Lasmechanisatie. complex of toch nog eenvoudig

Transcriptie

1 Lasmechanisatie complex of toch nog eenvoudig BIL / NIL Lassymposium, 24 en 25 november 2009, Gent, België Product Informatie Bulletin Ongeacht het lasproces dat men kiest, is de hoogste productiviteit slechts haalbaar indien het smeltbad zo groot mogelijk is. Dit uiteraard zonder in de problemen te komen omdat het smeltbad neigt uit te zakken of weg te lopen. Aan bovengenoemde voorwaarden voldoet alleen de laspositie onder de hand. Een grote stroomdichtheid in combinatie met een hoge inschakelduur is alleen mogelijk indien men mechaniseert. Mechaniseren en/of automatiseren, kan van een eenvoudige oplossing tot zeer complexe systemen. Doel is: een constante laskwaliteit garanderen bij een verhoogde productiviteit en dus lagere productiekosten. In dit artikel worden een aantal praktijkvoorbeelden besproken die juist door de eenvoud vaak over het hoofd worden gezien. Inleiding Om in de huidige tijd concurrerend te zijn met producten waar veel laswerk in zit, zal de lastechniek geoptimaliseerd moeten worden ten aanzien van lassnelheid wanneer het gaat om complexe delen en ten aanzien van neersmeltsnelheid als het gaat om grotere dikten. Een eerste stap is een verhoogde mechanisatiegraad om de reproduceerbaarheid en de inschakelduur te vergroten en als tweede stap zal de lassnelheid en/of de neersmeltsnelheid dienen te worden verhoogd. Mechaniseren vs laskosten Onder mechanisering wordt verstaan het vervangen van handmatige handelingen door het gebruik van machines. Zo kan men stellen, mechaniseren is niets anders dan het verlagen van de laskosten door efficiënter te gaan werken. De échte laskosten zijn terug te leiden tot de relatie tussen drie te beïnvloeden hoofdzaken, dit zijn de lasnaadinhoud, de inschakelduur en de neersmeltsnelheid. Laskosten = E Figuur 1. Over ergonomie gesproken! Lasnaadinhoud x Inschakelduur x totaal bedrijfs uurloon Neersmeltsnelheid Lasnaadinhoud Bij de keuze van de juiste lasnaadvorm spelen vele zaken een rol, die terug te voeren zijn tot maar 3 principiële invloedsfactoren, te weten; het te lassen materiaal type en materiaaldikte, lasproces en laspositie. In dit artikel zullen materiaaltype en dikte buiten beschouwing blijven. Lincoln Smitweld bv, Postbus 253, 6500 AG; Nieuwe Dukenburgseweg 20, 6534 AD Nijmegen 1

