpf, Fronius'un LaserHybrid robotik kaynak sistemini seçmeden önce, farklı sağlayıcıların konseptlerini değerlendirdi. Amaç, en iyi teknik ve en ekonomik çözümü bulmaktı. Ağırlığı 18 tona kadar çıkan ve 4,5 × 3 × 2 m boyutlarındaki iş parçalarının kaynak sırasında hareket ettirilmesi ya da pozisyoner üzerinde konumlandırılması seçenekleri ivedilikle bir kenara bırakıldı. Başından beri tercih edilen üretim süresine paralel kurulum, bu varyantlarla hiç mümkün olmayacak ya da sadece sınırlı ölçüde mümkün olacaktı.
Bu nedenle, bir LaserHybrid ve bir MAG kaynak robotunun yanı sıra yatay bileşen beslemesini sağlayan iki büyük eğimli konumlandırıcıya sahip iki istasyonlu bir gantry sistemi lehine karar verildi. Bir makine şasisinde kaynak yapılırken, diğeri serbest konumlandırıcıya entegre edilebilir.
"Pozisyonerler sadece üretime paralel kurulumu olumsuz etkilemekle kalmaz. Ayrıca, birkaç ton ağırlığındaki bileşenlerimizin ağırlık merkezlerinin pivot veya devirme ekseninden çok uzakta olması durumunda aşırı devirme torku riski ortaya çıkacaktı. Bu durumda sistemin zarar görmesi ve kaza riski son derece yüksek olacaktı," diye açıklıyor Reiter. "Bu tür sorunları ancak büyük pozisyonerler kullanarak önleyebilirdik. Ancak o zaman da çalışma yüksekliğiyle ilgili bir sorunumuz olurdu. Bazı iş parçalarının devasa boyutları nedeniyle ya iki buçuk metre derinliğinde bir çukura ya da en az iki metrelik bir işleme yüksekliğine ihtiyacımız olurdu."
Sonuç olarak, Fronius tarafından önerilen varyantın en iyisi olduğu konusunda mutabık kaldık. Bu noktada belirleyici olan birkaç faktör vardı: mantıklı bir güvenlik konsepti, iki kaynak robotu kullanılarak torç değiştirme istasyonunun ortadan kaldırılması, sorunsuz hortum paketi kılavuzu, dikiş tespiti için WireSense kullanımı ve ince MAG robotunun köşe alanında iyi erişilebilirliği. Buna ek olarak, iki eğilebilir konumlandırıcı ile mümkün kılınan üretime paralel kurulum, verimli üretim sağlar. Fronius lehine diğer artı noktalar, uzun süredir devam eden güvene dayalı iş ilişkisi, kaynak işlerinin Pathfinder ile çevrimdışı programlanması ve Fronius uzmanlarının sistem teknolojisindeki uzmanlığıydı.
Alet değişikliği gerektirmez
Torçları değiştirmek zorunda kalmamak ve hortum paketini aktarırken ortaya çıkan tüm sorunları önlemek için Fronius uzmanları iki kaynak robotlu bir gantry sistemi kullanmaya karar verdi. Bunların her biri bir LaserHybrid ve bir MAG kaynak kafası ile donatılmıştır ve hiçbir zaman aynı anda çalışmamaları için hareketli bir ray üzerinde hareket ederler. İlk olarak, LaserHybrid robotu kök pasosunu devralır. Sonrasında ise ulaşılması zor alanlar ve kapak katmanları MAG içi boş mil robotu kullanılarak kaynaklanır.
"MAG robotu, içi boş mili sayesinde optimum hortum paketi yönlendirmesini garanti eder. Yanal olarak yönlendirilen hortum paketleri genellikle istemsizce döner. Hasar görebilir ya da en kötü durumda kopabilirler. Ayrıca bu tür hortum paketlerinin, robotların hareket özgürlüğünü kısıtlayabilecek iş parçalarına veya cihazlara takılma riski de var ." diyor Reiter.
Gelişmiş: Tek hat üzerinde iki kaynak robotu
Aynı hat üzerinde iki kaynak robotunun kullanılması özel bir zorluk teşkil etmektedir. Çözüm, bir seferde sadece bir kişi kaynak yaparken diğerinin durağan pozisyonda kalmasıdır. Her robot için tüm hareketleri içeren ve iş parçasına özgü kaynak görevlerinin programlanması için temel teşkil eden özel bir program şablonu oluşturulmuştur.
