Cuando las tolerancias en la soldadura se convierte en un martirio

Componentes mal prefabricados, problemas con la sujeción correcta, distorsión del material debido al calor del proceso... muy a menudo es un gran reto cumplir las tolerancias de posición requeridas durante la soldadura. ¿Le suena familiar?  

Con la soladura manual, las irregularidades pueden ser niveladas bastante bien, con buenas habilidades de soldadura. La soldadura automatizada y soldadura con robots son un tema aparte. Aquí, el problema se resuelve en formas diferentes. Desde “simplemente añadiré más alambre de soldadura al proceso y la junta estará suficientemente rellena” hasta “confiamos exclusivamente en el seguimiento óptico automatizado de las juntas porque sencillamente no podemos permitirnos costosas repeticiones o incluso rechazo de piezas”. 

En este blog, nos gustaría presentarle diferentes enfoques sobre cómo puede cumplir las tolerancias de soldadura especificadas en la soldadura automatizada y la soldadura con robots de acuerdo con las distintas normas DIN. Estará sorprendido: lo que parece una solución de poco presupuesto se convierte en una pérdida de dinero a la larga. Por otro lado, las inversiones inicialmente difíciles pueden ahorrar tiempo y dinero durante su utilización. 

Antes de soldar hay que "localizar"

Antes de que un robot o máquina de soldadura pueda hacer un cordón, debe saber dónde se localizan las uniones. Por supuesto se lo especifica al robot de soldadura. En la realidad, sin embargo, la unión no es exactamente la misma cada vez. Por lo tanto, el reto consiste en soldar con buena calidad a pesar de las diferentes posiciones, tamaños y anchuras reales de las juntas, etc. 

Si las tolerancias son excedidas, la soldadura esta defectuosa y se tiene que rehacer o incluso desecharse.

Existen 3 enfoques para compensar los problemas antes mencionados:

1. Manejo convencional del proceso
2. Localización de cordones
3. Seguimiento de cordones

El más utilizados: Manejo convencional del proceso

El manejo convencional del proceso involucra enfoques que intentan lograr una calidad de soldadura satisfactoria minimizando el esfuerzo. Éstas son: 

1. Utilizar más alambre de soldadura y asegurarse de que la soldadura está sobredimensionada y sobrellenada para garantizar que la junta es soldada
2. Intentar que los componentes se encuentren mejor preparados después de las fases anteriores del proceso, lo cual es difícil de controlar
3. Usar dispositivos de sujeción más complejos 
4. Posiblemente cambiar la secuencia de soldadura para reducir al máximo la distorsión térmica. 
5. Programar el robot con mayor precisión, lo que supone una batalla en constante cambio a medida que cambian las posiciones de las piezas, y exige actualizar constantemente el programa del robot. 

Ventaja:

Implica poca inversión. Excepto por los dispositivos de sujeción optimizados, que suelen ser más caros, o las inversiones en la formación continua de los programadores de robots.

Desventajas:

Implican tiempo,

• si se aplica demasiado material de relleno y se introduce energía - y puede requerir un re trabajo posterior
• en caso de re programación, debido a que la posición de la soldadura tiene que ser ajustada frecuentemente para piezas cambiantes. Esto también requiere más personal cualificado
• porque los componentes defectuosos ya han sido producidos, y la re programación es reactiva

Encierran costos ocultos,

• si hay que retocar componentes mal fabricados
• porque más material utilizado para el alambre de soldadura también significa un mayor consumo de gas de protector a una velocidad de soldadura más lenta 

Dificulta asegurar la calidad,

• porque hay que re trabajar y volver a inspeccionar demasiados componentes defectuosos

Consumo de tiempo: búsqueda del cordón

Hay dos formas de buscar cordones para compensar las tolerancias: de forma táctil, es decir, tocando el alambreo o la tobera de gas, o bien, de forma óptica. 

Con la localización táctil de cordones, el robot debe detectar primero dónde va a comenzar la soldadura. Para ello, se acerca al componente hasta que entra en contacto con el alambre de soldadura o la tobera de gas. 

Ventaja:

• Todo lo que requiera está usualmente incluido en el sistema  
• No requiere costos adicionales 

Desventajas:

• La junta para soldar debe ser grande, por lo menos de 2-3 mm 
• Sólo es adecuado para recorridos de soldadura cortos y no para el seguimiento de cordones en línea
• No mide la geometría del cordón, como huecos o desplazamientos
• Requiere la re programación del robot de soldadura  

La búsqueda óptica del cordón tiene 3 enfoques diferentes:

Un punto láser se desplaza en ángulo recto sobre la superficie del componente y lo escanea sin tocarlo. El robot recibe la información de dónde debe comenzar el proceso de soldadura. 

