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Automação em soldagem

Escrito por Infosolda. Posted in Fundamentos

Características do processo

Para ser competitiva, a fabricação de equipamentos por meio de soldagem requer um grau de automação maior ou menor, dependendo das condições geométricas da peça de trabalho, da disponibilidade de investimento e da avaliação de objetivos. Existem desde equipamentos simples, que são manipulados manualmente, até sistemas sofisticados com controle numérico computadorizado (CNC). A soldagem pode partir do sistema manual e evoluir até o automatizado, este último como uma característica diferenciada quando comparado ao sistema automático.

 

 

sistema automático

O sistema automático é aquele que caracteriza a capacidade de realizar tarefas pré-definidas sem que ocorra a interferência do homem.

 

sistema automatizado

O sistema automatizado exige capacidade de decisão quando as variáveis externas e de parâmetros durante a soldagem estiverem desajustadas ou interferindo negativamente; isso somente é possível graças a recursos sensoriais que monitoram e informam o equipamento para que seja tomada a decisão correta. Quando se deseja automatizar, os níveis de evolução devem ser preferencialmente graduais para que não ocorram frustrações e comprometimento de investimentos.

 

Dispositivos

Os dispositivos e manipuladores mais comuns usados na indústria são voltados para os processos TIG, MIG/MAG, arame tubular e principalmente arcosubmerso; o processo com eletrodo revestido é utilizado raramente. Sempre que possível, aconselha-se a executar soldagens na posição plana, pois é a mais favorável no que diz respeito a melhores taxas de deposição por Kg/h, significando tempos menores de execução.

 

funções dos dispositivos

Os dispositivos têm como funções fixar a peça e promover movimentos que proporcionem ao soldador ou operador a execução do cordão de solda da maneira mais rápida e eficiente possível.

Num torno adaptado para a soldagem pelo processo TIG, coloca-se uma peça com geometria circular, como eixo, tubo ou flange, fixada entre duas placas; neste caso, é possível fazer duas soldas ao mesmo tempo, sincronizando o movimento de giro do torno com o movimento do cabeçote de soldagem. Este dispositivo pode ter múltiplas funções; no caso de revestimento por metalização, adapta-se o cabeçote compatível com as funções da fonte de energia ou usa-se somente o movimento do torno, mantendo-se o cabeçote-solda parado.

 

mesa posicionadora

A mesa posicionadora é um dispositivo de grande importância para a fabricação de conjuntos soldados, seja por processos manuais, semi-automáticos, automáticos, automatizados ou robotizados. A mesa é um prato giratório que pode ser acoplado a um comando externo de sincronismo. Diversos modelos são encontrados em função dos mais diferenciados tipos de peças; destacam- se o de mesa fixa na horizontal, chamado de mesa giratória horizontal, o de mesa fixa na vertical, e o mais versátil, formado por conjuntos duplos contrapostos, para a soldagem de estruturas longas.

mesa giratória

Os principais modelos de mesa giratória apresentam dois graus de movimentação: 45 e 90; existe também um modelo mais completo, que movimenta as diferentes posições que a mesa pode assumir em até 135; a capacidade de movimentação vai de alguns quilos até centenas de toneladas. Deve-se tomar um especial cuidado na manipulação de peças longas, pois a capacidade de movimentação decresce com o aumento do comprimento; é aconselhável, também, posicionar a peça na mesa de modo que os centros de gravidade coincidam. Os posicionadores geralmente contêm estas informações.

 

O dispositivo mais comum é o que emprega pares de rolos para girar peças cilíndricas. Por vezes, este dispositivo trabalha em conjunto com um manipulador de soldagem. O rolo virador pode ter movimentação livre ou acionamento moto-redutor, com capacidades que vão de 100kg até 300ton de movimentação.

manipuladores

A escolha de um manipulador de soldagem é feita de acordo com o número de eixos de movimentação e com a proporção dos braços. Os processos que mais frequentemente empregam manipuladores são arco submerso, MIG/MAG e arame tubular.

Num manipulador de 4 eixos é possível fazer pequenos ajustes no cabeçote por meio de um sistema manual de três eixos providos de polias e fusos, mas também é possível acoplar regulagem automática.

