KAYNAK OTOMASYON TİPLERİ ve SEÇENEKLERİ

OTOMASYON TİPLERİ ve SEÇENEKLERİ

 

1.1 OTOMASYON TİPLERİ

 

Otomasyon tipleri, sabit otomasyon, programlanabilir otomatik ve plastik otomasyon olmak üzere kabaca üç ana grup altında toplanmıştır [13].

 

3.1.1 Sabit Otomasyon

Bu tip sistemler “hard otomasyon” olarak da adlandırılmaktadırlar. Sabit otomasyon sistemi seri imalat için uygundur. Aynı tip iş parçalarından çok sayıda üretilmesi söz konusu olduğunda ürün tasarımının hayat limiti boyunca stabil olmasını gerektirir. Özel olarak projelendirilmiş donanımların kullanılmasından dolayı bu otomasyon sisteminin ilk yatırım maliyeti fazladır.

 

Başlıca avantajları, bu otomasyon sisteminde faydalanılan ekipmanların iş için hassas şekilde ayarlanmış olmasıdır. Sık sık kurulum gerektirmemesi önemli üstünlüklerindendir. Malzeme taşınım mekanizasyonu ile iş parçalarının hızlı ve verimli şekilde nakledilmesi ve daha az çalışma alanı gerektirmesi diğer avantajları arasındadır. Bu tip sistemlerin dezavantajı ise herhangi bir değişikliğe çok uygun olmamalarıdır.

 

3.1.2. Programlanabilir Otomasyon

Başlıca örnekleri sayısal kontrollü (NC), bilgisayar sayısal kontrollü (CNC) makineler ve robotlardır. Bu tarz otomasyon sistemlerin özellikleri bir program dahilinde sıra kontrollü olmalarıdır. Genel amaçlı donanımlarının yüksek maliyetli olması, nispeten daha düşük üretim hızları, farklı iş parçası varyasyonlarına karşı sabit otomasyon sistemlerine göre daha esnek olmaları bu tarz otomasyon sistemlerinin avantajları arasındadır. İlave olarak, farklı tipte parçaların sabit otomasyon sistemlerine göre daha az sayılarda imalatına imkân tanımaları programlanabilir otomasyon sistemlerinin üstünlükleri arasındadır. En belirgin dezavantajları, her yeni iş parçası için harcanan ilk kurulum zamanları fazla oluşudur. Daha geniş çalışma alanlarına ihtiyaç duyması ve daha düşük üretim hızlarına sahip olmaları eksiklikleri arasında yer alır.

 

3.1.3. Esnek Otomasyon

Esnek imalat otomasyon sistemleri (FMS-Flexible Manufacturing Systems) bu tip otomasyona en iyi örnektir. Burada programlanabilir otomasyon daha geniş yer tutarken, değişiklikler için harcanan kayıp zaman miktarı çok azdır. Özel olarak projelendirilmiş mühendislik sistemleri için esnek otomasyon sisteminin ilk yatırım maliyetinin yüksek olmasına sebep olur. Karışık imalat yapılabilmesi, tasarım değişikliklerine cevap vermede daha esnek olması en önemli avantajları arasındadır. Az ve orta sayıda imalatlara uygudur. Hız ve esneklik yönünden mukayese edildiğinde sabit otomasyon ile programlanabilir otomasyon arasında yer alırlar. Başlıca avantajları, programlama ve kurulumların offline olarak yapılmasıdır. Takım değiştirme ve diğer ilave ekipmanları sebebiyle yüksek maliyetli olması bu otomasyon sisteminin dezavantajları arasındadır.

 

3.2. KAYNAKTA MEKANİZASYON SEVİYELERİ

Üretim ekonomisinde işçilik maliyetinin etkisinin artması, imalatçıları üretim yöntemlerini kısmen veya tamamen mekanize hale getirmeye teşvik etmiştir. Önemli bir üretim yöntemi olan, devamlılığın ve üretkenliğin zorunlu olduğu, kaynaklı imalat alanında da mekanizasyona yönelim kaçınılmaz hale gelmiştir. Şekil 2’de gösterildiği gibi kaynak yöntemlerindeki mekanizasyon seviyeleri DIN 1910, Kısım1’de düzenlenmiştir [6].

