Processus de pulvérisation pulsé robotique pour d'excellentes caractéristiques de fusion de soudure et de faibles dépôts de soudure d'hydrogène

Historiquement, le soudage à l'arc au gaz métal (GMAW) a été associé à des défauts de fusion incomplets dans l'industrie de l'acier de construction. Le transfert de métal par pulvérisation pulsée (GMAW-P) tire parti de la haute énergie du transfert de métal par pulvérisation axiale et alterne ce courant de haute énergie (crête) avec un courant d'énergie (de fond) plus faible. De nombreux aspects de la forme d'onde GMAW-P peuvent être contrôlés, et l'avantage de l'énergie pulsée est qu'elle produit d'excellentes caractéristiques de fusion de soudure et réduit considérablement l'apport de chaleur. La dynamique de l'impulsion permet également l'utilisation du GMAW-P pour le soudage hors position. Le soudage hors-position, associé à un apport de chaleur plus faible, aide à obtenir des taux de dilution plus faibles, d'excellentes propriétés mécaniques du métal de soudure et des valeurs d'essai d'impact Charpy améliorées.

Lorsque la fissuration des soudures induite par l'hydrogène est un problème, le dépôt de soudure d'hydrogène inférieur de GMAW-P (<5 mL H (2) / 100 grammes) est également un excellent choix.

Le GMAW-P fournit généralement un transfert de métal plus efficace (98%) pour les électrodes solides ou à âme métallique. De manière comparable, l'apport de chaleur plus faible du procédé GMAW-P peut entraîner une génération de fumées de soudage plus faible, contribuant ainsi à répondre aux normes EPA et OSHA.

Processus MIG en tandem synchronisé pour une productivité accrue

Le procédé MIG en tandem synchronisé à deux fils continue de gagner en popularité en tant que moyen d'augmenter la production dans les applications de soudage à l'arc automatisé. Le processus suit les premières tendances de l'industrie en matière de réduction des coûts de soudage en développant des processus bifilaires pour une plus grande productivité. Les premiers développements du soudage à fils multiples se sont concentrés sur le procédé à l'arc submergé. La disponibilité de sources d'alimentation à onduleur de haute puissance a permis le soudage bifilaire utilisant les procédés GMAW et GMAW-P.

Depuis l'introduction du MIG en tandem au début des années 90, la base installée estimée de systèmes bifilaires est passée à plus de 1 500 unités dans le monde. La majorité des systèmes ont remplacé les processus monofilaires qui avaient été poussés à l'extrême haut de gamme de la plage de fonctionnement utilisable dans le but d'améliorer la productivité et de réduire les coûts en déposant autant de métal dans les plus brefs délais. Le MIG en tandem synchronisé étend la plage de productivité du soudage au-delà de ce qui est possible avec les processus monofilaires conventionnels.

Le procédé MIG en tandem synchronisé utilise deux électrodes en fil électriquement isolées placées en ligne, l'une derrière l'autre, dans le sens du soudage. La première électrode est appelée électrode de plomb et la seconde électrode est appelée électrode de traînée. L'espacement entre les deux fils est généralement inférieur à 3/4 ”de sorte que les deux arcs de soudage se dirigent vers une flaque de soudure commune. La fonction du fil conducteur est de générer la majorité de la pénétration de la plaque de base, tandis que le fil de traînée remplit la fonction de contrôler la flaque de soudure pour le contour du cordon, le mouillage des bords et l'ajout au taux global de dépôt de métal de soudure.

Le procédé MIG en tandem synchronisé peut, en moyenne, représenter une augmentation de 30 à 80% du potentiel de dépôt par rapport aux procédés monofilaires conventionnels

Le GMAW en tandem synchronisé bénéficie d'une utilisation accrue dans la fabrication de poutres dans le segment de l'industrie offshore pour plusieurs raisons rentables, notamment des taux de dépôt plus élevés, des vitesses de déplacement plus rapides, un apport de chaleur plus faible et une distorsion réduite. Le dépôt d'hydrogène plus faible en fait un choix de premier ordre pour une utilisation sur des aciers de type à haute résistance faiblement alliés ou à traitement thermomécanique contrôlé (TMCP). Et son utilisation sur des soudures de type pénétration complète et la jonction de l'âme à la bride élimine le besoin d'opérations de contre-gougeage.

Les composants système spécifiés dépendent du niveau d'automatisation. La livraison automatisée du faisceau latéral, les tracteurs, les side-cars et les bogues de soudage sont tous impliqués. Dans certains cas, l'utilisation de l'automatisation robotique du soudage, qui permet à la fois de suivre et de souder les connexions d'âme aux brides pour la fabrication de poutres, est tout à fait viable.

