-
INGENIERIA MECATRNICA
NOMBRE DEL PROYECTO
ROBOT ORBITAL SOLDADOR POR ARCO CON ALAMBRE
CONTINUO PROTEGIDO CON GAS (GMAW)
PARA PASE DE RAZ.
PRESENTA
MENDOZA TERRAZAS MIGUEL NGEL
VELAZCO RAMREZ MANUEL ALEJANDRO
DEL NGEL AZUARA ANTONIO
SOTO MORA DAVID
N CONTROL:
086P0582
086P0533
086P0343
086P0273
Poza Rica de Hidalgo Veracruz, Mxico02 de julio 2012
INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE POZA RICA
-
1
NDICE
INTRODUCCION_______________________________________________________
PAG 3
CAPITULO
1___________________________________________________________ PAG
5
PLANTEAMIENTO DE EL
PROBLEMA____________________________________PAG 5
JUSTIFICACION________________________________________________________PAG
5
OBJETIVO
GENERAL___________________________________________________PAG 5
OBJETIVOS
ESPECIFICOS______________________________________________ PAG 5
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES______________________________________
PAG 6
SOLDADURA__________________________________________________________PAG
7
CONCEPTOS___________________________________________________________PAG
7
HISTORIA
_____________________________________________________________PAG8
PROCESO DE
SOLDADURA_____________________________________________PAG 8
SODADURA
MIG/MAG_________________________________________________ PAG 9
OPERACIN___________________________________________________________PAG
10
APLICACIN DE LA SOLDADURA
MIG/MAG_____________________________PAG 10
ALAMBRES TUBULARES
FACW_________________________________________PAG 11
TIPOS Y CARACTERISTICAS DE LA
JUNTA_______________________________PAG 12
PROCESOS DE SOLDADURAS EN TUBERIAS_____________________________
PAG 13
PUNTEADO___________________________________________________________
PAG 14
PASE DE
PENETRACION_______________________________________________ PAG
15
PASE DE
RELLENO____________________________________________________ PAG
16
PASE DE
PRESENTACION______________________________________________PAG
16
ENZAYOS Y PRUEBAS PARA LA CALIDAD_____________________________
PAG 18
DISCONTINUIDADES Y RIESGOS PARA LAS ESTRUCTURAS METALICAS_
PAG18
CALIFICACION DE
PROCEDIMIENTOS__________________________________PAG 18
PRUEBAS
DESTRUCTIVAS_____________________________________________PAG 19
PRINCIPIOS DE LA
ROBOTICA________________________________________ PAG 20
ROBOTS
MOVILES____________________________________________________PAG
20
ESTRUCTURA DE UN
ROBOT__________________________________________PAG 20
-
2
ESTRUCTURA
MECANICA____________________________________________PAG 21
APLICACIN Y RESULTADOS
________________________________________PAG 23
DIAGRAMA DE
BLOQUES____________________________________________PAG 23
BIBLIOGRAFIA______________________________________________________PAG
32
ANEXO
_____________________________________________________________PAG
33
ANEXO
2____________________________________________________________PAG
37
PANTALLAS DE SIMULACION _______________________________________
PAG 41
-
3
INTRODUCCIN
El avance de la tecnologa y las altas demandas como exigencias
en la calidad de
produccin nos da la necesidad de la implementacin de nuevos
proyectos mecatrnicos
capaces de realizar una tarea y satisfacer varias necesidades as
como salvaguardar la vida
humana.
Es por este motivo que se presenta en esta propuesta, la
elaboracin de un robot que realice
tareas de soldadura en superficies cilndricas.
Con este proyecto se pretende realizar el proceso de soldadura
dependiendo solo de un
operador que supervise y ajuste el proceso, as como personal
adecuado para la colocacin de la
pieza.
El documento ir presentando los temas de mayor inters as como el
proceso completo para
el soldado de tubos, los conceptos bsicos para el mejor
entendimiento del contenido y anexos
con las hojas de caractersticas manuales de operacin y
documentacin que aportara un
conocimiento extra acerca de temas relacionados con la
propuesta.
La soldadura es de las tcnicas de unin ms antiguas, pero muy
usadas en la industria por
su gran nmero de procesos, la calidad, seguridad y factibilidad
de ellos.
Existen procesos de soldadura que son muy fciles de aplicar pero
muy complicados para
automatizar, pero tambin los hay muy fciles, desde poner un
punto de soldadura en una
coordenada especifica hasta aplicar un cordn completo en una
pieza; es decir, unirla en su
totalidad.
Un robot tiene el fin de realizar tareas sin la intervencin del
hombre. Debe de cumplir
ciertas especificaciones como optimizar tiempos, errores
accidentes laborales, entre otras.
El robot constara de instrumentos que aporten la informacin
necesaria para que un control
garantice se cumplan los ajustes establecidos.
El proceso ser semiautomtico ya que sern utilizadas maquinas
soldadoras
semiautomticas y la interface de ajuste para el robot mvil al
igual lo har un robot
semiautomtico.
En si ser un semiautnoma, por que necesitar aun de la accin del
hombre para realizar el
proceso, pero una vez comenzado el proceso deber ajustarse para
trabajar siempre segn las
especificaciones dadas sin la necesidad de volver a
intervenir.
Los metales base y las juntas soldadas generalmente presentan
imperfecciones que pueden
representar un riesgo para la integridad y la seguridad del
equipo o estructura y varan en su
naturaleza, tamao, frecuencia, localizacin, y distribucin.
El proceso realizado por el robot deber de cumplir con las
normas establecidas. Cada norma
establece los criterios de aceptacin para las diferentes
imperfecciones o discontinuidades que
pueden presentarse en las uniones soldadas.
Los criterios de aceptacin de las normas establecen el tipo,
tamao, nmero y
distribucin que puede ser tolerado.
-
4
Las pruebas o ensayos destructivos y no destructivos son tcnicas
estandarizadas utilizadas con
el propsito de asegurar que las juntas cumplirn su servicio de
manera efectiva.
