Un’intera giornata dedicata alla Saldatura 4.0

Lo scorso 31 maggio, presso la sede di UCIMU – Sistemi per Produrre, si è svolta “Feel Weld!” 3 – “Sentire” la saldatura, terza edizione del convegno organizzato dall’Istituto Italiano della Saldatura sui “Recenti sviluppi e indirizzi per robotica, sensoristica e intelligenza artificiale applicati alla saldatura”. La giornata ha visto la partecipazione di un folto pubblico e ha posto l’attenzione sugli aspetti che
nella quarta rivoluzione industriale rendono sempre più irrinunciabile l’uso di alcune soluzioni innovative nei processi di fabbricazione mediante saldatura.

di Mario Lepo

La spinta di Industry 4.0 conferma il trend positivo non solo per il mercato dei robot – per il quale, oltre al record di vendite del 2016, le previsioni internazionali anticipano per gli anni 2018-2020 una crescita a doppia cifra per il mercato globale – ma anche, più in generale, per i processi di automazione, lo sviluppo di intelligenze artificiali, la gestione dinamica dei dati, che sembrano non avere arresto. Fra l’altro, in virtù dei loro evidenti punti di forza, i nuovi asset sono sempre di più uno strumento affidabile e flessibile, sovente irrinunciabile: grazie, infatti, ai miglioramenti nel campo della tecnologia digitale, della sensoristica, e grazie all’avvento risolutivo “dell’integrazione” nel processo produttivo, la soluzione integrata robotizzata è sempre di più la scelta principale per la saldatura di componenti critici ed è oggi, più che mai, alla portata anche di aziende medio piccole.
L’Istituto Italiano della Saldatura, attraverso l’organizzazione della terza edizione di Feel Weld, giornata dedicata ai “Recenti sviluppi e indirizzi per robotica, sensoristica e intelligenza artificiale applicati alla saldatura”, che si è svolta lo scorso 31 maggio 2018 a Milano presso l’UCIMU – Sistemi per Produrre, con il patrocinio di SIRI, Associazione Italiana di Robotica e Automazione e della nostra rivista Deformazione, media partner dell’evento, ha posto l’attenzione sugli aspetti che nella quarta rivoluzione industriale rendono sempre più irrinunciabili queste soluzioni innovative nei processi di fabbricazione con saldatura.

Parlando di taglio e saldatura laser
“La partecipazione da parte del pubblico è stata di quelle importanti sia dal punto di vista numerico – 120 persone circa – che qualitativo, “complice anche l’accredito di CFP per Ingegneri iscritti agli Ordini territoriali italiani” ha dichiarato l’ingegner Elisabbetta Sciaccaluga, Responsabile Tecnico del FeelWeld 3. Una decina le memorie che hanno attratto l’interesse attraverso racconti frutto dell’esperienza quotidiana di chi fa della robotica integrata il cuore dei propri processi di saldatura.
È il caso di Sandro Miliotti della O.ME.P spa di Pistoia che con il suo intervento di apertura dal titolo “Applicazioni e vantaggi della saldatura laser nella costruzione di veicoli ferroviari” ha parlato della propria esperienza diretta nell’impiego di un moderno impianto combinato di taglio e saldatura laser con ampia capacità di lavoro che gli ha permesso di maturare un’importante competenza sulla saldatura Laser Beam Welding (LBW) soprattutto applicata per il taglio e la saldatura delle fiancate laterali dei vagoni ferroviari.
“Dal CAM al robot. Programmazione off-line di una cella robotizzata per saldatura GMAW e FCAW tipo hard-facing e weld overlay” è stato invece il titolo della memoria presentata da Marco Bazzana dell’omonima Bazzana F.lli di Gambara in provincia di Brescia che, operando principalmente in ambito petrolchimico, per soddisfare le esigenze del mercato che richiede lead-time sempre più stringenti, nel 2015 ha deciso di gestire internamente le fasi di saldatura dei proprio componenti. Consapevoli delle difficoltà di gestione di un processo speciale, fin da subito si sono attivati per imparare un nuovo mestiere potenziando il reparto di saldatura attraverso investimenti mirati in tecnologia e formazione del personale.
Questa implementazione è oggi la chiave della versatilità della Bazzana F.lli che è in grado di offrire un servizio conto terzi completo in cui la programmazione off-line del processo di saldatura garantisce efficacia ed efficienza e costituisce il fondamento su cui l’azienda basa la qualità dei propri prodotti, nell’ottica di un continuo miglioramento.