Ventajas:

• Es más rápido que el seguimiento táctil de cordones, pero aún lento
• Alternativa generalmente rentable en comparación con la triangulación
• Adecuado para cordones cortos y largos 

Desventajas:

• Requiere características de soldadura claras para reconocer la unión 
• Los costos de inversión en el sistema del sensor y su instalación 

Esta tecnología también realiza una medición de distancia sin contacto mediante una triangulación láser. Para ello, un diodo láser semiconductor proyecta una línea láser sobre la pieza directamente debajo del cabezal del sensor. El cabezal del sensor está equipado con una cámara que registra la forma reflejada por la pieza de trabajo y puede utilizarla para medir la posición de la junta. 

Ventajas:

• Sistema muy rápido, las mediciones laterales y de altura son posibles en menos de 1 segundo
• Sistema muy flexible que puede utilizarse para muchos tipos de cordones, especialmente bueno para cordones cortos como la soldadura por puntos
• Detección sin contacto 

Desventaja:

• Costos de capital más altos que otras técnicas de búsqueda descritas anteriormente para el sistema de sensores y su instalación

Una cámara utiliza un algoritmo para identificar la posición de la junta basándose en las diferencias de brillo entre la junta y el material alrededor. Este principio funciona antes de la ignición del arco, pero se altera fácilmente por cambios en la iluminación o en el acabado de la superficie o los materiales. Este método no es adecuado para el seguimiento del cordón durante la soldadura, ya que la luz de soldadura es un factor perturbador importante. Existe en el mercado un sistema de cámara de Novarc que se utiliza en el robot de soldadura tubular SWR.

Ventajas:

• Mide los lados de una junta rápidamente
• Adecuado para cordones cortos y largos

Desventajas:

• Requiere contraste para reconocer la junta y las características
• Muy sensible al acabado superficial de los componentes
• Muy sensible a las interferencias ópticas (luz diurna, iluminación interior, etc.)
• Altos costos de inversión para el sistema de sensores y su instalación

Eficiente: seguimiento del cordón

La forma más eficiente de mantener la tolerancia es mediante el seguimiento de los cordones, ya que es confiable y permite ahorrar costos de re procesos. Existen seguimiento táctil y óptico del cordón. 

El seguimiento táctil del cordón tiene 2 enfoques: 

Ventajas:

• El sistema ya incluye todo lo necesario para este tipo de seguimiento de cordón. Por lo que ya no es necesaria una inversión adicional
• Apto para cordones de soldadura largos y para seguimiento  

Desventajas:

• Búsqueda del cordón lenta, por lo que, el ciclo será más largo
• Las láminas o chapas deben ser más gruesas
• Hay que zigzaguear para poder rastrear, por lo que las velocidades de soldadura son inherentemente más lentas 

Ventajas:

• Procedimientos relativamente asequibles  
• Manejo sencillo 

Desventajas:

• Medición imprecisa
• No es posible la soldadura adaptativa
• Sólo para soldadura mecanizada, no para soldadura robotizada 

El seguimiento óptico del cordón también tiene 2 enfoques prácticos:

Ventajas:

• Búsqueda rápida del cordón y soldadura a la máxima velocidad de proceso
• La medición de la geometría del cordón puede permitir un control adaptativo y una soldadura optimizada
• Adecuado para muchos tipos de cordones, cordones de soldadura largos y también para seguimiento 

Desventaja:

• Altos costos  
• Se requiere experiencia con conexión a controlador de robot o PLC 

Ventajas:

• Procedimiento rápido
• Excelente para soldadura de cordones largos, también para seguimiento 

Desventajas:

• Tecnología más costosa que sólo es adecuada para unas pocas aplicaciones
• Gran reto a la hora de interpretar correctamente la imagen de la soldadura para medir la posición del cordón
• Aplicación muy específica 

Conclusión

Solo una tecnología es lo suficientemente flexible para ser usada en varias aplicaciones: seguimiento óptico de cordones mediante triangulación láser. Es el único método capaz de reconocer las deformaciones dinámicas de un componente, como la distorsión causada por el calor del proceso, y de compensar las tolerancias de soldadura en tiempo real.

El seguimiento óptico de juntas con los sensores IST ARC de ABICOR BINZEL corrige la trayectoria de la soldadura en tiempo real. Pueden reconocer y seguir uniones de piezas a partir de un ancho de separación de 0,1 mm. 

Por supuesto, no existe una solución “única” para el seguimiento de cordones. Cada aplicación es individual. Si busca un enfoque que pueda ofrecer la mejor combinación de velocidad, confiabilidad y flexibilidad, lo mejor es el seguimiento óptico de cordones con triangulación láser. 

¿Ha tenido ya experiencia con los sistemas aquí mencionados? ¡Cuéntenoslo aquí! 

Source Image 4: https://www.carpano.it/tactile-seam-tracker-ig-3/