El desarrollo de nuevas tecnologas, la optimizacin de los
procesos y los requisitos de
seguridad imponen nuevas condiciones y la necesidad de
implementar mejoras de calidad y
seguridad industrial. Haciendo posible la implementacin de
robots que realicen ciertas
actividades dentro de reas especificas.
-
5
CAPTULO I.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
1.1 Planteamiento del problema.
Diseo, elaboracin y construccin de un robot soldador orbital de
superficies
cilndricas el cual realizara el proceso de soldado de raz, tendr
un mecanismo de Catarina y
cadena para fijarse al material base por el cual se desplazara
un carro porta herramienta. Este
proyecto se pretende implementar en el rea de soldado de tubos
mediante la aplicacin de
soldadura de micro alambre ( Gas Metal Arc Welding - GMAW), para
el cual se dispone de un
tablero de control en el cual el operador podr elegir (segn las
caractersticas del material) el
proceso que requiera implementar, al igual se tendrn que ajustar
los parmetros del equipo para
soldar al arco para la realizacin de un correcto soldado de la
pieza, un dispositivo accionar el
abastecimiento del material de aporte que se empleara una ves
terminados los ajustes.
1.2 Justificacin.
Podr trabajar en ambientes cerrados y exteriores con la
proteccin adecuada.
Realizara el proceso de raz con micro alambr (FCAW-GMAW).
Realizar el proceso segn las especificaciones de calidad.
Ser certificada segn los estndares manejados dentro del
proceso.
Optimizar tiempos de produccin
Reduccin de accidentes laborales.
Facilitar el proceso al especialista.
1.3 Objetivo General:
Realizar un robot orbital soldador de elementos cilndricos
mediante la aplicacin de
soldadura por arco con alambre continuo protegido con gas para
el pase de raz.
1.4 Objetivos Especficos:
Simulacin del proyecto.
Determinacin del rea de trabajo.
Diseo del robot.
Seleccin de elementos y dispositivos.
Dimensionamiento de la fuente de alimentacin para el robot.
Seleccin de la fuente de alimentacin de soldadura.
Seleccin del tipo de control.
Aplicacin de software para la interface
-
6
Acoplamiento de dispositivos motrices y monitoreo.
Amplificacin y tratamiento de seales.
Maquinado de la base, y elementos mviles y de sujecin.
Ensamble de los elementos en la base principal.
Ensamble del alimentador de soldadura.
Determinacin del proceso correcto para la alimentacin de
soldadura.
1.5 Cronograma de actividades.
-
7
CAPTULO II.- MARCO TERICO
2.1 Soldadura.
Soldadura.- La soldadura es un proceso de fabricacin en donde se
realiza la unin de dos
materiales metales o termoplsticos, usualmente logrado a travs
de la coalescencia (fusin), en
la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo
agregar un material de relleno
fundido (metal o plstico), para conseguir un bao de material
fundido que, al enfriarse, se
convierte en una unin fija.
2.2 Conceptos
Electrodo.- segn el proceso de soldadura corresponde a el
microalambre consumible en la
soldadura MIG/MAG. El arco elctrico se forma entre el metal base
y la punta del electrodo.
Longitud de arco.- distancia entre la punta del electrodo y la
superficie del bao de fusin.
Metal base.- metal del cual estn hechos los componentes de la
unin.
Cordn.- pasada simple de metal soldado depositado sobre la
superficie del metal base.
Velocidad de fusin.- velocidad a la cual se funde el
microalambre. Se da como una medida
lineal (metros por minuto o pulgadas por minuto).
Metal depositado.- material que se aporta a la unin mediante el
electrodo o microalambre de
aportacin con el fin de construir el perfil soldado.
Velocidad de deposicin.- velocidad a la cual se aporta el bao de
fusin. Se mide en
kilogramos por hora.
Metal de aporte.- metal aadido al bao de fusin durante la
soldadura, se obtiene por la fusin
del electrodo (hilo continuo).
Temperatura entre pasos.- temperatura de la unin entre cada
pasada realizada.
Boquilla.- consiste en un tubo de material metlico o cermico,
que dirige el gas de proteccin
en el rea de soldadura.
Temperatura de precalentamiento.- temperatura del metal base
justo antes de empezar a soldar.
Paso de raz.- primera pasada depositada en una unin.
Rendimientos de los procesos de acuerdo al proceso:
Electrodo revestido (SMAW): 60-65 %
-
8
Microalambre (GMAW): 95-98 %
Alambres tubulares (FCAW): 90 %
2.3 Historia.
La soldadura puede ser hecha en muchos ambientes diferentes,
incluyendo al aire libre,
debajo del agua y en el espacio, sin embargo, la soldadura sigue
siendo peligrosa, y se deben
tomar precauciones para evitar quemaduras, descarga elctrica,
humos venenosos, y la sobre
exposicin a la luz ultravioleta.
La tecnologa de la soldadura avanz rpidamente durante el
principio del siglo XX
mientras que la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra
Mundial condujeron la demanda
de mtodos de junta confiables y baratos.
Despus de las guerras, fueron desarrolladas varias tcnicas
modernas de soldadura,
incluyendo mtodos manuales como la Soldadura manual de metal por
arco, ahora uno de los
ms populares mtodos de soldadura, as como procesos
semiautomticos y automticos tales
como Soldadura GMAW, soldadura de arco sumergido, soldadura de
arco con ncleo de
fundente y soldadura por electroescoria como se muestra en la
figura 1
Fig. 1.- soldadura por arco, proceso por microalambre.
La soldadura robotizada est llegando a ser ms comn en las
instalaciones industriales, y
los investigadores continan desarrollando nuevos mtodos de
soldadura y ganando mayor
comprensin de la calidad y las propiedades de la soldadura.
2.3.1 proceso de soldadura.
Muy a menudo, la medida principal usada para juzgar la calidad
de una soldadura es su
fortaleza y la fortaleza del material alrededor de ella. Muchos
factores distintos influyen en esto,
incluyendo el mtodo de soldadura, la cantidad y la concentracin
de la entrada de calor, el
material base, el material de relleno, el material fundente, el
diseo del empalme, y las
interacciones entre todos estos factores.