Şekil ‎3.1 DIN 1910, Kısım1’e göre Kaynakta Mekanizasyon Seviyeleri [13].

 

Şekilden görüldüğü üzere, el ile yapılan kaynak işlemi “m”, kısmi mekanize kaynak “t”, tamamen mekanize kaynak “v” ve otomatik kaynak işlemleri “a” harfi ile sembolize edilirler.

 

3.3 KAYNAKTA OTOMASYON SEÇENEKLERİ

Kaynaklı imalat sürecinde de iş parçasının naklinden başlayarak kaynak işleminin otomatik olarak yapılması, bu işlemin sistem içinde gerekli olan tüm değişkenlerine ait elektronik haberleşmesinin girdi ve çıktı sinyallerinin bir kontrol ünitesinde otomatik olarak işlenmesi çok önemlidir. İlave olarak işlem sonuçlarının yeniden kullanılabilir şekilde saklanmasını kapsayan süreç kontrolü de çok önem arz etmektedir. Bu hususlar üreticileri giderek önemi artan otomasyon kavramına götürmektedir. İmalatçıyı üretimde otomasyona iten başlıca sebepler; üretkenlik ve kaliteyi artırmak, işçilik maliyetlerini azaltmak, elle yapılan rutin işleri azaltmak yada ortadan kaldırmak, işçi sağlığı ve güvenlik gerekçeleri ve son olarak da işin elle yapılamayacak kadar kompleks olması şeklinde özetlenebilir [13].

 

Kaynaklı imalat sürecindeki otomasyon basit konumlayıcı (pozisyoner) ve bağlantı sistemlerinden başlayarak tamamen entegre sistemlere kadar değişebilir. Kaynak otomasyonu ile ilgili çeşitli seçenekler aşağıdaki başlıklar altında sıralanabilir [8].

• Basit mekanizasyon;
• Özel ve özel amaçlı otomasyon;
• Robotik kaynak;
• Modüler otomasyon;
• Programlanabilir kontrol;
• Uzaktan kumandalı otomatik sistemler.

 

3.3.1. Basit Mekanizasyon

Endüstride karşılaşılan ve kullanılan en yaygın basit mekanizasyon sistemleri arasında;

• Traktör sistemleri;
• Konumlandırıcılar ve manipülatörler bulunur.

 

3.3.1.1. Traktör Sistemleri ve Traktörle Çalıştırılan Cihazların Uygulamaları

Bu sistem; plaka yüzeyi boyunca sürülebilen veya bir palet üzerine monte edilebilen ve bir raf ve pinyon tarafından hareket ettirilen elektrikle çalışan traktöre dayanmaktadır. Kaynak torcu, traktöre genellikle ayarlanabilir kelepçeyle tutturulur. Doğrudan monte sürtünmeli tahrik sistemleri genellikle toz altı ark kaynağı için, GMAW ve fluks özlü tel kaynağı için ise kaymaya daha az eğilimli olan paletli dişli tahrikli sistemler tercih edilir.

 

Traktörün üzerinde hareket ettiği ray doğrusal dikişler için belirli uzunluklarda temin edilebilir. Boru kaynağı için dairesel palet halkaları, dairesel kesme ve kaynak için entegre dairesel raylarda bulunabilir. Kullanıcı bu cihazları belirli bir uygulamaya göre modifiye edebilir. Konumsal GMAW kaynaklarının yapılmasına izin veren torç salınım cihazları, yardımcı ekipmanı (örn. tel besleme üniteleri), motorlu çapraz kızakları ve dokunsal dikiş takip cihazlarını taşımak için yararlanılan römorklar çok çeşitli standart aksesuarların kullanılmasına olanak sağlar. Şekil 3’de traktör taşıyıcı sistemi şematik olarak gösterilmiştir.