Saldatura TIG automatica di serbatoi aeronautici
Gli impianti automatici per la saldatura e il controllo radiografico di serbatoi carburante utilizzati in campo aeronautico sono stati al centro della relazione presentata da Rinaldo Rigon e Mario Bianchi della Ecor International di Schio che hanno portato il loro contributo di conoscenza nel campo della saldatura TIG automatica di leghe di alluminio con materiale d’apporto con cui si supera efficacemente la variabile umana. Se i procedimenti manuali sono, infatti, fortemente influenzati dalla capacità del saldatore, con gli impianti automatici è invece possibile ridurre tale variabilità garantendo un’elevata stabilità dei parametri di saldatura.
La costanza dei parametri elettrici di tali impianti automatici unitamente a un avanzamento accurato permettono un controllo preciso dell’apporto termico in saldatura. L’alimentazione automatica di materiale d’apporto, le attrezzature di saldatura e di protezione gassosa predisposte consentono inoltre l’ottimizzazione dei risultati dal punto di vista geometrico oltre che estetico.
Ulteriori accorgimenti sono l’utilizzo di bobine pulite e disossidate imbustate sottovuoto, la loro installazione in un cabinet saturato di gas inerte per evitare il riformarsi dell’ossido superficiale e infine tutte le fasi di pulizia e decapaggio necessarie per mantenere un livello di pulizia spinto fino alla fase di saldatura.
L’implementazione di tutti questi accorgimenti si è resa necessaria a fronte dell’analisi dei requisiti qualitativi monto restrittivi richiesti nella produzione di componenti critici aeronautici quali i serbatoi di carburante oggetto della relazione. Dopo una prima fase sperimentale condotta mediante saldatura TIG manuale, Ecor International ha infatti deciso di investire nello sviluppo di una cella di saldatura robotizzata con apporto di materiale e sua protezione in gas inerte.

Saldare leghe di alluminio: esperienze dirette
La saldatura delle leghe di alluminio da sempre presenta elevate criticità dovute alla natura dell’alluminio stesso con le caratteristiche dei suoi ossidi superficiali e alle difficoltà intrinseche del processo di saldatura applicato. Di questo hanno parlato Mario Boschini di Roboteco-Italargon e Fabio Pagliero di Multitel Pagliero, azienda di spicco nel panorama dei produttori di piattaforme per il lavoro aereo che grazie all’impiego della tecnologia Tawers di Panasonic ha strategicamente sviluppato quasi tutti i propri prodotti in leghe di alluminio. Ciò ha permesso all’azienda guadagnare quote di mercato e di incrementare l’organico di addetti. La tecnologia di Roboteco-Italargon con i robot di saldatura Panasonic ha infatti introdotto il rivoluzionario sistema Tawers dove un’unica potente CPU sovraintende e gestisce sia la cinematica dei movimenti robot sia il controllo dei parametri d’arco incluso l’adduzione filo con il traino che è appunto il settimo asse del robot. Nel caso specifico sono stata descritte le principali caratteristiche del processo Super Active che, attraverso l’adduzione e retroazione del filo con frequenze superiori ai 100 Hz, permette di ottenere saldature anche su leghe di alluminio con ampia gamma di spessori.
La saldatura dell’alluminio era al centro anche del lavoro presentato da Stefano Bagalini della OMT S.p.A. di Tortona che ha parlato “dell’introduzione di un robot antropomorfo in sostituzione di saldatura 131-P semiautomatica e meccanizzata per la realizzazione di fondi e virole di cisterne per il trasporto carburante”. La memoria aveva lo scopo di illustrare lo start-up di questo impianto robotizzato a due isole per la saldatura tra profilo estruso e lente del fondo e tra profilo estruso del fondo e lamiera della virola della cisterna in lega di alluminio.

Saldatura GMAW ad alti volumi produttivi in celle automatizzate
Al fine di ridurre l’emissione di CO2 nel sistema dei trasporti e con un mercato sempre più attento alla riduzione del peso nei componenti per autovetture, i tecnici di Magneti Marelli divisione Sistemi di Scarico intervenuti al convegno hanno illustrato due esempi di come sia stata affrontata la saldatura GMAW ad alti volumi produttivi in celle automatizzate addette alla saldatura di manufatti di acciaio inox con spessori dei lembi saldati pari a 0,9-1 mm. Come ampiamente illustrato nel corso dell’intervento, la strategia è stata stabilità preliminarmente all’industrializzazione mediante una robusta diagnosi sperimentale delle condizioni di lavoro, con l’ausilio di strumenti matematico-statistici, con l’obiettivo della massima prestazione della caratteristica qualitativa del prodotto, il minimo impatto dei fattori di disturbo e minimizzazione dei costi di progetto.