-
9
2.3.2 Soldadura MIG/MAG.
La soldadura por arco elctrico con gas de proteccin es un
proceso semiautomtico que es
valido tanto la operacin manual como automatizada.
Se conoce por una variedad de nombres:
MIG: Metal Inert Gas
MAG: Metal Active Gas
GMAW: Gas Metal Arc Welding
Para proporcionar el calor necesario para la operacin de
soldadura se requiere un arco de bajo
voltaje (16 40 V) y alta intensidad (60 600 A) que se establece
entre el electrodo y la pieza de trabajo.
El electrodo, arco, metal fundido y rea de trabajo de soldadura
estn protegidos de la
contaminacin mediante una corriente de gas de proteccin que
puede ser:
CO2
Argn
Argn + CO2
Argn mezclado con pequeas cantidades de otros gases (CO2, O2,
He, H2)
Helio
En la figura 2 se muestra la aplicacin de soldadura con gas de
proteccin.
Las mezclas de gases para soldar garantizan altos rendimientos
ya que eliminan prdidas de
material de aporte por salpicaduras.
Fig. 2.- (1) direccin de la soldadura (2) tubo de contacto (3)
hilo (4) gas protector (5) soldadura (6 y 7)
piezas a unir.
-
10
2.3.3 Operacin.
La unidad de alimentacin aporta el hilo/electrodo dentro del
arco elctrico. Mediante la
fuente de potencia se consigue mantener constante la tensin y la
longitud de arco, permitido al
soldador concentrarse en asegurar la fusin completa de la
unin.
Las fuentes de potencia empleadas en la soldadura MIG/MAG se
llaman fuentes de volate constante ya que tienen una pendiente
caracterstica de la fuente de soldadura.
2.3.4 Aplicacin de la soldadura MIG/MAG.
En esta soldadura el alambre se orienta en la misma direccin de
avance que la antorcha
(tcnica de empuje) como se muestra en la figura 3. Esto permite
que el arco funda el metal
base por delante del bao de fusin y se obtenga una mejor
penetracin.
El soldador debe controlar la velocidad de avance para asegurar
que el bao de fusin no
vaya por delante del arco, lo que podra provocar una falta de
fusin.
fig. 3.- tcnica de empuje.
La calidad de la soldadura depende del ajuste de las variables
de la soldadura.
o El voltaje controla el perfil de la soldadura.
o La inductancia en la transferencia en cortocircuito estabiliza
el arco y reduce el nivel de
proyecciones.
Inductancia baja: Aceros al carbn, aluminio, cobre.
Inductancia alta: Aceros inoxidables.
o La velocidad de alimentacin del alambre establece el amperaje
de la soldadura.
En la figura 4 se muestra el cambio en la calidad en la
soldadura por la variable de voltaje.
-
11
Fig. 4.- calidad de la soldadura.
o El amperaje controla:
El aporte trmico.
El tamao de la soldadura.
La profundidad de penetracin.
o El dimetro del alambre depende de la corriente requerida.
La tabla 1 sirve de gua para la seleccin del dimetro del
alambre, pero la relacin exacta
depende tambin del material y del gas de proteccin.
Dimetro
(mm)
Intensidad
(A)
Alimentacin
del hilo
(m/min)
Alimentacin
del hilo
(pulg/min)
0.9
80 - 200 7.5 10 300 400
1.1
160 - 240 8.8 14 350 500
Tabla 1. Seleccin de dimetro del alambre.
2.3.5 Alambres tubulares FCAW.
Normalmente, los alambres que se emplean para la soldadura
MIG/MAG son solidos.
Para aceros dulces, aceros al carbono-manganeso y aceros
inoxidables, se pueden emplear
alambres tubulares (FACW flux cored arc welding). stos ofrecen
mayores velocidades de
soldadura y un control ms fcil de los perfiles de las soldaduras
en ngulo.
-
12
Fig. 5a.- Planta soldadora por arco MIG/MAG.
Fig. 5b.- elementos de equipo de soldadura por arco MIG/MAG.
En las figuras 5a y 5b se muestra el equipo de soldadura y sus
principales componentes.
2.3.6 Tipos y caractersticas de la junta.
Corte: es responsabilidad del soldador, el tubero o el pailero
identificar, seleccionar,
limpiar, medir, trazar, realizar el corte trmico o mecnico, con
la ayuda de la biseladora o en
forma manual de los materiales base, siguiendo las
recomendaciones del procedimiento
calificado.
Biselado: los hombros de los tubos a soldar son preparados por
el tubero o el pailero con
ayuda del esmeril angular, verificando la limpieza interna,
externa, geometra de los bordes con
la ayuda del calibrador o la galga de acuerdo al procedimiento
calificado.
-
13
El biselado de tuberas con mismo dimetro pero con diferente
espesor se debe preparar
realizando la transicin adecuada o la reconstruccin con
soldadura de acuerdo al cdigo
ASME.
El ngulo del biselado esta permitido entre 30 y 45.
El ngulo del chafln esta permitido entre 60 y 95.
El hombro o taln debe ser igual al intersticio o separacin entre
los miembros y
depende del dimetro del electrodo a usar en el pase d e raz como
se muestra en la siguiente
figura fig.6.
Fig. 6.- partes principales de una junta.
2.3.7 Proceso de soldaduras en tuberas.
Conceptos bsicos:
Control de calidad: son todas las tareas y operaciones
encaminadas a la obtencin de una
soldadura sana libre de defectos, hay control antes, durante y
posterior al proceso de soldadura.
ASME: Sociedad americana de Ingenieros Mecanicos (American
Society of Mechanical
Engineers).
Posicin 1g: Unin de dos tubos a tope, en la cual el eje del tubo
esta en posicin
horizontal, el tubo gira durante la aplicacin de la soldadura y
esta se aplica en posicin plana,
de derecha a izquierda o viceversa.