2 Laspositie Het doel van lasmechanisatie is het verhogen van de productiviteit, dus meer product maken in dezelfde tijd, hetgeen neerkomt op zoveel mogelijk lasmateriaal neersmelten per tijdseenheid waarbij de Figuur kg rolstelling Figuur kg draaitafel laskwaliteit nog steeds gegarandeerd kan worden. Dit is in principe alleen mogelijk met het lassen onder de hand (PA/PB). Alleen in deze positie is het lasproces pas echt te optimaliseren, dat wil zeggen, er uit halen wat er in zit of vertaald naar praktijkomstandigheden, lassen met de maximaal mogelijke lasstroom/snelheid waarbij het lasbad nog goed beheersbaar is. Een goede uitrusting van de werkplaats is dan een voorwaarde. Alle klassieke lasprocessen zijn met eenvoudige productiemiddelen te mechaniseren. Het gaat dan om goede en van voldoende capaciteit van de lasapparatuur zoals stroombronnen, manipulatoren, stelmallen, klembanken, etc. Figuur 2 en 3 geven enkele voorbeelden van eenvoudige productiemiddelen. Deze voorbeelden geven duidelijk weer dat de positionerings apparatuur product gerelateerd zijn. Voor de handling van grote en/of zware constructies heeft men geheel andere productiemiddelen nodig. Uiteraard bestaat niet altijd de mogelijkheid om elk product zo te manipuleren dat elke lasnaad in de onder de hand positie te manouvreren is. Zo zijn er producten die men in de verticaal opgaande positie dient te lassen. Ook langere laslengtes in de onder de hand positie zijn vaak eenvoudig te mechaniseren. Hierdoor kunnen lasprocessen toegepast worden die een hoge neersmeltsnelheid/lassnelheid geven en de mogelijkheid van mechanisatie waardoor de inschakelduur aanzienlijk verhoogt kan worden. Neersmeltsnelheid De neersmeltsnelheid van lasmaterialen in de verschillende processen is uiteraard een van de meest belangrijke factoren in de berekening van de kosten van de las. De neersmeltsnelheid wordt beïnvloedt door de keuze van: Lasproces * stroomsterkte * stick-out Lastoevoegmateriaal * hoog rendements elektrode * massieve vs gevulde draad * type laspoeder Diameter toevoegmateriaal Rendement toevoeg./proces Inschakelduur proces Beschermgas samenstelling, etc. Deze smeltsnelheid wordt voornamelijk bepaald door de stroomdichtheid die op het stroomgeleidende deel van het lastoevoegmateriaal bij stabiele boogcondities toegepast kan worden, dit wordt uitgedrukt in A/mm². Een grotere draaddiameter geeft alleen een grotere neersmelt indien de stroomdichtheid ook toeneemt, dus bij een veel hogere stroomsterkte. Inschakelduur Inschakelduur is de tijd dat de boog ook daadwerkelijk brand in relatie tot de totale werktijd. De inschakelduur kan men bepalen per uur, per dag, per week, per jaar of per project. Indien de boog gedurende een werkdag van 8 uur twee uur brand dan is Lincoln Smitweld bv, Postbus 253, 6500 AG; Nieuwe Dukenburgseweg 20, 6534 AD Nijmegen 2

3 de inschakelduur 25%. Onder normale werkplaatscondities is het niet haalbaar de inschakelduur voor niet-gemechaniseerde lasprocessen boven 25-30% te tillen (tabel). De inschakelduur is het hoogst wanneer de omstandigheden voor de lasser het meest aangenaam zijn. Eenvoudige hulpmiddelen zoals een stoel, een kleine draaitafel (figuur 3), een kleine rolstelling (figuur 2) of andere kleine manipulatie apparatuur dragen direct bij tot een hogere inschakelduur (figuur 4). Lasproces Gemiddelde Inschakelduur [%] Opmerkingen MAG: massieve draad FCAW: gevulde draad Handmatig Gemechaniseerd Handmatig Gemechaniseerd Gemechaniseerd minder vermoeiend t.o.v. handmatig lassen Figuur 4. Eenvoudige hulpmiddelen voor de lasser. Denk altijd aan ergonomie. Ergonomie is de leer van de menselijke arbeid, wetenschap van de hulpmiddelen en omstandigheden, die menselijke arbeid zo efficiënt mogelijk maken. Lasprocessen Indien men over eenvoudige of complexe mechanisatie spreekt dan kan er een onderscheidt gemaakt worden in lasprocessen. Enkele voorbeelden van een lage mechanisatiegraad zijn het lassen met gevulde draad met en zonder gasbescherming (fig. 5), het lassen onder poeder met een massieve of gevulde draad (metaalpoeder of basisch), maar ook de onder poeder varianten twin-arc, tandem, long stickout. De lasprocessen Twin-MIG & Tandem-MIG met een massieve of metaalpoeder gevulde draad zijn typische lasprocessen voor een volledige mechanisatie, ook wel automatisering of robotisering genoemd, zie figuur 6. Figuur 5. Voorbeelden van lage mechanisatiegraad Lincoln Smitweld bv, Postbus 253, 6500 AG; Nieuwe Dukenburgseweg 20, 6534 AD Nijmegen 3