Avantages de la productivité de l'arc submergé AC / DC appliqués à la robotique / automatisation

Le soudage à l'arc submergé (SAW) qui combine les avantages du soudage AC et DC SAW n'était pas possible jusqu'à il y a quelques années. Cette technologie est maintenant de plus en plus appliquée aux applications d'automatisation de l'acier de construction.

La dernière technologie permet de contrôler le rapport d'amplitude positive à négative, ainsi que le temps passé à chaque polarité. Le facteur limitant pour le soudage SAW AC est qu'il faut trop de temps pour passer de l'électrode positive (EP) à l'électrode négative (EN). Ce retard peut entraîner des problèmes d'instabilité de l'arc, de pénétration et de dépôt dans certaines applications structurelles. AC / DC SAW résout ce problème en contrôlant l'amplitude et la fréquence, permettant au processus automatisé de tirer pleinement parti de la réduction du soufflage à l'arc expérimenté avec le courant alternatif, tout en conservant les avantages de pénétration du DC positif et le taux de dépôt avantageux du DC négatif. À l'aide de ces commandes, la forme de la forme d'onde de sortie est modifiée et, à leur tour, les caractéristiques de soudage sont contrôlées. Avec le soudage à l'arc submergé AC / DC, vous obtenez le meilleur des deux mondes: la vitesse, le taux de dépôt et la pénétration qu'offre DC SAW et la résistance au soufflage à l'arc qu'offre AC SAW.

Tendances d'inspection / intelligence robotique

La vision devient une composante de plus en plus importante de nombreuses opportunités d'automatisation dans l'industrie de l'acier de charpente, et l'intégration de la vision à la robotique a été rendue plus facile et plus rentable ces dernières années.

Les robots peuvent utiliser un capteur de vision pour «voir» l'emplacement et l'orientation des pièces, examiner et vérifier l'ajustement des pièces, trouver des caractéristiques avant le soudage, mesurer la position du joint, détecter ce qui se passe avant l'arc, fournir des informations réelles. suivi temporel des joints et signale les modifications des paramètres de processus définis par l'utilisateur à l'aide du contrôle adaptatif des paramètres Les systèmes de vision laser sont également couramment utilisés pour la gestion des séquences de soudage multi-passes (certaines plates-formes offshore nécessitent jusqu'à 70 passes) et peuvent également être utilisés pour la protection contre les erreurs.

La vérification des erreurs dans l'automatisation concerne la capacité d'un système à empêcher une erreur dans un processus ou à la détecter avant que d'autres opérations puissent être effectuées. La vérification des erreurs peut être effectuée sur chaque soudure d'un processus ou pour surveiller les soudures critiques d'un processus.

L'équipement de technologie de pointe fournit la surveillance de la production

Les robots intègrent de plus en plus la technologie numérique aux équipements de soudage en réseau et apportent des données de l'usine à l'arène commerciale. La surveillance de la production permet de configurer n'importe quelle source d'alimentation en réseau afin que les données de soudure puissent être surveillées, les fichiers peuvent être stockés et partagés, les tâches de production peuvent être surveillées, les limites et les tolérances de soudage peuvent être définies, l'inventaire des consommables peut être suivi, les défauts des être connecté et envoyé par e-mail, et le dépannage de diagnostic peut être effectué à distance.

Conclusion

Il existe de nombreuses nouvelles possibilités de capitaliser sur la technologie pour identifier des approches de réduction des coûts pour la conception et la construction de projets. Si vous soudez manuellement, pensez à l'automatisation pour améliorer votre processus.

Le soudage robotisé aide ConXtech à automatiser la construction en acier de construction

À l'automne 2000, Robert J. Simmons, un vétéran de 30 ans de l'industrie de l'acier de charpente, a développé un concept de construction de structures résidentielles de hauteur moyenne à l'aide d'un système de charpente en acier. À partir de ce concept, Simmons a fondé ConXtech, une entreprise qui effectue tous ses travaux de fabrication en interne, puis assemble simplement les composants des colonnes et des poutres sur le chantier de construction en les boulonnant en place.

Contrairement à la construction en acier de construction typique, qui prend généralement sept à huit mois en utilisant des méthodes traditionnelles, le système de cadre en acier à espace momentané permet à ConXtech de réduire le temps de montage de l'acier de construction à moins de deux semaines.

Les systèmes de soudage robotisés utilisés dans l’atelier de ConXtech à Hayward, en Californie, sont un facteur essentiel du succès de l’entreprise. Par rapport aux opérations de soudage semi-automatiques antérieures de ConXtech, le système robotique offre des vitesses de déplacement plus rapides, des taux de dépôt élevés et des soudures finies de qualité supérieure.