Existem sistemas mais simples, com menos eixos, e até sistema com um eixo, em que o cabeçote se movimenta apenas na horizontal. Estes sistemas mais simples são muito eficientes na soldagem longitudinal de chapas finas.

 

Sistemas de soldagem automatizada

Os sistemas de soldagem automatizada foram desenvolvidos para automatizar os processos manuais e semi-automáticos. Os sistemas mais utilizados são a soldagem orbital e a soldagem com chanfro estreito, conhecida como "narrow gap".

 

sistema de soldagem orbital

O sistema de soldagem orbital é utilizado nos processos TIG, MIG/MAG, plasma e arco submerso; atualmente é mais empregado nos processos TIG e MIG. O sistema de soldagem orbital é controlado pela fonte por meio de microprocessadores e se compõe de moto- redutores de corrente contínua; existem sistemas mais sofisticados que contêm também motores de passo e controle automático da tensão do arco.

parâmetros da soldagem orbital

Alguns dos principais parâmetros da soldagem orbital são pré-purga, em que o gás de proteção é liberado instantes antes da abertura arco; corrente de soldagem inicial; tempo de rampa de subida, que é o tempo no qual a corrente aumenta gradativamente em função do tempo; corrente de soldagem; corrente final de soldagem; tempo de rampa de descida e pós-purga. No caso de corrente pulsada, as variáveis são corrente de base, tempo de base, corrente de pico e tempo de pico.

aplicações da soldagem orbital

O sistema de soldagem orbital é aplicado pelo processo com eletrodo de tungstênio para unir tubulações em geral, a exemplo de soldagem de tubo com tubo, tubo com espelho em trocadores de calor, na união circunferencial de virolas ou tubos de grande diâmetro, na emenda longitudinal de virolas ou de tubos, em painéis de caldeira e em passes de raiz na soldagem de vasos de pressão. A aplicação da soldagem orbital tem aumentado nos processos MIG e com eletrodo tubular para soldagem de tubulações, vasos de pressão e colunas, gasodutos e oleodutos.

 

sistema de soldagem 'narrow gap'

A soldagem "narrow gap" ou chanfro estreito, também conhecida como NGW - Narrow Gap Welding - utiliza multipasse na união de chapas espessas, nas quais as juntas a soldar são muito próximas e retas. As aberturas mínimas partem de 12,7mm (1/2"). Este tipo de soldagem foi desenvolvido para soldagem ao arco elétrico pelos processos MIG/MAG, arco submerso e, em alguns casos, arame tubular. No processo MIG/MAG, este tipo de soldagem é vantajoso para unir chapas espessas de aço- carbono e de baixa liga, com um mínimo de deformação; no entanto, são necessárias algumas adaptações ao equipamento.

 

preparação do chanfro no sistema "narrow gap'

Uma característica importante da soldagem "narrow gap", do ponto de vista econômico, é a preparação do chanfro, em função das espessuras de chapa a serem soldadas.

As geometrias típicas do chanfro estreito admitem cobre-junta de cerâmica, de aço e de aço flexível.

A preparação do chanfro estreito é simples porque se faz apenas um único corte na peça de trabalho, por meio de oxicombustão.

O tempo dispendido na preparação do chanfro exige um duplo V com pelo menos seis cortes.

 

equipamento para o sistema "narrow gap'

O equipamento para o sistema "narrow gap" é o mesmo utilizado nos processos MIG/MAG, arame tubular e arco submerso, porém com algumas adaptações; é necessário projetar tochas ou bicos especiais para resfriamento da água, isolamento elétrico no bico de contato e dispositivo de proteção gasosa, quando requerido. Também é necessário prever um sistema de alimentação de arame, que pode ser o sistema-padrão da máquina,


 

um sistema de oscilação de arame e um sistema de controle de fusão com arame reto. Outras adaptações que devem ser incorporadas ao equipamento são sistemas de segmento de juntas (Seam-tracking System), dispositivo de monitoramento óptico de arco e sistema de sensoriamento para manutenção constante da distância entre o tubo de contato e a peça, conhecido como AVC (Automatic Voltage Control).

 

oscilação do arame

O uso de automação no processo MIG/MAG demanda diversas técnicas ou formas de trabalho com o movimento de oscilação do arame para a deposição. O objetivo dessas técnicas é obter total fusão nas lateriais do chanfro, evitando também inclusão de escória. O equipamento é o mesmo, o que muda é o tipo de oscilador. A oscilação pode ser feita com dois arames, com oscilação lateral, com movimento rotacional, com oscilação por deformação do arame e com arame torcido.