4 Torches and Torch Bracket Robot Controller Synergic 7F Drive Heads Robot Interface Box Wire Conduits POWERWAVE 450 POWERWAVE 450 Robotic PowerWave s Figuur 6. Voorbeeld van volledige mechanisatie, robotisering Wire Spools Power Input Cable Assembly 8 min lastijd 38 min boven het hoofd onder de hand afmeting las Figuur 7. Invloed laspositie op de lastijd 10 mm Efficienter lassen met behulp van mechanisatie Stap 1 - Optimaliseren Het afstemmen van de laspositie, naadvorm en voorbereiding op productiemogelijkheden. Door slim te ontwerpen kan men proberen de meeste lasmeters in de meest gunstige laspositie onder de hand te brengen. Dit levert een eerste besparing op zonder verdere investeringen. Stap 2 - Manipuleren Een handige vuistregel voor het wel of niet gebruiken van manipulatie apparatuur is: Onder de hand lassen bespaart 70 % tijd ten opzichte van het lassen in positie (figuur 7). Soms is een eenvoudige steun al voldoende om een werkstuk zodanig te plaatsen dat de hoeklassen ineens in het gootje komen te liggen. Hebben de werkstukken een meer complexe vorm, overweeg de aanschaf van een manipulator en hou rekening met bovenstaande vuistregel. De kwaliteit van het laswerk gaat er op vooruit, er zijn minder fouten, de fysieke belasting van de lasser is lager, de productie neemt toe; de totale productiekosten nemen af. Figuur 8. Manipulator voor het optimaal positioneren van complexe werkstukken Figuur 9. Standaard Manipulator Lincoln Smitweld bv, Postbus 253, 6500 AG; Nieuwe Dukenburgseweg 20, 6534 AD Nijmegen 4

5 Stap 3 - Hulpmiddelen Wanneer het werkstuk niet in de optimale positie geplaatst kan worden zijn er hulpmiddelen voor het lassen in positie: pendelaars en laswagentjes of combinaties daarvan. Deze eenvoudige hulpmiddelen verhogen de inschakelduur, de totale boogtijd neemt toe en met de boogtijd het aantal neergesmolten kilogrammen per uur. Ook hier geldt: De kwaliteit van het laswerk gaat er op vooruit, er zijn minder fouten, de fysieke belasting van de lasser is lager, de productie neemt toe; de totale productiekosten nemen af. Bij productie werk in bijvoorbeeld de pipeshop is de aanschaf van een pendelaar in combinatie met manipulator of rollenbok aan te bevelen (figuur 10 en 11). Figuur 10. Rollenbanken voor het manipuleren van tanks en vaten. Rollenbanken zijn verkrijgbaar van 1 tot meer dan 1000 ton Figuur 11. Pendelautomaat Stap 4 Eenvoudige laskolom Door gebruik te maken van een eenvoudige laskolom (figuur 12) of pistoolhouder wordt het mogelijk een laspistool, toorts of onder poeder lasinstallatie in de optimale laspositie te plaatsen boven een werkstuk. Juist bij het lassen van cilindrische werkstukken is het mogelijk met behulp van een rollenbank en laskolom de optimale laspositie onder de hand of op 12 uur te realiseren. Ook is het mogelijk de laskolom dusdanig te positioneren dat de lasarm in- en uitwendige de langs- en rondnaden ook in de optimale positie te lassen. Figuur 12. Eenvoudige laskolom Lincoln Smitweld bv, Postbus 253, 6500 AG; Nieuwe Dukenburgseweg 20, 6534 AD Nijmegen 5

6 Stap 5 Maximale mechanisatie/robotisatie Complexe mechanisatie met geïntegreerde besturing, zie figuur 13. Laskolom, met volautomatische besturing, lasnaadaftasting, hoogte- en zijderegelingen. Automatisch herkennen nieuwe panelen en sluitstukken. Figuur 13. Een typisch voorbeeld waarvan de naam Robot beter op zijn plaats is Conclusie Voordat er ook maar gedacht wordt aan mechanisering dient eerst gekeken te worden of een optimalisatie van de bestaande situatie mogelijk is. Dit kan in vele gevallen al door een simpele aanpassing van het ontwerp. Elk lasproces is te optimaliseren en kan gepaard gaan met een lage investering. Het doel van lasprocesoptimalisering is verhoogde productiviteit. Door eenvoudige hulpmiddelen, bijvoorbeeld positioneringsapparatuur, kan naast een verhoogde neersmeltsnelheid ook de inschakelduur verhoogt worden waardoor de productiekosten aanzienlijk kunnen dalen. Maak de juiste lasnaad en proces keuze. Gebruik de juiste hulpmiddelen en zorg voor gemotiveerde lassers c.q. operators. Lincoln Smitweld bv, Postbus 253, 6500 AG; Nieuwe Dukenburgseweg 20, 6534 AD Nijmegen 6