Hitsauksen mekanisointi ja automatisointi. SHY Seminaari / NWE Tampere / Olli-Pekka Holamo

Transkriptio

1 Hitsauksen mekanisointi ja automatisointi SHY Seminaari / NWE Tampere / Olli-Pekka Holamo

2 Sisältö Mekanisoidaanko maailmalla? Hitsauslaitealan markkinat ja kehityssuuntia Miksi automatisoida/mekanisoida yleiset edut Automaatiotasot hitsauksessa miten löytää oikea ratkaisu Esimerkkilaitteistoja ja prosessiratkaisuja 2

3 Markkinat & Trendit Hitsausalan kokonaismarkkinat* [MEuro] ,3 31,47 44,23 APAC Americas EMEA * Globaali laite- ja lisäainemyynti (pl. kaasut) Arvioitu vuotuinen kasvu: 5-6 % 3

4 Markkinat & Trendit Prosessi (yleisimmät) MMA Käsin Mekanisoitu Automatisoitu X Globaalit hitsauslaitemarkkinat ilman lisäaineita olivat arvioilta MEuroa 2014 Kaarihitsaussovellukset edustavat n. 70 % osuutta Mekanisaation ja automaation osuutta kokonaisuudesta on vaikea arvioida Tarkat tilastot puuttuvat (pl. Robotiikka) Mekanisointi/Automaatiolaitteiden määritelmät ovat väljät ja prosessiriippuvaiset Mekanisointi- ja automatisointilaitteiden markkinoiden arvellaan kasvavan 7-12 % vuodessa! MIG/MAG/ FCAW X X X TIG X X X PAW X X X SAW X X Laser Muut Kitkahitsaus X X Pistehitsaus X X 4

5 Markkinat & Trendit Markkinoita ohjaavia tekijöitä Kasvava kysyntä kehittyvissä maissa Kasvava kysyntä metallituotteilla Hitsauksen suhteellinen edullisuus vs. muut liitosmenetelmät Tietotekniikan mahdollisuudet hitsauksessa Markkinoiden haasteita Kehittyneimpien valmistusmenetelmien hidas käyttöönotto vanhoilliset asenteet Kiivas kilpailutilanne Hitsauksen alalla useimmat mekanisointituotteet ovat olleet vuosia markkinoilla mikä erottaa ratkaisut? Onko alhainen hinta ainoa tapa? Osaavien hitsareiden puute 5

6 Markkinat & Trendit Kehityssuuntia hitsaavassa teollisuudessa Hitsauksen automatisointiasteen korottaminen Panostukset tuotekehitykseen Materiaalit Design Valmistusystävällisyys Panostukset hitsausteknologian hallintaan Prosessiosaaminen Laaduntuottokyky Asiakkaan investointikriteerit Kustannukset Suhteessa tuottoon Tehokkuus Helppokäyttöisyys Ei osa-optimointia Integroitavuus Ratkaisujen soveltuvuus eri käyttökohteisiin nyt ja tulevaisuudessa Ylläpito ja jatkuva tuki Elinkaariajattelu 6

7 Miksi mekanisoida? 1. Kilpailutilanne jatkuva parantaminen Kustannusten alentaminen Lyhyet toimitusajat Ei kompromisseja laadussa 2. Kyky täyttää loppuasiakkaan vaatimukset Teknisesti vaativat tuotteet ja asiakkaat: off-shore, öljyteollisuus, ydinvoimalat, prosessiteollisuus jne. Pätevien hitsarien puute 7

8 Miksi mekanisoida? Loppuasiakkaan edut: Korkealaatuiset tuotteet, kilpailukykysellä hinnalla ja toimitusajoilla. Hitsaavan yrityksen edut: Korkeampi kaariaikasuhde hitsaukessa = enemmän hitsejä / päivä / laite Optimoidut hitsausparametrit = maksimoitu tuottavuus / laite: Korkeampi lisäaineen sulatusteho (kg/h) Korkeammat kuljetusnopeudet (m/min) Hitsien tasalaatuisuus = vähemmän vaihtelua ja paremmin toleransseissa, jatkuva automaattinen seuranta= pienempi korjaustarve Hitsausaikojen vakioituminen = tiukka kustannuskuri ja tuotannonohjauksen helpottuminen Hitsarin edut: Parantunut työergonomia Parantunut työturvallisuus : pienempi altistuminen valokaarelle, hitsaushuuruille, kuumudelle jne. Mielekäs, haastava työ: Työnkuva suorittavasta valvovaksi, asiantuntemus voidaan keskittää valokaareen 8