O trabalho com o sistema "narrow gap" automatizado admite, em algumas situações, o uso de cobre-juntas para suportar o metal fundido. Os cobre-juntas podem ser de cobre ou de aço com fluxo.

 

parâmetros da soldagem 'narrow gap"

Os parâmetros empregados na soldagem "narrow gap' não variam significativamente; basta que se façam as adaptações necessárias às novas condições de soldagem do chanfro. Os parâmetros recomendados para a soldagem "narrow gap" pelos processos MIG/MAG, utilizando uma mistura de argônio e CO2 como gás de proteção, são mostrados no quadro.

 

 

 

vantagens da soldagem 'narrow gap"

Quando se utiliza a soldagem "narrow gap" nos processosMIG/MAG, não há necessidade de remover a escória.

A redução no volume de material depositado é um fator muito importante nos custo de fabricação do produto, pois o "narrow gap" requer um número menor de passes de soldagem devidoàs dimensões do chanfro. Por exemplo, uma chapa de aço com espessura de 51 mm soldada pelo processo MIG/MAG com "narrow gap" requer entre 10e14passes, enquanto que no processo convencional MIG/MAG são necessários aproximadamente 40 passes de soldagem.

Outras vantagens do sistema "narrow gap" são a redução das tensões residuais, a possibilidade de automatizar o sistema e a alta produtividade, pois a preparação do chanfro é simplificada e as distorções são pequenas.

 

desvantagens da soldagem "narrow gap"

As desvantagens no uso do sistema "narrow gap" dizem respeito principalmente aos parâmetros de soldagem e ao chanfro, que devem ser muito mais precisos do que nos processos convencionais; isto implica um custo maior, pois o equipamento exige adaptações e investimento em acessórios.

 

CAD e CAM na automação

Um dos fatores mais importantes na automação da produção é, sem dúvida, a possibilidade de introduzir o computador como auxiliar, tanto na elaboração dos projetos, quanto na fabricação dos produtos.

Um desenho de engenharia pode ser preparado por meios que não usem instrumentos convencionais, como grafite, tinta, papel vegetal ou poliéster. A alternativa atual é preparar o desenho com o auxílio de computador. Este método é conhecido como CAD - Computer Aided Design - desenho auxiliado por computador ou projeto e desenho auxiliados por computador, e rapidamente substituiu o desenho manual.

CAM é a sigla para Computer Aided Manufacturing - fabricação auxiliada por computador. Este é o sistema automatizado introduzido na produção e que trabalha em conjunto com o CAD.

Os sistemas CAD e CAM começaram a ser comercialmente utilizados nas indústrias em 1964. O primeiro sistema completo foi considerado disponível em 1970. No final de 1981, menos de 5.000 sistemas estavam sendo usados na indústria americana, apenas pelas empresas de grande porte.

A queda de preço dos hardwares tornou os sistemas CAD e CAM mais populares e seu crescimento aumentou ao longo da década de 80, passando de 12.000 em 1983 para mais de 63.000 em 1988. No Brasil, a implantação destes sistemas teve início em 1988.

 

expressões comuns da automação

É útil conhecer os significados e a tradução das siglas e expressões mais utilizadas na área de automação.

CAD - Computer Aided Desing - desenho auxiliado por computador.

CAE - Computer Aided Engineering – engenharia integrada por computador.

CAM - Computer Aided Manufacturing – fabricação auxiliada por computador.

CAE/CAD/CAM - estação de engenharia que opera desde o desenho até a fabricação do objeto ou peça.

CIM - Computer Integrated Manufacturing – fabricação integrada por computador.

Caneta óptica - dispositivo de entrada de dados que trabalha diretamente sobre a tela do monitor.

CPU - Central Processing Unit - Unidade central do computador que executa processamento lógico.

CRT - Cathode Ray Tube - Tubo de raio catódico ou tela do monitor de vídeo.

Joystick - Dispositivo de entrada de dados que controla diretamente o cursor por meio de movimentos.

Memória RAM - Random Access Memory - memória de acesso aleatório - informação que pode ser armazenada ou lida, mas se perde quando a energia é desligada.