 
3.3.1.1. Traktör Sistemleri ve Traktörle Çalıştırılan Cihazların Uygulamaları Bu sistem; plaka yüzeyi boyunca sürülebilen veya bir palet üzerine monte edilebilen ve bir raf

Şekil ‎3.2 Traktör taşıyıcı arabası [8].

 

Traktör sistemlerinin ekipmanın taşınabilirliği, bu tip üniteyi deniz yapıları, binalar ve depolama tankları gibi farklı üretim süreçlerindeki kaynak uygulamaları için uygun hale getirir. Bu sistemler genellikle basit geometriye sahip uzun kaynak dikişleri için uygundur. Daha kolay uygulanırlar. GMAW, FCAW, SAW ile özel GTAW ve plazma ark kaynağı için faydalanılan sistemler de mevcuttur. Bu tarz otomasyon bir kaynakçı tarafından sürekli denetim gerektirir. Fakat sistemle kaynakçı ısı kaynağının yakınından uzaklaştırılır. Böylece kaynakçının maruz kaldığı duman etkisi azalır; yorgunluk faktörü de minimize edilir.

 

3.3.1.2. Konumlandırıcılar ve Manipülatörler

Basit döner konumlayıcılar (pozisyoner) ve kaynak torna tezgâhları, nispeten az sayıda kaynaklanacak iş parçalarını sabit bir kaynak torcu veya elle tutulan bir torç altında hareket ettirmek için kullanılabilir. Şekil 4’de ağır malzemeler için geliştirilmiş pozisyonerler gösterilmiştir [8].

Şekil ‎3.3 Ağır malzemelerin kaynak işlemi için geliştirilen pozisyonerler; a) döner yatak b) Farklı açılarda eğilebilen döner tablalar, c) kolon bom hareket sistemi 

Basit fikstür (bağlama elemanından) faydalanılarak yapılan bu tür bir otomasyon, nispeten az sayıda üretim için kolaylıkla kullanılabilir. Dairesel kaynak dikişleri için çok uygundur. Ancak düz dikişler için sabit doğrusal kızaklar da mevcuttur. Daha büyük iş parçaları için kolon ve bom pozisyonerler, motorlu kirişler, makaralı yataklar ve döner tablalar mevcuttur. Kolon ve bomlar, makaralı yataklar ve ağır döner tablalar için en yaygın uygulama alanı, basınçlı kaplar ve enerji üretim tesisi imalatındaki uzunlamasına ve çevresel kaynak dikişlerdir. Denizaltı gövde bölümlerinin imalatında ve enerji üretim sistemi tamburlarında çevresel kaynaklı birleştirmeler yapmak için de kullanılmıştır.

 

Traktör sistemlerinde olduğu gibi, bu üniteler basit geometrik şekiller ve kendisi ergiyerek depozit metal vazifesi gören elektrotla yapılan kaynak işlemleri için en uygun olan sistemlerdir. Birleştirilen iş parçalarının boyutu ve ağırlığıyla sınırlı bir dizi uygulamaya uyarlanabilirler. Bu tip sistemin en büyük avantajı, daha yüksek deposit metal biriktirme oranı ve kaliteli kaynak dikişlerinin elde edilmesini sağlayan yukarıdan aşağı pozisyonda kaynak yapma yeteneğidir [8].

 

3.4. Hassas ve Özel Amaçlı Otomasyon

3.4.1 Özel otomasyon

Özel otomasyon, belirli bir uygulama için özel bir kaynak sisteminin tasarımını içerir. Ortaya çıkan ekipman, bağlantı veya bileşen tasarımındaki değişikliklere uyarlanamayabilir. Bu tür otomasyon genellikle büyük üretim hacimleri için uygundur. Özel otomasyon geleneksel olarak nokta direnç, GTAW ve GMAW dahil olmak üzere çok çeşitli kaynak işlemlerinin kullanıldığı tekerlek ve egzoz sistemleri gibi otomotiv bileşenleri için kullanılır.