Saldature robotizzate: controllo da remoto e adattabilità in process
L’esecuzione di saldature attraverso l’uso di robot antropomorfi per produrre componenti di turbomacchine unici o in piccola serie richiede continui cambiamenti dei processi legati alle variazioni delle geometrie e dei materiali da saldare. Tale variabilità deve essere bilanciata da soluzioni tecnologiche che rendano veloce e affidabile il passaggio da un componente al successivo attraverso l’utilizzo di sensori, realtà aumentata e intelligenza artificiale. L’applicazione di tecnologie avanzate per il controllo da remoto dei processi robotizzati, la possibilità di adattarsi autonomamente alle dimensioni effettive dei componenti e alle loro deformazioni in tempo reale, nonché la capacità di creare il percorso di saldatura in autoapprendimento riconoscendo il cianfrino sono condizioni necessarie per poter utilizzare applicazioni robotizzate in modo efficiente ed efficace nel nostro contesto industriale.
Nell’intervento di Massimo Guerrini e Lorenzo Bianchi della Nuovo Pignone Tecnologie di Massa, sono state illustrate soluzioni innovative per la saldatura ad arco con elettrodo infusibile robotizzata sviluppate presso i propri laboratori in collaborazione con la Scuola Superiore Sant’Anna. In particolare, si è parlato di Remote Welding, un innovativo sistema meccatronico nel quale l’operatore comanda un robot servo assistito mediante un’interfaccia visiva controllando in tempo reale la traiettoria e i parametri di saldatura. Tale soluzione elimina tutti i rischi di salute e sicurezza legati al possibile contatto con parti calde elettrificate con la possibilità di poter eseguire il controllo della saldatura anche lontano dall’area di lavoro.

Saldatura e placcatura robotizzate nell’Oli & Gas
L’obiettivo dell’intervento congiunto presentato dall’ingegner Antonio Mazzarelli di Lincoln Electric Italia, dall’ingegner Fabio Rossi di TSM srl e Simone Baldrighi della Tecnosaldo Pavese srl era di illustrare i miglioramenti produttivi introdotti dal processo Tandem MIG Robotico nel settore Oil & Gas. In particolare, è stata valutata l’applicazione dei processi Tandem MIG di Lincoln Electric alla saldatura e placcatura di tubi e raccordi in un esempio di integrazione dei generatori Lincoln Power Wave® su robot Yaskawa.
Partendo dalle attuali esigenze del settore, sono stati innanzitutto introdotti i processi Tandem MIG nelle due versioni Syncronized e Hot Wire e i loro principali campi di applicazione. È stato poi descritto il funzionamento del sistema WeldScore™, software brevettato da Lincoln capace di tracciare fino a 40 parametri con una velocità di 120 kHz, come strumento per il monitoraggio delle caratteristiche qualitative in processi a doppio filo. L’analisi ha poi proseguito con i test con cui è stata validata l’affidabilità del WeldScore™ nei processi Tandem MIG ed è terminata, quindi, con la presentazione delle prove sperimentali che mostrano come i procedimenti descritti possano essere estremamente efficaci in ambito industriale sia in termini di produttività che di controllo qualità.

Nuove prospettive nella simulazione dei processi produttivi di assiemi
A chiudere il ricco programma del convegno sono stati Lorenzo Iorio della ESI Italia di Bologna e Lorenzo Lavorini, della HitachiRail di Pistoia che hanno parlato di “nuove prospettive nella simulazione dei processi di produzione di assiemi complessi per migliorare qualità ed efficienza”. La diffusione di materiali e processi avanzati, infatti, rende ancora più problematico e complesso aumentare la produttività del ciclo di progetto e realizzazione di assiemi complessi, quali per esempio quelli utilizzati nell’industria dei trasporti. Allo stesso tempo, la competizione globale rende importante avere aure una qualità sempre maggiore, produzione “on demand” e a costi sempre più bassi. Ciò porta l’automazione al suo limite. Solo sistemi “intelligenti” riusciranno a coniugare queste opposte esigenze, grazie alla capacità di adattarsi a variabilità di condizioni di lavoro, materiali, usura e condizioni ambientali, mantenendo costante la qualità del manufatto finale. L’approccio innovativo “Hybrid Twin™” sviluppato da ESI va proprio in questa direzione.
Nella loro memoria, Iorio e Lavorini hanno parlato di un’esperienza “in progress” in ambito ferroviario, presso HitachiRail, in cui la distorsione dovuta al processo di saldatura automatizzato di una porzione di un assieme complesso viene predetta tramite simulazione numerica. Questo rappresenta il primo passo verso l’applicazione della metodologia ESI di Hybrid Twin™ di un impianto automatico più sofisticato, in fase di implementazione presso HitachiRail.

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