9 Miksi mekanisoida? Muutos työtavoissa + prosessin edut = arvoa lisäävän työn osuuden maksimointi työpäivän aikana Kaariaikasuhteen nostaminen Prosessin optimointi % 30-60% + = % Tuottavuuteen Käsin hitsaus Mekanisoitu hitsaus Esim. Kemppi Wise Fusion tuo MIG hitsauksessa + 30 % lisää kuljetusnopeutta 9

10 Miten mekanisoida? Automaation tasot Automatisoitu Hitsausolosuhteiden (esim. railogeometria) ja parametrien reaaliaikainen seuranta ja arvojen muuttaminen. Automatisoitu polttimen liike yhden tai useamman hitsin osalta, (nopeus ja liikerata) & TKP:n asemaa korjataan sähköisesti automaattisesti. Hitsin haku suoritetaan automaattisesti. Polttimen liike yhden hitsin osalta, (nopeus ja liikerata) mekanisoitu & TKP:n asemaa korjataan sähköisesti Polttimen liike yhden hitsin osalta, (nopeus ja liikerata) mekanisoitu. TKP:n asemaa ja hitsausarvoja korjataan käsin Kaikki parametrit hallitaan käsin (pl. Mekaaninen langansyöttö) Adaptiivinen hitsaus Automatisoitu hitsaus Mekanisoitu hitsaus Käsihitsaus Adaptiivisin anturein ja ohjausalgoritmein varustetut ratkaisut Robottihitsaus Hitsausautomaatit TIG Orbitaalihitsaus Kehittyneemmät kuljetin mallit varustettuna motorisoiduin luistein ja anturein Kuljettimet radalla tai ilman - Suorat hitsit - Kehähitsit Pyörityspöydät + kiinteä poltin 10

11 Tyypillisiä ratkaisuja Polttimen liikuttaminen Kuvalähteet internet 11

12 Tyypillisiä ratkaisuja Työkappaleen liikuttaminen Kuvalähteet: internet 12

13 Investointi - Mikä taso sopii parhaiten? Laitteistokustannukset Koulutuskustannukset Työvoimakustannukset Käyttöönoton nopeus = milloin saavutetaan oletettu tuottavuusparannus täysimääräisesti (kts. seuraava kalvo) Elinkaarikustannukset Prossesin optimoinnista savuttettavat hyödyt Työnjohdon ja tuotannon johdon kustannukset Laadun hallinnan kustannukset (tarkastus) Laaduttomuuden kustannukset (hylky %, korjaus) Asiakassuhteet Joustavuus 13

14 Helppokäyttöisyyden merkitys Käytetty aika per hitsi [min] Jokainen uusi hitsaustilanne vaatii opettelua ja testailua Oppimiskäyrän alle jäävä kuvio kertoo kuinka paljon aikaa hukataan (=waste) opetteluvaiheessa ennen kuin tavoiteaika on saavutettu Helppokäyttöisillä järjestelmillä käyrä on jyrkempi ja alkaa alempaa -> säästöä syntyy koko elinkaaren ajan tavoiteaika per hitsi [min] 1 n Hitsinumero [-] 14

15 Kevyt mekanisointi hyvä vaihtoehto Kevytmekanisointi on ylivoimaisesti kustannustehokkain tapa parantaa tuottavuutta Telakat maailmalla toimivat hyvänä esimerkkinä Korea, Japani Siirtyminen puikkohitsauksesta MIG-hitsaukseen voi puolittaa sulatetun lisäainekilon hinnan Tältä tasolta kustannuksen puolittaminen edelleen vaatii automaatiota/mekanisointia Useissa tapauksissa kevytmekanisointiratkaisujen investoinnin taso on n. 1/4 tai vähemmän vs. vastaavaan tehon lisäyksen tuottaman automaatioratkaisun. Suhteellinen kustannus / hitsattu lisäaine kg 15