 

Kaynak torcu, iş parçalarını kaynak işlemi için hazırlayan ve ayrıca bitirme işlemlerini gerçekleştiren çok istasyonlu bir otomasyon sisteminde genellikle tek bir istasyondur. Daha az  sayıda üretim hacimlerinin ve daha kısa ürün yaşam döngülerinin öngörüldüğü, ancak kaynak ortamının özellikle zararlı ve tehlikeli olduğu veya son ürünün kalitesinin birincil öneme sahip olduğu özel kaynak sistemleri de kullanılmıştır. Bu tür uygulamaların örnekleri hem radyoaktif malzemelerin işlenmesinde hem de kritik öneme sahip fabrikasyonların inşasında nükleer endüstride bulunabilir. Özel otomasyon sistemleri belirli bir amaç etrafında tasarlama ihtiyacından dolayı bu tür ekipmanların maliyetini yükseltir. Birçok özel otomasyon uygulaması artık modüler veya robotik yaklaşım kullanılarak ele alınmaktadır [8].

 

3.4.1.1 Özel Amaçlı Otomasyon Sistemleri

Farklı boyutlarda benzer kaynaklı birleştirmelerin yapılacağı belirli uygulamalar için özel amaçlı otomasyon sistemleri geliştirilmiştir. Basit dikiş kaynak sistemi, orbital kaynak sistemleri ve GMAW dikiş kaynak makinesi bunlara örnek olarak verilebilir [8].

 

Basit Dikiş Kaynağı

Basit silindirlerin imalatında veya şerit oluşturmak için GTAW, plazma ark ve GMAW işlemleriyle sac metal dikiş kaynağı geniş ölçekte tekrarlanan bir ihtiyaç olmuştur. Bu tür bir uygulama ihtiyacını karşılamak için, bitişik kenarları sıkıştıran ve bir kaynak torcunu kaynak dikişi boyunca hareket ettiren standart otomatik ekipman geliştirilmiştir. Ekipman boylamasına dikiş kaynağı için geliştirilse de farklı malzeme kalınlıklarına ve iş parçası boyutlarına göre de uyarlanabilir.

 

Orbital Kaynak Sistemleri

Boru ve boru üretim uygulamalarında çevresel kaynak yapma ihtiyacı, alın alına boru, levhadan boru üretimi ve boru iç kaynaklarını içeren bir dizi kaynak işlemi orbital kaynak sistemiyle karşılanır. Bunlar genellikle birleştirilecek borunun üzerinde veya içinde bulunan ve bir GTAW torcunu birleştirmenin etrafında döndüren taşınabilir sistemlerdir. Daha büyük cihazlar, yukarıda açıklanan basit traktör sistemlerine benzer şekilde çevresel bir ray üzerinde traktöre monte edilebilirken, daha küçük sistemler bir kelepçe düzenlemesiyle kullanır. Kaynak torc sistemine kaynak ilave metal tel besleme ve ark boyu uzunluğu kontrolü dahil edilebilir. Daha karmaşık sistemlerde ise kaynak torcu kaynak dikişi etrafında hareket ettikçe kaynak parametrelerinin kademeli olarak değiştirilmesine izin verebilir [8].

 

GMAW Dikiş Kaynakçısı

GMAW dikiş kaynak makinesi, bir GMAW kaynak torcunun motorlu küçük bir sürgü üzerine monte edildiği yeni bir sistemdir. Tertibat, otomatik olarak kaynak dikişine yerleşen ve torç yüksekliğini ve açısını mekanik olarak sabitleyen bir kafaya monte edilmiştir. Kaynak uzunluğu (bu ünite ile maksimum 150 mm'ye kadar) ve kaynak ilerleme hızı operatör tarafından önceden ayarlanır ve basit bir basma düğmesi ile kaynak işlemi başlatılır. Ünite, tutarlı boyutta köşe kaynakları üretmek için idealdir. Sistem operatörün üniteyi dikey veya yatay yönde tutmasıyla kullanım kolaylığı sağlayacak şekilde tasarlanmıştır [8].