Posicin 2g: Unin de dos tubos a tope, en la cual el eje del tubo
esta en posicin
Vertical, el tubo permanece fijo durante la aplicacin de la
soldadura y el eje del cordn esta en
posicin horizontal.
Posicin 5g (U) Unin de dos tubos a tope, en la cual el eje del
tubo esta en posicin
horizontal, el tubo permanece fijo durante la aplicacin de la
soldadura y esta se aplica con
progresin vertical ascendente.
Posicin 6g (U) Posicin de prueba a tope, en la cual el eje del
tubo esta a 45 con
relacin al plano horizontal, el tubo permanece fijo durante la
aplicacin de la soldadura y esta
se aplica en progresin vertical ascendente.
Galga: Instrumento de medicin que sirve para dimensionar la
geometra de la junta a
soldar y soldada, como ngulo de bisel, intersticio, hombro,
ancho y alto de penetracin o
presentacin, cedula del tubo.
-
14
Pase: Capa completa de soldadura formada por uno o varios
cordones ejemplo: pase de
raz, pase caliente, pase de relleno, y pase de presentacin o
adorno, otros lo denominan de
cierre o peinado.
Cordn: hilera continua de puntos de soldadura depositada
apagando o no el arco.
Tratamiento trmico: Obtencin de las propiedades y las
condiciones deseadas de un
metal con la ayuda del calor controlndolo adecuadamente.
Ensayo de dureza: Prueba no destructiva, que se realiza con el
objeto de medir
la resistencia de un metal a ser penetrado o rayado por otro
material, en la soldadura de los
aceros aleados al cromo, molibdeno es muy comn esta prueba con
el fin de controlar la
uniformidad de grano en la zona afectada por el calor (ZAC).
Fuente de poder: Equipo para soldar al arco de corriente
continua o alterna, diseada
para realizar soldaduras con los procesos: SMAW, GTAW, GMAW,
FCAW.
Alivio de esfuerzos: Tratamiento trmico que se realiza a las
juntas soldadas y a los
metales con el objeto de eliminar tensiones producidas durante
los trabajos relacionados con la
soldadura, este alivio es acompaado con la prueba de dureza.
Fig. 7.- tipos de posicin.
2.3.8 Punteado:
Consiste en fijar conjuntos mediante puntos de soldadura
resistentes y situados de forma que
impidan la deformacin de los mismos en su posterior soldeo.
Es responsabilidad del soldador alistar, poner en marcha y
ajustar los parmetros del equipo
para soldar al arco para la realizacin de un correcto
punteado.
-
15
El proceso de punteado lo debe realizar un equipo de trabajo
conformado por: el tubero o
pailero, el soldador y el auxiliar de soldadura con la
respectiva supervisin.
En la operacin de punteado se debe verificar la alineacin de los
ejes de los tubos, la
uniformidad del intersticio, la separacin entre los miembros a
soldar de acuerdo al dimetro del
electrodo usar.
El punteado se puede realizar: a) con la ayuda de los
espaciadores soldados sobre la cara del
bisel, b) con ayuda de grapa externa o interna, c) directamente
sobre el hombro o taln.
En el proceso de punteado o durante la realizacin de la junta no
se permite aplicar soldadura
fuera del ngulo de chafln.
El equipo para soldar o la fuente de poder usado en el punteado
debe ser de corriente continua
con polaridad positiva (cc/dp) con amperaje de 70 a 110
amperes.
2.3.9 Pase de penetracin:
Ejecucin de pase de raz (fondeo). Antes se deben de aplicar las
tcnicas de limpieza de
bordes a soldar, xidos y grasas hasta eliminarlos, para impedir
posibles defectos de soldadura.
El pase de penetracin, raz, primer pase o fondeo se puede
realizar en posicin: 2g, 5g, o 6g.
-La soldadura en las posiciones 5g y6g se deben iniciaren la
posicin de sobrecabeza o
denominada las 6 horas, y se debe terminar en la posicin plana
tambin denominada de las 12
horas.
Es responsabilidad del soldador solicitar la adecuacin correcta
del sitio de trabajo, alejando los
materiales combustibles del rea, los obstculos y los elementos
adversos como la presencia de
agua, corrientes de aire o elementos contaminantes.
El soldador debe ajustar correctamente los parmetros del equipo
para soldar al arco,
seleccionar los electrodos en condiciones adecuadas y aplicar el
pase de fondeo en la posicin
de sobrecabeza o en la posicin de las 6 horas (ms o menos
15).
Los empalmes del cordn de penetracin se deben realizar
esmerilando la terminacin del
cordn con disco de pulidora de 1/8, termine este pase en la
posicin plana o de las 12 horas
(ms o menos a 15).
Durante la aplicacin de fondeo se debe controlar: altura, ancho
y uniformidad de la penetracin
de raz de acuerdo al cdigo ASME.
El equipo para soldar o la fuente de poder usado en la
realizacin de fondeo debe ser de
corriente continua con polaridad positiva (cc/dp) con amperaje
de 70 a 110 amperes.
La oscilacin del electrodo debe ser en latigazo, circular
continua, V invertida o combinada.
Una vez terminado el fondeo en su totalidad, se procede a la
respectiva limpieza y esmerilado
de la cara exterior con ayuda de una pulidora de 1/8
La carrilera de escoria del fondeo debe ser removida en su
totalidad, hay duda puede usar las
tintas penetrantes no olvide: de una buena limpieza depende una
buena soldadura.
Al ejecutar la tarea de limpieza de la cara del fondeo con la
ayuda de la pulidora no permita
tocar los bordes del bisel pues son la referencia para los pases
de relleno y presentacin.
El alto y ancho del fondeo debe ser aproximadamente igual a toda
su extensin.
-
16
La ranura del bisel para la aplicacin del pase de relleno debe
quedar completamente limpia y
uniforme en toda su longitud.
2.3.10 Pase de relleno:
Es responsabilidad del soldador y del equipo de trabajo que la
adecuacin del sitio de la
soldadura se mantenga en condiciones ptimas.