Kabul bileşenleri için Trumpf tarafından sağlanan kaynak sıraları, Fronius Pathfinder kullanılarak tasarım aşamasında dijital ikiz üzerinde simüle edilmiş ve uygulanabilirlik açısından kontrolden geçirilmiştir. Bu sayede müşterinin kaynak uzmanları, erişilebilirlik sorunları gibi potansiyel üretim zorluklarından önceden haberdar edildi. Fronius'ta yazılım mühendisi ve simülasyon uzmanı olarak çalışan Wolfgang Mitterhauser özel bir odak noktası belirledi:
"Son işlemciyi (ayrıştırıcı) MAG kaynak robotu için WireSense dikiş izleme sensörlerinin kullanımı gibi özel komutları çevirebilecek şekilde genişlettim. Ayrıştırıcı, dijital ikizden oluşturulan kaynak programlarını gerçek sisteme aktarır. Eklentiler, tam olarak müşterinin sistemine göre uyarlanmış ve Pathfinder'ın standart versiyonunda yer almayan program bölümlerini içeriyor," diye açıklıyor Mitterhauser.
Bu eklentiler sayesinde, sistem operatörleri son işlemciden tam olarak hangi bilgilerin ne ölçüde aktarılacağını belirleyebilirler. Mitterhauser,"Sonuç olarak robotun gereksinimlerini tam olarak karşılayan bir kaynak programı ortaya çıktı,” diye ekliyor.
Pathfinder'da bir çarpışma sensörü oluşturulabilir, böylece torcun bileşen üzerindeki olası bir etkisi erken bir aşamada algılanır. Sanal izleme sistemi olası bir çarpışmayı fark ederse, yazılım bunu hemen gösterir.
Welding wire doubles as a sensor
Even if all system components interconnect almost seamlessly, there is a risk of deviations when welding layers if seam tracking sensors aren’t used. This can lead to fusion defects such as burn-through and inadequate a dimensions. Fronius WireSense uses the wire electrode as a sensor for weld seam detection and eliminates the need for optical measuring aids that could impair the welding torch’s ability to access the component. Highly precise sensing involving frequent reversing wire movements enables the different component geometries to be recognized and the relative position of the individual sheets to be determined extremely accurately. WireSense does not require any add-on torch components or calibration and maintenance work. Thanks to this innovative sensor technology, Trumpf benefits from flawless welds and lower production costs.
Intelligent control for all processes
The user-friendly HMI-T21 RS system controls are the core feature of the welding system, monitoring and coordinating all peripheral components such as the robot, welding machine, tilt positioner, and torch cleaning system. Thanks to the 3D real-time views provided by the system, Trumpf’s welding specialists can follow all robot movements live on the monitor. They have the option of choosing between preset views or creating their own and saving them to ensure a perfect display at all times.
A key element of the innovative HMI-T21 RS is its program editor, which system operators can use to define the individual program sequences, assign them to a processing station, and save them as a sequence string.
Fault, warning, and information messages are displayed in plain text in the status bar. If there are no messages, all system statuses and the program sequence are displayed, with the currently logged-in user shown in the right-hand column.
Mitterhauser says: “The status overview shows the status of all available sensors. If there is a fault message, all signals can be checked using the HMI.”
Virtual commissioning and assembly
Fronius typically installs and pre-commissions welding systems at its own site, but this wasn’t feasible in this case due to the outsized dimensions of the gantry and positioners. Given these conditions, virtual commissioning with Pathfinder was used instead. The software was used to create a virtual model—including all the signals defined in the circuit diagram and realistic kinematics. Based on the digital replica, the software engineers were able to realistically simulate the system’s operation.
Pathfinder also proved to be extremely useful during pre-inspection by the customer. Using virtual reality glasses, they were able to see all of the movement sequences of the two welding robots and tilt positioners—which can hold up to ten different components—under realistic conditions.
The relevant Trumpf employees were involved throughout the entire design phase and played a key role in the success of the project based on their suggestions and feedback.
Installing the LaserHybrid welding system on site proved to be particularly tricky. The huge dimensions of the gantry and tilt positioners, which can be swiveled up to 90°, presented a special challenge in logistical terms. All components had to be in the right place at the right time to avoid unnecessary delays. One especially challenging aspect was the night-time delivery of the two tilt positioners, which had to be transported on closed highways part of the way due to their size.
Enhanced efficiency via feasibility studies with Pathfinder
The mechanical engineering experts at Trumpf use the software for more than just programming and simulating new welding jobs—they also carry out virtual checks to determine the weldability of new components. This includes asking questions such as: To what extent is the component geometry suitable for automated welding? Can the component be adequately accessed? Is there a risk of collisions? Do parts have to be welded manually, or is it in fact necessary to change the design? These comprehensive feasibility tests and process simulations are now saving Trumpf up to three weeks of programming time.
Conclusion: The right decision
The new Fronius LaserHybrid welding system significantly improves the weld quality of the machine frames, increases the welding speed, and saves valuable working time thanks to the option of offline programming and simulation.
Thomas Reiter is very pleased with the results: “We’re now producing almost 1,500 bending machines every year. Thanks to our new robot welding system, our work has not only become more profitable but also significantly more flexible in terms of delivery times, as we are no longer dependent on buying in machine frame components. And we also have more options in terms of production capacity now.”