 

3.5.

 

KAYNAKLAR

1. Aydın, M., Gavas, M., Yaşar, M., and Altunpak, Y., "Üretim Yöntemleri ve İmalat Teknolojileri", 5. Ed., Seçkin Yayıncılık, 560 (2022).
2. Norrish, J., "Advanced Welding Processes", Woodhead Publishing, Cambridge, UK, 279 (2006).
3. Granjon, H., "Fundamentals of Welding Metallurgy", Woodhead Publishing, 210 (1991).
4. Uzun, H., "Sert Lehimleme Prensipleri", Değişim Yayınları, 251 (2002).
5. Selahaddin ANIK, "Kaynak Tekniği El Kitabı", Gedik Eğitim Vakfı Kaynak Teknolojisi Eğitim Araştırma Ve Muayene Enstitüsü, 222 (1991).
6. U. Dilthey, "Welding Technology 1 Welding and Cutting Technologies", Aachen University, 26 (2005).
7. Dilthey, U., "Welding Technology 2, Welding Metallurgy", (2005).
8. Norrish, J., "Welding automation and robotics", Advanced Welding Processes, Elsevier, 218–246 (2006).
9. Singh, R., "Welding automation", Applied Welding Engineering, Elsevier, 187–201 (2020).
10. Singh, R., "Codes, specifications, and standards", Applied Welding Engineering, Elsevier, 385–402 (2020).
11. F. Eichhorn, "Aspects of Mechanisation, Automation and Utilisation of Robot Welding", Automation and Robotisation in Welding and Allied Processes, Pergamon, (1985).
12. Lübbert, U., "Automation of wig-welding", IFAC Proceedings Volumes, 10 (13): 87–90 (1977).
13. Tapıcı, U. Ç., "Robotla kaynak uygulaması için fikstür tasarımı ve kaynak distorsiyonlarının analizi", Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, (2006).
14. Yumurtacı, S. and Mert, T., "Robotik kaynak sistemleri ve gelişme istikametleri", Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi, 44 (526): 32–40 (2003).
15. Rong, Y. K. and Zhu, Y., "Computer-Aided Fixture Design", CRC Press, 496 (1999).
16. Rong, Y., Huang, S., and Hou, Z., "Advanced Computer-Aided Fixture Design", Academic Press, 414 (2005).
17. Jeffus, L., "Welding and Metal Fabrication", Cengage Learning, 800 (2011).
18. Larry Jeffus, "Welding Principles and Applications", 5. Ed., Cengage Learning, 904 pages (2002).
19. Jeyaprakash, N., Haile, A., and Arunprasath, M., "The Parameters and Equipments Used in TIG Welding: A Review", The International Journal Of Engineering And Science, 2319–1813 (2015).
20. Internet: Right, R. D., "Benefits of Automating TIG Welding with Robots", https://robotsdoneright.com/Articles/benefits-of-automating-tig-welding-with-robots.html (2023).
21. Xu, Y., Yu, H., Zhong, J., Lin, T., and Chen, S., "Real-time seam tracking control technology during welding robot GTAW process based on passive vision sensor", Journal Of Materials Processing Technology, 212 (8): 1654–1662 (2012).
22. Chen, S. B., Zhang, Y., Qiu, T., and Lin, T., "Robotic welding systems with vision-sensing and self-learning neuron control of arc welding dynamic process", Journal Of Intelligent And Robotic Systems: Theory And Applications, 36 (2): 191–208 (2003).
23. Shen, H. Y., Ma, H. B., Lin, T., and Chen, S. B., "Research on weld pool control of welding robot with computer vision", Industrial Robot: An International Journal, 34 (6): 467–475 (2007).
24. Smith, J. S. and Lucas, J., "A vision-based seam tracker for butt-plate TIG welding", Journal Of Physics E: Scientific Instruments, 22 (9): 739–744 (1989).