Revise detenidamente la ranura del bisel antes de proceder a
realizar el pase de relleno, en caso
de dudas limpie la superficie con ayuda de un trapo adecuado, no
deje enfriar completamente el
sitio de la soldadura y de ser necesario precaliente por encima
de 50 centgrados.
El soldador debe ajustar correctamente los parmetros del equipo
para soldar al arco,
seleccionar los electrodos adecuados y aplicar el pase de
relleno en la misma posicin en la cual
se aplic el fondeo.
El pase de relleno en posiciones 5g y 6g.
Controle que los empalmes del pase de relleno no se realicen en
el mismo sitio donde se
realizaron los empalmes del pase de fondeo, pues la mayora de
los defectos de soldadura
quedan ubicados en los empalmes.
Los empalmes de cordn de relleno se deben realizar los mas rpido
posible no es permitido el
uso de pulidora con disco solo la grata para limpiar la
escoria.
Durante la aplicacin del cordn de relleno se debe controlar: la
altura, ancho y uniformidad.
El quipo para soldar o la fuente de poder usado en la realizacin
de pase de relleno puede ser de
corriente alterna o corriente continua con polaridad positiva
(cc/dp) con amperaje de 90 a 130
amperes.
La oscilacin del electrodo puede ser en: media luna positiva o
negativa, zigzag, circular
continua, V invertida o combinada.
Una vez terminado el pase de relleno en su totalidad, se procede
a la respectiva limpieza.
En caso de presencia de algn defecto a la vista este debe ser
retirarlo con la ayuda del esmeril y
verificar con la ayuda de las tintas penetrantes la correcta
reparacin y aceptacin del mismo.
Al ejecutar el pase de relleno no permita tocar con el arco los
bordes del bisel pues son la
referencia para el pase de presentacin, la altura del cordn de
relleno puede quedar al mismo
nivel exterior de los tubos a soldar.
El alto y ancho puede quedar al mismo nivel exterior de los
tubos a soldar.
El alto y ancho del pase de relleno, debe ser aproximadamente
igual en toda su extensin.
2.3.11 Pase de presentacin:
Es responsabilidad del soldador y del equipo de trabajo que la
adecuacin del sitio de soldadura
se mantenga en condiciones ptimas.
Antes de aplicar el pase de presentacin retire toda la escoria y
revise detenidamente el
contorno del pase de pase de relleno, no deje enfriar
completamente el sitio de la soldadura y de
ser necesario precaliente por encima de 50 grados
centgrados.
-
17
El soldador debe ajustar correctamente los parmetros del equipo
para soldar al arco,
seleccionar los electrodos en condiciones adecuadas y aplique el
pase de presentacin en la
misma posicin en la cual se aplicaron las anteriores
pasadas.
El pase de presentacin en posiciones 5g y 6g.
Aplique el pase de presentacin fundiendo el rea comprendida
entre los biseles, apunte con el
eje del electrodo al borde del bisel y de esta forma controle el
ancho del pase de presentacin.
Controle que los empalmes del pase de presentacin no se realicen
en el mismo sitio donde se
realizaron los empalmes del pase de relleno, pues la mayora de
los defectos de soldadura
quedan ubicados en los empalmes.
Los empalmes del cordn de presentacin se deben realizar lo mas
rpido posible no es
permitido el uso de la pulidora con disco solo la grata para
limpiar la escoria.
Durante la aplicacin del cordn de presentacin se debe controlar:
altura, ancho y uniformidad.
El equipo para soldar o la fuente de poder usado en la
realizacin del pase de presentacin
puede ser de corriente alterna o corriente continua con
polaridad positiva (cc/dp) con amperaje
de 90 a 130amperes.
La oscilacin del electrodo puede ser en: media luna positiva o
negativa, zigzag, circular
continua, v invertida o combinada.
Una vez terminado totalmente el pase de presentacin controle los
cambios bruscos
de temperatura y permita que la temperatura descienda por debajo
de los 50 grados centgrados
para proceder a la respectiva limpieza con la grata retirando
toda la escoria presente.
A continuacin viene la inspeccin visual rigurosa.
En caso de la presencia de algn defecto a la vista este debe ser
retirado con la ayuda del
esmeril y verificar con la ayuda de las tintas penetrantes la
correcta reparacin y aceptacin del
mismo.
El alto del pase de presentacin o refuerzo de soldadura se
acepta entre (0 y 3 mm).
El ancho del pase de presentacin no debe sobrepasar 1,5 mm a
lado y lado del borde del bisel.
El supervisor verifica que la cara del cordn de presentacin sea
plana o ligeramente convexa,
uniforme en ancho, alto, color y apariencia y emite concepto de
aceptacin o rechazo.
Una vez terminada la junta el soldador debe poner su estampa con
el fin de asignar
responsabilidades en los posibles defectos en el control de
calidad posterior.
En una lnea de produccin una junta puede ser realizada por uno o
varios soldadores, esto
implica que cada uno de los participantes estampe e identiquita
de que parte de la junta es
responsable cada uno.
El supervisor identifica la junta soldada de acuerdo a los
planos de fabricacin, controlando la
produccin.
El control de calidad normalmente se realiza por medio de
radiografi industrial la cual debe ser
evaluada por el inspector de apoyo tcnico de la produccin,
Si se presenta alguna no conformidad es necesario realizar la
reparacin de la junta soldada, de
acuerdo al instructivo aplicable y al cdigo ASME.
-
18
El inspector o su delegado verifica, que se realice un nuevo
control radiogrfico cuando la junta soldada ha sido reparada,
cumpliendo las normas de seguridad para tomas de radiografa
industrial, y registrando los resultados de este.
El control de calidad por radiografi industrial o partculas
magnticas lo realiza el profesional inspector de apoyo tcnico de la
produccin.
El inspector de Apoyo Tcnico a la Produccin acepta o rechaza la
junta.
2.4 Ensayos y pruebas para la calidad.
Para probar la calidad de una soldadura se usan tanto ensayos no
destructivos como ensayos
destructivos, se verifica que las soldaduras estn libres de
defectos, tienen niveles aceptables de
tensiones y distorsin residuales, y tienen propiedades
aceptables de zona afectada por el calor
(HAZ).
