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Aug 20, 2023

Los robots automatizan la soldadura de piezas de aluminio

Un FANUC R-2000iD coloca una caja de inversor para soldar con un FANUC ARC Mate 100iD. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding Cada carcasa de inversor se somete a una prueba de fugas por caída de presión. Foto

Un FANUC R-2000iD coloca una caja de inversor para soldar con un FANUC ARC Mate 100iD. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Cada carcasa del inversor se somete a una prueba de fugas por caída de presión. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

El inversor Tauro tiene una carcasa de aluminio de doble pared con refrigeración activa, lo que lo hace ideal para su uso en exteriores. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Los ingenieros de Fronius Solar programan y simulan todos los movimientos del robot y secuencias de soldadura fuera de línea con el software digital twin Fronius Pathfinder. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Un carro de instalación se dirige a la celda de soldadura robótica. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Un chip RFID indica a la célula de soldadura qué pieza se está soldando. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

El corazón y el cerebro de todo sistema fotovoltaico (PV) es el inversor, que convierte la corriente continua generada por los paneles solares en corriente alterna que se puede utilizar en un hogar o negocio. El inversor también optimiza el rendimiento, controla los flujos de energía y comprueba el funcionamiento de la instalación fotovoltaica.

Uno de los principales fabricantes de inversores para instalaciones fotovoltaicas es Fronius Solar Energy, con sede en Wels, Austria. Fronius Solar Energy, una división de Fronius International GmbH, presentó en 1994 su primer inversor, el Sunrise, y desde entonces es líder del mercado.

Su último inversor, el Tauro, tiene una carcasa de aluminio de doble pared con refrigeración activa que lo hace ideal para su uso en exteriores. Para resistir los elementos, el inversor está sellado según el estándar de protección de ingreso IP65. Cumplir con ese estándar depende, en parte, de la capacidad de la empresa para crear costuras soldadas de alta calidad.

"Debido a los diferentes espesores de las chapas, los desafíos relacionados con la soldadura de la carcasa de aluminio eran enormes", explica Jasmin Gross, directora de marketing de producto de Fronius Solar Energy.

Afortunadamente, Fronius Solar Energy no tuvo que buscar ayuda muy lejos. La soldadura es la especialidad de otra división de Fronius International, Fronius Perfect Welding.

El inversor se fabrica en la planta de montaje de Fronius Solar Energy en la cercana Sattledt, Austria. La carcasa y las puertas batientes se sueldan en una celda de soldadura robotizada de última generación desarrollada específicamente para este trabajo.

"Programamos y simulamos todos los movimientos del robot y las secuencias de soldadura fuera de línea con el software gemelo digital Fronius Pathfinder", explica Anton Leithenmair, jefe de automatización de soldadura en Fronius Solar. “Esto nos permite detectar de antemano posibles contornos de interferencia. Lo mismo se aplica a los límites de los ejes y las posiciones de la antorcha. De nuevo podemos intervenir pronto, sin tener que esperar hasta las primeras muestras de soldadura.

“Tan pronto como se programan las secuencias de soldadura, Pathfinder transfiere los datos al posprocesador, donde se traducen al lenguaje del robot FANUC. Esto nos permite ahorrar tiempo y costes valiosos. La programación fuera de línea acorta varias horas el proceso de aprendizaje del robot en la celda de soldadura”.

Antes de que comience la producción, los pedidos del Tauro se crean en un sistema de planificación de recursos empresariales. Estos datos forman la base para la planificación de recursos materiales. Aquí se generan todos los pedidos de producción de carcasas y puertas batientes. A continuación, se asigna una fecha de producción a cada pedido. La planificación detallada que sigue se lleva a cabo mediante el sistema de ejecución de fabricación. Cada pedido se planifica al minuto, se asigna a un corredor de pedidos libre y luego se enumera.

Debido a los diferentes espesores de las chapas, la soldadura de la carcasa del inversor de doble pared supuso desde el principio un reto especial. “Antes de unir los elementos de chapa individuales según las normas en la célula de soldadura robotizada, estos se pegan previamente manualmente. Para ello utilizamos el proceso de soldadura MAG [metal active gas]. Incluso en esta etapa se requiere un trabajo preciso”, afirma Christian Kraus, jefe del grupo de producción de chapa de Fronius Solar.

Una vez que se completa el hilado, y esto se ha ingresado en el terminal del sistema, los controles centrales del sistema liberan el siguiente paso: la soldadura robótica. Ahora se coloca la carcasa en el carro de montaje, se fija y se introduce en la cerradura. Una vez reconocido, el sistema inicia el siguiente trabajo y, mediante un chip de identificación por radiofrecuencia (RFID), se selecciona en el dispositivo de sujeción el programa del robot responsable del posicionamiento y la soldadura.

"Independientemente del componente que coloquemos en la cerradura, el chip RFID sabe qué programa de soldadura utilizar", añade Kraus. “Incluso podemos colocar una carcasa de inversor en la cerradura uno mientras soldamos una puerta batiente en la cerradura dos a través del alimentador de componentes. Y viceversa. El uso de la tecnología RFID nos permite soldar componentes de forma totalmente independiente de su forma, tamaño y cantidad. Ya sea un lote individual o una producción en serie, nuestra celda de soldadura robótica puede hacerlo todo”.