Lorsqu'il est soudé semi-automatiquement, il a fallu 40 minutes pour souder une pièce de collier à une poutre. Parce qu'il y a deux extrémités à chaque faisceau, cela équivaut à une heure et vingt minutes de soudage par faisceau. Avec le système robotique, la cellule est capable de souder des pièces de collier aux deux extrémités en seulement cinq minutes et trente secondes.

Les poutres, composées d'acier de construction A992, sont jointes aux pièces de collier A572 Grade 50. La plaque nécessite l’utilisation de soudures à pénétration complète sur les brides supérieures et inférieures et de soudures d’angle sur l’âme de la poutre et sur la face arrière des brides. Les 24 pouces de soudures à pleine pénétration sur chaque poutre sont réalisés en quatre passes, tandis que les 64 pouces de soudures d'angle sont réalisés en un seul passage. Les projets de soudage antérieurs comprennent le soudage à la disposition sismique AISC ainsi que des applications soumises aux directives FEMA 353.

Un entrepreneur en structure a remporté les travaux du Grand Canyon Skywalk basés sur la technologie d'arc submergé AC / DC

Suspendue à 4 000 pieds au-dessus du fleuve Colorado, une nouvelle passerelle en forme de fer à cheval s’étend à 20 mètres du bord de la falaise du bord ouest du Grand Canyon. Le plancher de verre et les parois latérales assurent des palpitations cardiaques à toute personne vaguement troublée par les hauteurs.

Avant le début du projet en 2004, Mark Steel Corp. de Salt Lake City a soumissionné sur les travaux de fabrication sachant que la concurrence serait féroce. Cependant, les ingénieurs de la structure en acier et de l’atelier de tôles lourdes devaient accélérer la productivité dans leur configuration d’arc submergé existante pour respecter le calendrier serré du projet. Mark Steel avait utilisé une configuration d'arc submergé DC pour des travaux de cette envergure avec des résultats typiques. En découvrant la Power Wave® AC / DC 1000 de la Lincoln Electric Company, le plus grand fabricant de l’Utah a appris qu’une configuration d’arc en tandem, un en courant alternatif et un autre en courant continu, pourrait augmenter leur productivité en soudant plus d’un million de livres d’acier pour le Skywalk.

Le fer à cheval principal lui-même était formé de deux poutres caissons en acier au carbone A572 grade 50. La fabrication est effectuée conformément au code de soudage structurel de AWS D1.1. Les sections de poutres mesurent 2 pouces d'épaisseur, 6 pieds de longueur et 2,5 pieds de largeur. Ils ont été expédiés en sections de 40 pieds et assemblés sur place. Lors du soudage des poutres caissons, les gains de productivité ont été principalement captés par les arcs immergés en tandem.

Les taux de dépôt sont passés d'environ 28 livres par heure avec le seul DC installé à environ 55 livres par heure, en utilisant un fil 3/16 sur deux arcs. Cela s'est avéré particulièrement utile pour certaines des soudures plus longues, qui s'étalaient de 38 à 40 pieds consécutifs. Les tests par ultrasons ont révélé le taux de rejet des soudures du projet à moins de 2%.

Les fabricants des ateliers avaient généralement un matériau biseauté de cette taille à 30 degrés sur chaque bord pour former un biseau combiné de 60 degrés au niveau du joint. Maintenant, avec de plus grandes capacités de pénétration, les biseaux ont été réduits à 22,5 degrés à chaque bord pour former un coin total de 45 degrés. Cet espace plus étroit a permis de réduire le temps de préparation et le meulage avec moins de métal de soudure requis par pouce de soudure. Dans l'ensemble, Mark Steel a enregistré un gain de productivité de 25 à 30% et une réduction correspondante du coût des consommables. La société a également réalisé une réduction de 10 à 15% des coûts électriques en utilisant l'équipement basé sur un onduleur.

Le Grand Canyon Skywalk est maintenant la plus haute structure artificielle au monde, construite avec plus d'un million de livres d'acier. Il a été conçu pour résister à un séisme de magnitude 8,0 à 50 miles. Il est équipé de trois plaques d'acier oscillantes de 3 200 livres chacune, à l'intérieur des poutres creuses du pont qui agissent comme des amortisseurs. Ils montent et descendent pour neutraliser les vibrations de la circulation piétonnière et des rafales de vent. Située au sommet des poutres caissons, la passerelle elle-même est construite en verre de 3 po d'épaisseur renforcé à la chaleur.