Existen cdigos y especificaciones de soldadura para guiar a los
soldadores en tcnicas
apropiadas de soldadura y en cmo juzgar la calidad stas.
La finalidad de la inspeccin de soldadura es determinar si los
ensambles soldados cumplen con
los requisitos especificados. La inspeccin y pruebas durante la
fabricacin y montaje deben de
se realizadas por parte del fabricante o contratista, antes y
durante el ensamble, durante y
despus de la soldadura, para asegurar que los materiales, los
procesos de soldadura y la mano
de obra cumplen los requisitos de los documentos
contractuales.
En Mxico, las actividades realizadas con la certificacin de
personal de inspeccin de
soldadura son realizadas o coordinadas en el marco del Proyecto
de Modernizacin de la
Educacin Tcnica y la Capacitacin (PMETYC), por medio de los
Sistemas Normalizados y de
Certificacin de
Competencia Laboral.
2.4.1 Discontinuidades y riesgos para las estructuras
metlicas.
Los metales base y las juntas soldadas generalmente presentan
imperfecciones que
pueden representar un riesgo para la integridad y de la
seguridad del equipo o estructura y varia
en su naturaleza, tamao, frecuencia, localizacin y
distribucin.
Cada norma establece los criterios de aceptacin para las
diferentes imperfecciones que pueden
presentarse en las uniones soldadas, a estas imperfecciones se
les llama discontinuidades. Los
criterios de aceptacin de las normas establecen el tipo, tamao,
nmero y distribucin que
puede ser tolerado por lo que una de las funciones principales
de la inspeccin consiste en
determinar si la unin soldada cumple con los criterios de
aceptacin.
2.4.2 Calificacin de procedimientos
En trminos generales, todos los trabajos de soldadura necesitan
de uno o mas
procedimientos de soldadura que definan, con suficiente detalle,
como deben realizarse las
estructuras en cuya fabricacin, construccin y montaje
intervienen operaciones de soldadura,
establecen requisitos relacionados con la preparacin,
calificacin y certificacin de los
procedimientos de soldadura.
La exigencia de tales requisitos se debe a que existen muchos
factores que influyen en las
caractersticas de las uniones soldadas. Entre estos pueden
mencionarse los diferentes procesos
de soldadura, los materiales base (aceros al carbono, aceros
inoxidables, aleaciones de nquel,
-
19
magnesio, titanio, etc.), las variaciones de espesor del metal
base y los diferentes diseos de
junta.
A fin de que las uniones producidas tengan, de manera
consistente, las propiedades
especificadas y la calidad requerida, es necesario controlar, de
manera rigurosa todas las
variables que intervienen en la produccin de las uniones
soldadas.
2.4.3 Pruebas destructivas
Como todos los productos que se fabrican y construyen, las
partes soldadas estn
destinadas a realizar un servicio bajo condiciones especficas, y
las juntas soldadas se disean
para que posean las propiedades y capacidades apropiadas para
operar satisfactoriamente bajo
las condiciones de servicio previstas.
Las pruebas destructivas que se realizan en el campo se conducen
principalmente con la
finalidad de calificar procedimientos de soldadura y habilidad
de soldadores y operadores, as
como para el control de calidad de las juntas soldadas y de los
metales base.
Los ensayos, pruebas o exmenes destructivos pueden definirse
como aquellos en los cuales se
destruye o inutiliza el espcimen probado. Se pueden clasificar
en mecnicas, qumicas y
metalogrficas.
2.4.4 Pruebas no destructivas.
Son un campo de la ingeniera que se desarrolla rpidamente,
tcnicas como la
digitalizacin de imgenes, la radiografi por neutrones, el
electromagnetismo, la termografa o
la emisin acstica, que eran relativamente desconocidas hasta
hace pocos aos, se han
convertido en herramientas de uso cotidiano en las industrias
que desean mantenerse en la
vanguardia del mercado con sus productos o servicios.
Las pruebas no destructivas son la aplicacin de mtodos fsicos
indirectos, como es la
transmisin de sonido, la opacidad al paso de la radiacin, etc.,
y que tienen la finalidad de
verificar la sanidad o la homogeneidad de las piezas
examinadas.
Como su nombre lo indica, no altera de forma permanente las
propiedades fsicas, qumicas,
mecnicas o dimensionales de un material. De acuerdo a su
aplicacin, los ensayos no
destructivos (END) se dividen en:
Tcnicas de inspeccin superficial.
Tcnicas de inspeccin volumtrica.
Tcnicas de inspeccin de la integridad o hermeticidad.
2.5 Robtica
El trmino robtica procede de la palabra robot. La robtica es,
por lo tanto, la ciencia o
rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y
aplicaciones de los robots.
Otra definicin de robtica es el diseo, fabricacin y utilizacin
de mquinas automticas
programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el
ensamble de automviles,
aparatos, etc. y otras actividades. Bsicamente, la robtica se
ocupa de todo lo concerniente a
-
20
los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos
automticos neumticos, censores,
sistemas de cmputos, etc. En la robtica se anan para un mismo
fin varias disciplinas
confluyentes, pero diferentes, como la Mecnica, la Electrnica,
la Automtica, la Informtica,
etc.
2.5.1 Principios de la Robtica
El trmino robtica se le atribuye a Isaac Asimov. Los tres
principios o leyes de la robtica
segn Asimov son:
Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningn
ser humano.
El robot debe obedecer a todas las rdenes de los humanos,
excepto las que contraigan la primera ley.
El robot debe auto-protegerse, salvo que para hacerlo entre en
conflicto con la primera o segunda ley.
2.5.2 Robots mviles
Son Robots con grandes capacidad de desplazamiento, basados en
carros o plataformas y
dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su
camino por telemando o guindose
por la informacin recibida de su entorno a travs de sus
censores. Las tortugas motorizadas
diseadas en los aos cincuentas, fueron las precursoras y
sirvieron de base a los estudios sobre
inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la
Universidad de Stranford.
Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro
de una cadena de
fabricacin.