Los ingenieros de Fronius Solar programan y simulan todos los movimientos del robot y secuencias de soldadura fuera de línea con el software digital twin Fronius Pathfinder. Foto cortesía de Fronius Perfect Welding

Tan pronto como se inicia el proceso de soldadura, un robot de manipulación FANUC R-2000iD/210FH toma el componente y lo guía hacia la celda de soldadura. Prácticamente no requiere esfuerzo alguno para levantar la carcasa del inversor. Con un alcance de 2,6 metros, el robot tiene una capacidad de carga de 210 kilogramos, mientras que la carcasa de aluminio, incluido el dispositivo de sujeción, no pesa más de 140 kilogramos. Una vez que la carcasa Tauro está dentro de la celda de soldadura, se imprime un código Data Matrix en la base de la carcasa mediante tecnología de impresión por chorro de tinta. El código contiene los números de serie de cada carcasa Tauro. Está vinculado a los datos de soldadura registrados por el software de gestión de datos WeldCube durante el proceso de soldadura. Esto significa que cada soldadura individual es 100 por ciento rastreable.

Una vez que se ha aplicado el código, comienza el proceso de soldadura real. Mientras un robot de soldadura FANUC ARC Mate 100iD realiza su trabajo, uniendo 5,5 metros de chapa de aluminio con un total de 96 soldaduras, el robot de manipulación mueve la carcasa exactamente a la posición correcta. Algunas soldaduras requieren movimientos simultáneos perfectos de ambos robots.

“El accionamiento ondulado por pulsos múltiples (PMC) es el proceso de soldadura preferido”, explica Leithenmair. "El accionamiento ondulado PMC permite un ajuste preciso de la entrada de calor y es perfecto para unir láminas de diferentes espesores".

La transmisión ondulada es una característica especial del proceso PMC. Una de sus características principales es la conmutación cíclica del proceso entre PMC y un movimiento inverso del cable a través de una unidad de accionamiento denominada push-pull. Diseñado para soldadura automatizada, el método PMC es mucho más rápido que la soldadura TIG. Este proceso produce soldaduras onduladas y prácticamente libres de salpicaduras.

Como material de relleno se utiliza un alambre de aluminio y silicio de 1,2 milímetros de espesor, que se suelda con gas protector argón. Los procesos de soldadura, alambre y gas están todos incluidos en la información del sistema para el pedido de soldadura.

Una vez finalizado el ciclo de soldadura de 17,5 minutos, el robot manipulador coloca el componente en la cerradura y la célula de soldadura envía una señal de finalización al sistema MES. Mientras se vacía una cerradura, la otra puede iniciar el siguiente trabajo.

"Unir fuerzas con una marca prestigiosa como Alfa Romeo es una oportunidad increíble para desarrollar tecnologías de vanguardia y estamos orgullosos de ver los resultados tangibles de la experiencia probada en el campo de Comau", dice Pietro Gorlier, CEO de Comau. "Nuestro compromiso con la calidad inquebrantable se ve en los procesos y productos utilizados para fabricar Tonale, lo que nos permite garantizar el máximo valor para el cliente".

"Al apoyar a la marca Alfa Romeo en la expansión de sus productos, Comau ha aprovechado plenamente su larga experiencia en automatización y fabricación inteligente para ofrecer un nivel de flexibilidad sin precedentes", añade Andrew Lloyd, jefe de ingeniería de Comau. "Este enfoque innovador para implementar tecnologías completamente nuevas y reequipar líneas y equipos existentes es un resultado directo de nuestro compromiso de ofrecer soluciones cada vez más escalables y sostenibles, ayudando a nuestros clientes a cumplir mejor sus objetivos hoy y mañana".

El MES gestiona una amplia variedad de datos. Además de la gestión de pedidos, también registra los estados de la máquina, los tiempos de ciclo, los fallos y los valores de la prueba de vacío que se realiza una vez finalizados todos los trabajos de soldadura. Los intervalos de mantenimiento también se pueden definir mediante el MES. Si, por ejemplo, se detecta una determinada avería cada 100 horas de funcionamiento de media, se puede establecer un intervalo de mantenimiento específico de 99 horas. Los trabajos de mantenimiento planificados sistemáticamente con antelación prolongan la vida útil de los sistemas de soldadura y evitan paradas innecesarias.

Los pocos detalles de la carcasa que el robot no puede completar se sueldan manualmente. En este caso se utiliza un proceso TIG especialmente diseñado para soldar aluminio. Una vez finalizado todo el trabajo de soldadura, se lijan los refuerzos de soldadura, se recubren las soldaduras con un líquido de prueba con colorante penetrante y se comprueba si hay fallos de soldadura. Aquí el líquido de prueba penetra las imperfecciones del material.

Una vez finalizada la prueba de soldadura, cada carcasa aprobada ingresa al sistema de prueba de estanqueidad desarrollado especialmente por Fronius para el Tauro. Esto crea un vacío de 60 milibares dentro de la carcasa del inversor, que debe mantenerse durante un período de tiempo exactamente definido. Si durante este tiempo la presión cae menos de 1,8 milibares, la carcasa es 100 por ciento estanca y cumple con el grado de protección IP65.

Una vez superada la prueba de fugas, el resultado se guarda en WeldCube con el número de serie y se garantiza la trazabilidad completa. La carcasa del inversor ya está lista para recibir recubrimiento en polvo.

Para obtener más información sobre la tecnología de soldadura, haga clic en www.fronius.com/es/welding-technology.

Para obtener más información sobre robots de soldadura y manipulación, haga clic en www.fanucamerica.com.