Memória ROM - Read only memory - memória somente para leitura - a informação é permanentemente armazenada e só pode ser lida, nunca apagada por falta de energia.

Mesa digitalizadora - Dispositivo de entrada de dados gráficos por meio de coordenadas, seleção de objetos e digitalização.

Plotter - Plotadora - Dispositivo de saída de desenhos do computador, gráficos e tabelas.

 

funcionamento do sistema CAD/CAM

 Projetistas e engenheiros interagem com o computador por meio de um terminal gráfico, projetando e produzindo uma peça do começo ao fim. Na fábrica, a equipe de produção que está na mesma rede em que os projetistas, converte os programas em linguagem de máquina e faz acionar os equipamentos (fresadoras, linha de montagem, etc.).

sistema CAD

O sistema CAD é empregado na indústria aeroespacial para testes de estruturas, nos projetos de hidráulica e em configurações; na arquitetura, na confecção de plantas, secções, elevações, perspectivas, estrutura, nos cálculos de perda de calor e nos projetos das partes hidráulica e elétrica de uma construção; na indústria automotiva, nos projetos de cinemática, hidráulica, sistemas de direção, pneus e na parte elétrica; na indústria elétrica, em esquemas de controle e diagramas de conexão; na eletrônica, em diagramas esquemáticos, placas de circu ito impresso e projetos de circuitos integrados; na mecânica, nos projetos de máquinas, leiaute de equipamentos para corte de chapas, robótica e no projeto de ferramentas; na hidráulica, em esquemas hidráulicos, diagramas isotérmicos e projetos de vasos de pressão.

O emprego do sistema CAD apresenta algumas vantagens, como aliviar desenhistas e projetistas do tédio, eliminar desenhos manuais, executar tarefas com alta velocidade, possibilitar revisões rápidas e corretas, reduzir tempo de desenho, melhorar a fluidez dos projetos, aumentar a criatividade e produzir com alta precisão sem, no entanto, substituir o indivíduo. As desvantagens do emprego do CAD são o custo inicial alto, a diminuição dos postos de trabalho, a sobrecarga de eletricidade devido ao uso dos computadores em rede e a fadiga ocular causada ao trabalhador.

O sistema CAD é composto de software, hardware e acessórios que permitem processar as informações e transmiti-las para o segmento posterior de fabricação. Todos esses elementos formam uma estação de trabalho CAD. O sistema compreende monitor, mesa digitalizadora, mouse, teclado e caneta óptica, conectadas à CPU. A CPU processa as informações com auxílio do software aplicativo e as envia para a impressora e para a plotter, no caso de registro impresso, e/ou para o CAM, sistema em rede que compartilha operações da empresa inteira.

sistema CAM

O sistema CAD pode simular, no monitor, a movimentação real de um robô, sem que exista o movimento físico do equipamento. Este procedimento é comumente usado para descrever a cinemática ou movimentação de um modelo durante a fase de projeto; através do programa, transmitem-se dados para o robô que pode repetir toda a seqüência na programação "off-line".

 

o CAD auxilia a programação do robô e permite, ao mesmo tempo, a execução de outra tarefa

 

O sistema CAM contém um componente funcional chamado CNC ou comando numérico computadorizado, que controla o programa do equipamento para fabricar a peça automaticamente. As áreas de atividades do CAM dizem respeito a comando numérico, robótica, planejamento do processo e administração da fábrica.

O comando numérico computadorizado é responsável por controlar um caminho de corte da ferramenta de máquina, com informações pré-gravadas.

A robótica é a técnica que efetua uma grande variedade de funções de manejo de material, desde o posicionamento das peças até a soldagem.

O planejamento de processo é a seqüência de passos de produção que descrevem o estado da peça de trabalho em cada estação de trabalho.

A administração da fábrica coordena as operações de uma fábrica inteira, inclusive o planejamento de requisição de material, conhecido pela sigla MRP (Material Requirements Planning).

Além dos robôs de processos, as máquinas CNC e computadores formam um sistema em rede que compartilha fatos sobre operações da empresa inteira. Este sistema é conhecido por CIM ou produção integrada por computador (Computer Integrated Manufacturing). O CIM integra o processo de produção que coordena operações entre robôs e CNC e acompanha o trabalho em seus mínimos detalhes.