Guiados mediante pistas materializadas a travs de la radiacin
electromagntica de
circuitos empotrados en el suelo, o a travs de bandas detectadas
fotoelctricamente, pueden
incluso llegar a sortear obstculos y estn dotados de un nivel
relativamente elevado de
inteligencia.
2.6 Desarrollo de contenidos.
2.6.1 Estructura de un robot
Un robot esta formado por los siguientes elementos: Estructura
mecnica, actuadores,
sistemas de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control
y elementos terminales.
Aunque los elementos empleados en los robots no son exclusivos
de estos como
maquinas herramientas y otras muchas maquinas que emplean
tecnologas semejantes. En la
figura 8 se muestra una biseladora de pipa de origen chino, la
cual fue la base para la creacin
del diseo de este robot.
-
21
Fig. 8.- Biseladora de pipa.
2.6.2 Estructura mecnica.
2.6.2.1 Cadena de sujecin.
La estructura motriz ser una cadena, la cual ser el dispositivo
por el que el robot este
en movimiento accionado por un motor de corriente directa y
reductor de velocidad.
Sera de un material resistente el cual soporte la temperatura
del proceso de soldadura y
el peso del carro robot.
La cadena se acoplara a la Catarina del reductor de velocidad y
esta a su vez abrazara a la pieza
de trabajo, diferentes dimetros de piezas de trabajo requerirn
diferentes longitudes de cadena.
2.6.2.2 Estructura del carro robot
Al igual que el elemento de sujecin, deber soportar la
temperatura del proceso,
constara de un mecanismo de traccin, el cual ser sujeto por una
placa soldada ala base
principal.
La estructura del carro es una placa metlica de 1/8 de espesor
disean para disminuir el
contacto con los elementos de traccin.
Contara con 4 elementos giratorios, estos no proporcionaran
fuerza motriz si no solo el
hacer posible que la base se desplace sobre la pieza de trabajo
en lo que es su circunferencia.
2.6.3 Actuadores.
Los motores Elctricos cubren la gama de media y baja potencia,
acaparan el campo de
la robtica, por su gran precisin en el control de su movimiento
y las ventajas inherentes a la
energa elctrica que consumen.
-
22
2.6.4 Control.
Todo sistema de control debe ser estable. Este es un requisito
primario. Adems de la
estabilidad absoluta, un sistema de control debe tener una
estabilidad relativa razonable; es
decir, la respuesta debe mostrar un amortiguamiento
razonable.
La velocidad de respuesta debe ser razonablemente rpida. Tambin
debe ser capaz de
reducir los errores a cero o a algn valor pequeo.
Todo sistema de control til debe satisfacer estos
requisitos.
Un control automtico compara el valor real de salida de la
planta con el valor deseado,
determina la desviacin y produce una seal de control llamada
tambin accin de control.
2.6.5 Tablero de control.
Este contendr los botones de marcha y paro, as como botones para
seleccionar el tipo de
proceso y el tipo de pieza a soldar o cortar segn sus
caractersticas y dimensiones.
2.7 Herramienta del robot o (EOAT, End of Arm Tooling).
Mecanismo de posicionamiento de herramienta. Constara de un
mecanismo que
accionara el proceso de soldadura.
Ser capaz tambin de adaptarse a una distancia especfica segn el
proceso a realizar y
la clasificacin de tubo, por medio de sensores.
-
23
CAPITULO III.- APLICACIN Y RESULTADOS
3.1 Aplicacin.
Se deber alimentar la planta de micro alambre, con una
alimentacin de 220 V para su
arranque; se accionara el botn de encendido para su arranque,
posteriormente se elegir el
proceso con el cual se va a trabajar; el tipo de proceso se va a
seleccionar desde el tablero de
control numrico que es una interfaz hombre mquina. Una vez
elegido el proceso con el que se
trabajara se dispondr a ajustar el robot soldador sobre el tubo
al cual se le va aplicar el proceso
de soldadura, el cual se ajustara mediante una cadena la cual
tensara al robot y servir como eje
del mismo para realizar el proceso a la velocidad adecuada o
determinada mediante la previa
seleccin del proceso.
3.2 planos y diagramas.
Diagrama a bloques del robot:
Fig. 9.- diagrama del sistema
-
24
Fig. 10.- Simulacin del sistema mecnico del robot.
Fig. 11.- Base del robot. Fig. 12.- Detalle del engrane
principal.
-
25
Fig. 13.- Detalle de la cadena. Fig. 14.- Detalle del motor con
reductor de velocidad.
3.3 Modelado matemtico.
m
1
2
Jm
Bm
J1
B1
J2
B2
N
1
N
2
N
3
N
4
i
f
e
a
e
b
i
a
R
a
L
a
T
m
J
m
T
m
J4B
4
x2
-
26
Dnde:
m = par electromotriz del motor
Z = Nmero de bobinas
N = Nmero de vueltas por bobinas
P = Nmero de polos
a = Nmero de trayectorias de corrientes paralelas
p =Flujo por polo ia =corriente de armadura
= corriente de campo
= Nmero de vueltas
= Reluctancia de la trayectoria del flujo p
Por lo tanto: donde
En un motor con excitacin independiente es constante
donde = constante del par motriz
Del circuito de la armadura
e
a e
b
ia
Ra L
a
Jm
if
bm
m
Tm
e
a e
b
ia
Ra L
a
Tm
-
27
La = Inductancia de la armadura
Ra = Resistencia de la armadura
ea = Voltaje aplicado a la armadura
eb = fuerza contra-electromotriz
Sustituyendo en
Cuando la armadura esta grande, se induce en ella un voltaje
proporcional al producto
del flujo por la velocidad angular .
=desplazamiento angular del eje del motor (rad).
Del momento de inercia de la parte mecnica se obtiene
Dnde:
Jm = Momento de inercia kg.m
2
bm = Friccin viscosa N.m/rad/S
Sustituyendo el par del motor ecuacin 1) en ecuacin 5)
Jm
bm
m
Tm
-
28
Aplicando transformada a ecuacin 5)
Aplicando transformada de Laplace a la ecuacin 4) y sustituyendo
de la ecuacin 7).