16 Esivalmistelun merkitys Siirryttäessä mekanisoituun tai automatisoituun hitsaukseen on kiinnitettävä erityistä huomioita myös hitsiliitoksen esivalmistelun laatuun. Koska adaptiivinen hitsaus on kallista tulisi railotilavuuden vaihtelu eliminoida -> Vaatimuksena koneistetut tai koneellisesti termisesti leikatut pinnat. Ohutseinämäisten putkien päittäisliitoksissa päädyn leikkauskulman tulee olla 90 astetta. Esim. käsin sahausta ei suositella. Putken ulkokehän tulee aina olla vakiomittainen Heftien hitsaukseen tulee olla hyvät ohjeet: muoto, sijainti Lähde: Protem SAS 16

17 Esivalmistelun merkitys juuripalon hitsaus MIG-hitsauksen kyseessä ollessa, asianmukaisesti esivalmisteltuun railoon voidaan suoraan hitsata myös pohjapalko mekanisoidusti WiseRoot+ prosessilla ja näin saavuttaa usein aikaisemmin ulottumattomissa olevia etuja. 17

18 Ratkaisuja MIG mekanisointiin A3 MIG Rail system 2500 A5 MIG Rail system 2500 A5 MIG Orbital system 1500 MagTrac F61 Technology - Akkukäyttöinen yksinkertainen kuljetinratkaisu - 2-säätönappia - Joustavat kiskot - Mg- tai vakuumikiinnitys - Kuljetin - Joustavat kiskot - Mg- tai vakuumikiinnitys - Vaaputus - Kaukosäädin - Integroitu virtälahteeseen - Mek. Poltin - Räätälöidyt erikoisprosessit - Kahdella moottorilla varustettu kuljetin - Kehäpanta kiskona - Vaaputus - Kaukosäädin - Integroitu virtalähteeseen - Mek. Poltin - Räätälöidyt erikoisprosessit - Voidaan käyttää myös suoralla kiskolla - Kuljetin - Mek.Poltin - Magneetti tartunta kappaleeseen Soveltuvuus kehähitseille ulkohalkaisija [mm] >1500 mm taivuttamalla kiskoja > 1500 mm taivuttamalla kiskoja mm NA Ref. pic. 18

19 Prosessiratkaisuja MIG mekanisointiin WisePenetration tarjoaa vakio tunkeuman riippumatta vapaanlangan pituuden vaihtelusta -> Kustannustehokas tapa välttää jatkuva polttimen korkeuden säätötarve 19

20 Prosessiratkaisuja MIG mekanisointiin RGT (Reduced Gap Technology) on Kempin kehittämä älykäs kapearailohitsausratkaisu, jonka avulla hitsaus onnistuu luotettavasti noin 30 mm:n ainevahvuuteen asti ilman erikoisvarusteita. Kaariaika Kaariaika, 45 o asteen railo: 810 s Kaariaika, 20 o asteen railo: 505 s Erotus 305 s, säästö kaariajassa 38% Lisäaineen kulutus Railon tilavuus, 45 o asteen railo: 372 mm 2 Railon tilavuus, 20 o asteen railo: 281 mm 2 Erotus 91 mm 2, säästö lisäaineen kulutuksessa 25% 20

21 Ratkaisuja TIG mekanisointiin A5 TIG Orbital system 75 A7 TIG Orbital system 150 A7 TIG Orbital system 300 Technology Ohjausyksikkö salkussa Erillinen TIG-virtalähde Suljetut hitsauspäät Kaulukset putken koon mukaan Virtälähde ja vesijäähdytys integroituna Suljetut hitsauspäät Kaulukset putken koon mukaan Virtälähde ja vesijäähdytys integroituna Avoin hitsauspää Ohjausrengas putken koon mukaan Putken ulkohalkaisija [mm] mm 3-152,4 mm ,6 mm Ref. pic. 21

22 TIG Orbitaalihitsauksen etuja Orbitaalihitsaus on teknisesti haastavaa TIG asentohitaus 5G Ohuet putken tyypillisesti RST (prosessiteollisuus) Monipalkoja vaativat tyypillisesti putket rakenneterästä (voimalaitosputkistot) Laatuvaatimukset korkeat (elintarvike- ja prosessiteollisuus) TIG prosessina antaa lähtökohtaisesti erittäin hyvän laadun Suurin haaste on prosessin vaatima käden tarkkuus hitsaajalta -> mekanisointi tarjoaa tähän täsmäratkaisun Siirryttäessä puikkohitsauksesta mekanisoituun TIG hitsaukseen varsinainen hitsausaika lyhenee tyypillisesti 25 % Lähde: Arc Machines Inc. 22