25. Yu, J.-Y. and Na, S.-J., "A study on vısıon sensors for seam trackıng of heıght-varyıng weldment. Part 1: mathematıcal model", Mechatronics, 7 (7): 599–612 (1997).
26. Yu, J.-Y. and Na, S.-J., "A study on vision sensors for seam tracking of height-varying weldment. Part 2: Applications", Mechatronics, 8 (1): 21–36 (1998).
27. Chen, S. B., Lou, Y., Wu, L., and Zhao, D., "Intelligent methodology for sensing, modeling and control of pulsed GTAW : Part 1 : Bead-on-plate welding", Welding Journal, (2000).
28. Kuo, H.-C. and Wu, L.-J., "An image tracking system for welded seams using fuzzy logic", Journal Of Materials Processing Technology, 120 (1–3): 169–185 (2002).
29. Shen, H., Lin, T., Chen, S., and Li, L., "Real-Time Seam Tracking Technology of Welding Robot with Visual Sensing", Journal Of Intelligent & Robotic Systems, 59 (3–4): 283–298 (2010).
30. Ttulankar, R. W. and Dehankar, S. S., "Automation in Sheet Metal Tig Welding Process: A Case Study", International Journal Of Engineering Trends And Technology, 4 (July): (2013).
31. Baghel, P. K. and Nagesh, D. S., "Pulse TIG welding: Process, Automation and Control", Journal Of Welding And Joining, 35 (1): 43–48 (2017).
32. Sudhakar, R., Sivasubramanian, R., and Yoganandh, J., "Effect of automated MIG welding process parameters on ASTM A 106 Grade B pipe weldments used in high-temperature applications", Materials And Manufacturing Processes, 33 (7): 749–758 (2018).
33. Sholokhov, M. A. and Buzorina, D. S., "Calculation of mode parameters of wall bead deposition in downhand multi-pass gas-shielded welding", The Paton Welding Journal, 7: 61–65 (2013).
34. Skuba, T. G., Dolinenko, V. V, Kolyada, V. A., and Shapovalov, E. V, "Algorithm of technological adaptation for automated multipass mig/mag welding of items with a variable width of edge preparation", The Paton Welding Journal, 1: 14–20 (2013).
35. Tsaryuk, A. K., Ivanenko, V. D., Moravetsky, S. I., Gavrik, A. R., Strizhius, G. N., Nimko, M. A., Mazur, S. I., Trojnyak, A. A., Derkach, O. V, and Kuran, R. I., "Technology of repair welding of boiler unit assemblies without postweld heat treatment", The Paton Welding Journal, 9: 37–43 (2012).
36. Vereshchago, E. N. and Kostyuchenko, V. I., "Instability of mode in circuit with capacity and electric arc supplied by direct current source", The Paton Welding Journal, 8: 42–46 (2014).
37. Li, Z., Zhang, Q., Li, Y., Yan, X., and Srivatsan, T. S., "An analysis of gas metal arc welding using the lyapunov exponent", Materials And Manufacturing Processes, 28 (2): 213–219 (2013).
38. Narwadkar, A. and Bhosle, S., "Optimization of MIG Welding Parameters to Control the Angular Distortion in Fe410WA Steel", Materials And Manufacturing Processes, 31 (16): 2158–2164 (2016).
39. Devakumaran, K. and Ghosh, P. K., "Thermal Characteristics of Weld and HAZ during Pulse Current Gas Metal Arc Weld Bead Deposition on HSLA Steel Plate", Materials And Manufacturing Processes, 25 (7): 616–630 (2010).
40. Smith, P., "Fabrication, Assembly, and Erection", The Fundamentals of Piping Design, Elsevier, 171–189 (2007).
41. Naidu, D. S., Ozcelik, S., and Moore, K. L., "Gas Metal Arc Welding: Modeling", Modeling, Sensing and Control of Gas Metal Arc Welding, Elsevier, 9–93 (2003).