-
29
Dnde:
N = nmero de dientes del engrane
= desplazamiento angular T1 = par de la carga debido al resto de
los engranes
T2 = par de transmisin al engrane 2
T3 = par de la carga debido al resto de los engranes
T4 = par transmitido al engrane 4
Para el eje 1:
Para el eje 2:
Para el eje 3:
m
1
2
Jm
,bm
J1,b
1
J2,b
2
N1
N2
N3
N4
-
30
Como el par T1 es igual al par T2 y el par T3 es igual al par
T4
Rescribiendo la ecuacin 11) se tiene
Sustituyendo el valor de T3 de la ecuacin 10)
Sustituyendo T4 de la ecuacin 12) en la ecuacin 13) tenemos
Rescribiendo la ecuacin 9) sabiendo el valor de T1
Sustituyendo T2 de la ecuacin 14 en la ecuacin 15)
-
31
Asumiendo valores equivalentes
Aplicando la transformada de Laplace
b Jb
r
s
x2
-
32
Aplicando la transformada de Laplace
3.4 Conclusiones:
El robot soldador realizar el proceso de soldado de tubos de
cedula estndar y para cedula
mayor a 10; para los cuales realizara el proceso de fondeo y
soldadura completa para tubos
de dimetros de 10-36 in logrando as ser mas eficiente el
proceso.
BIBLIOGRAFA
La lista de referencias bibliogrficas debe presentarse en orden
alfabtico segn el primer
apellido del autor.
Fundamentos de robtica. UNED. CURSO 2001/2002
ASM International (2003). Trends in Welding Research. Materials
Park, Ohio: ASM
International. ISBN 0-87170-780-2
Manual de conceptos bsicos en soldadura y corte. INFRA Air
Products.
Manual de plomera. El libro azul. Ed. Limusa W.V. Graves
Ingeniera en Control. katsushico Ogata
Inspeccin y control de calidad, en la aplicacin de soldadura de
elementos estructurales.
Manual para inspector.
-
33
ANEXO 1
Formas basicas de las ranuras de union.
-
34
Nomenclatura usada en las uniones soldadas.
-
35
Posiciones en tuberas.
-
36
Posiciones en tuberas (continuacin).
-
37
ANEXO 2
Programa en MATLAB
clear all;
close all;
clc;
PS=serial('COM4'); % puerto serial utilizado
puerto serial
set(PS,'Baudrate',9600); % se configura la velocidad a 9600
Baudios
set(PS,'StopBits',1); % se configura bit de parada a uno
set(PS,'DataBits',8); % se configura que el dato es de 8 bits,
debe estar entre 5 y 8
set(PS,'Parity','none'); % se configura sin paridad
set(PS,'Terminator','CR/LF'); % "c" caracter con que finaliza el
envo
set(PS,'OutputBufferSize',1); % "n" es el nmero de bytes a
enviar
set(PS,'InputBufferSize' ,1); % "n" es el nmero de bytes a
recibir
set(PS,'Timeout',5); % 5 segundos de tiempo de espera
fopen(PS);
K1= 0;
K= [];
for i=1:200 % numero de repeticiones
K1 = fread(PS,1, 'char') % datos leidos
pause(0.01)
K(i)=K1; %datos almacenados
aux2=(K(i)*1000)/256; %conversion de resolucion de 8 bits
K(i)=aux2; %datos almacenados nuevamente
K1=0;
-
38
end;
K=K*2;
disp('Numero de datos leidos:')
length(K)
fclose(PS);
delete(PS);
clear PS;
plot(K) % dibuja el vector de salida
w=length(K);
o=1:1:w;
n=4; % nmero
syms x; % define la variable simblica para crear el
polinomio
xn=o; % abscisas de los puntos a interpolar
yn=K; % ordenadas de estas abscisas
figure(2)
plot(xn,yn,'*r')% dibuja los puntos a interpolar
p=0; % inicializa el polinomio de interpolacin que empezar a
calcular
for i=1:n
L=1;
for j=1:n
if j~=i
L=L*(x-xn(j))/(xn(i)-xn(j));
end
end
p=p+L*yn(i); % forma de Lagrange
-
39
end
p=simplify(p);
pretty(p) % muestra el polinomio en pantalla
Programa PIC 16F877A
#include "C:\ESPE\septimo\control\planta\control de
velocidad\nuevo1.h"
#fuses HS,NOWDT,NOLVP
#define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD")
#include
#use delay(clock=20000000)
#use rs232(baud=9600, xmit=PIN_c6, rcv=PIN_c7)
#bit t1_overflow=0x0C.0
float volt=0;
void main() {
int cycles8, cycles;
int32 freq,rpm;
long freqc_high;
long freqc_low;
lcd_init();
while (TRUE) {
cycles8=0;
cycles=0;
freqc_high=0;
t1_overflow=0;
set_timer1(0);
setup_timer_1(T1_EXTERNAL|T1_DIV_BY_1);
-
40
//PARA EL CONVERSOR AD
setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3);
setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2);
set_adc_channel(0);
volt=read_adc();
while (cycles!=0xFF) {
cycles8=0;
while (cycles8!=0xFF) {
if (t1_overflow)
{t1_overflow=0;freqc_high++;}
else
{delay_cycles(5);}
delay_cycles(62);
cycles8++;
}
delay_cycles(216);
cycles++;
}
delay_cycles(211);
setup_timer_1(T1_DISABLED);
if (t1_overflow)
freqc_high++;
freqc_low=get_timer1();
freq=make32(freqc_high,freqc_low);
rpm=freq*2;
-
41
printf("%Lu ",rpm);
Lcd_putc ("\f");
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"Freq = %LU Hz",freq);
lcd_gotoxy(1,2);
printf(lcd_putc,"%LU RPM",rpm);
delay_ms(10);
}
}
PANTALLAS DE SIMULACIN.
-
42
Utilizando el comando IDENT de matlab nos genera el siguiente
recuadro.
-
43