23 Ratkaisuja TIG mekanisointiin TIG Orbitaalihitsaus on pitkälle automatisoitua Nykyaikaisen laitteiston ohjausyksikkö tarjoaa Käyttöä yksinkertaistavia toimintoja kuten automaattisen ohjelman generoinnin vain muutaman putken mittoihin liittyvän perustiedon avulla Prosessiparametrien valvonnan hitsauksen aikana -> mahdolliset hitsausvirhepaikat tulevat ilmi 23

24 Ratkaisuja MIG robotisointiin KempArc Synergic 300/400/500 KempArc Pulse TCS KempArc Pulse 350/450 A7 MIG Welder 350/450 Technology - Welder Welder Welder Kenttäväylään perustuva kommunikointi robotin kanssa - Langan syöttöyksikkö DT400 - Ilma ja vesijäähdytteiset versiot - Welder TCS - Kenttäväylään perustuva kommunikointi robotin kanssa - Vesijäähdytysyksikkö - 2x langansyöttöyksikkö DT400 - Welder Welder Kenttäväylään perustuva kommunikointi robotin kanssa - Wire feeder DT400 - Ilma ja vesijäähdytteiset versiot Valmis paketti kaarihitsaukseen: - A7 MIG Welder A7 MIG Welder Kenttäväylään perustuva kommunikointi robotin kanssa - A7 MIG Wire feeder 25 - Kemppi polttimet - Ilma ja vesijäähdytteiset versiot - Polttimen puhdistusyksikkö Ref. pic. 24

25 Uusi standardi käyttäjäystävällisyyteen Selainpohjainen ratkaisu tarjoaa ethernet yhteyden kautta nykyaikaisen tavan asetusten tekoon ja järjestelmän hallintaan. Käyttäjätilien hallinta Muistikanavien asetukset Hitsausprosessilisenssien hallinta Kenttäväylä asetukset Lokikirja Käytetyiden hitsausarvojen näyttö Järjestelmäasetusten tallennus ja kopiointi mahdollista 25

26 Uusi standardi käyttäjäystävällisyyteen 26

27 Prosessiratkaisuja ohutlevyjen MIG hitsaukseen WiseThin+ Welding Details: Lap joint Filler Wire: Fe 1,0 mm SG3 Shielding Gas: Ar + 18% CO2 Welding Parameters: WiseThin+ Welding Speed: 140 cm/min WFS: 4,5 m/min FT: +4,0 Torch Angle: 15 pulling Parent Material: Fe 200x50 mm, t=1,0 mm 27

28 Prosessiratkaisuja ohutlevyjen MIG hitsaukseen WiseThin+ Welding Details: Corner joint -PG Filler Wire: Fe 1,0 mm SG3 Shielding Gas: Ar + 18% CO2 Welding Parameters: WiseThin+ Welding Speed: 140 cm/min WFS: 3,8 m/min FT: +2,0 Torch Angle: 15 pulling Parent Material: Fe 200x50 mm, t=1,0 mm 28

29 Prosessiratkaisuja ohutlevyjen MIG hitsaukseen WiseThin+ Welding Details: Lap joint Filler Wire: Fe 1,0 mm SG3 Shielding Gas: CO2 -> 50 % cost savings Welding Parameters: WiseThin+ Welding Speed: 140 cm/min 121 A 19,8 V Stick-out 12 mm Parent Material: Fe t=1,0 mm 29

30 Yhteenveto Teollisuus kasvattaa mekanisoinnin ja automaation osuutta hitsauksessa nopeammin kuin hitsausalan yleiset markkinat kasvavat Vältä osa-optimointia -> Älä hanki laitteita, hanki ratkaisu Laitteisto, prosessi, koulutus, tuki jatkossa Mekanisointi + prosessiosaaminen + tuotetieto = voittava yhdistelmä Joskus työtapoja on muutettava jotta koneille saadaan optimoitu käyttösuhde turhat odotusajat pois 30

31

32