BRPI0713479A2

BRPI0713479A2 - método para fabricar continuamente arame de núcleo carregado com um material de carga pulverulento ou granular, e, extensão de arame de núcleo carregado com um material de carga

Info

Publication number: BRPI0713479A2
Application number: BRPI0713479-7A
Authority: BR
Inventors: Donovan Karnes; Philip V Monnin
Original assignee: Revwires Llc
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2012-12-04
Also published as: WO2008006057A3; EP2041846A2; US8656587B2; CA2657129C; CA2657129A1; US20090241336A1; JP2009542444A; WO2008006057A2; EP2041846A4

Abstract

MéTODO PARA FABRICAR CONTINUAMENTE ARAME DE NúCLEO CARREGADO COM UM MATERIAL DE CARGA PULVERULENTO OU GRANULAR, E, EXTENSãO DE ARAME DE NúCLEO CARREGADO COM UM MATERIAL DE CARGA. Estão apresentados um instrumento e método para fabricar arame de núcleo carregado com um material de carga pulverulento e/ou granular. A presente invenção controla automaticamente a deposição do material de carga usado na fabricação do arame de núcleo considerando uma variedade de mudanças de processo como, por exemplo, variações na largura da tira, na espessura da tira, no fluxo do material de carga, e na densidade do material de carga. Este monitoramento e controle automáticos usam medições detectadas da tira e volumes do material de carga detectados para produzir um arame de solda tubular de alta qualidade (por exemplo, com uma variação de cerca de + - 05% de uma razão de núcleo desejada).

Description

1

"MÉTODO PARA FABRICAR CONTINUAMENTE ARAME DE NÚCLEO CARREGADO COM UM MATERIAL DE CARGA PULVERULENTO OU GRANULAR, E, EXTENSÃO DE ARAME DE NÚCLEO CARREGADO COM UM MATERIAL DE CARGA"

A presente invenção refere-se a fabricação de tubo e, em particular, a um método e a um aparelho aperfeiçoados para fabricar arame de núcleo carregado com um material de carga pulverulento e/ou granular.

Aparelhos e métodos da técnica anterior fabricam tubo, e tubo carregado com pó, com pouco ou nenhum controle sobre o processo de produção. Como um exemplo, o arame de núcleo usado como um eletrodo em solda é um arame de eletrodo tubular, contínuo, com uma bainha de aço macio de baixo teor de carbono e um material de carga de pós que pode conter desoxidantes, formadores de escória, estabilizadores de arco, e materiais de liga. Os processos básicos usados para produzir arame de núcleo não mudaram muito ao longo do tempo. Por exemplo, o arame de fluxo de núcleo é fabricado usando-se um primeiro conjunto de matrizes de formação para moldar uma tira de metal alimentada continuamente em forma de U. A base da tira de metal em forma de U é, então, carregada com o material de carga. Em seguida, outro conjunto de matrizes molda a tira de metal carregada em forma de U em um tubo em forma de O, por meio do que as bordas da tira de metal que se encontram são forçadas mutuamente para vedar a abertura. Matrizes de formação adicionais reduzem, então, o diâmetro do tubo em forma de O para um arame de um diâmetro desejado,

Embora a tira e os materiais de carga sejam pobremente monitorados, se o forem, pelos fabricantes para corresponder às especificações detalhadas, poucos fabricantes de arame de núcleo, se algum, são capazes de conseguir uma variação melhor do que ± 2% de uma razão de núcleo desejada. A razão de núcleo é medida como uma porcentagem de peso de material de carga dividida pelo peso total do arame, incluindo o núcleo de material de carga. Atualmente, há uma necessidade de arame de núcleo de melhor qualidade que consiga uma variação melhor do que ± 1% da razão de núcleo desejada. Uma razão de núcleo fora da tolerância (por exemplo, em algumas aplicações, uma variação maior do que ± 1.5% de uma razão de núcleo desejada) é, freqüentemente, o principal contribuidor de repetição do processo de soldas feitas com arame de fluxo de núcleo.

r

E para superar os problemas acima mencionados que a presente invenção provê equipamento para fabricar tubo e tubo carregado com pó que controle automaticamente a deposição do material de carga usado na fabricação de arame de núcleo, considerando uma variedade de mudanças no processo, como, por exemplo, variações na alimentação da tira, largura da tira, espessura da tira, fluxo do material de carga e, em alguns modos de realização, também a densidade do material de carga. Esta monitoração e controle automáticos usam detectar medidas da tira e volumes de material para produzir um arame de solda tubular de alta qualidade (por exemplo, com uma variação de ± 0,5% da razão de núcleo desejada). A presente invenção tem aplicação na fabricação de arame de núcleo, supercondutores, arame de revestimento, e qualquer tubo de núcleo carregado com um material de carga pulverulento e/ou granular, com melhor tolerância de especificação e variação de material.

Estas e outras características e vantagens da invenção serão mais inteiramente compreendidas pela descrição a seguir de vários modos de realização da invenção, considerada conjuntamente com os desenhos anexos.

A seguinte descrição detalhada de modos de realização da presente invenção pode ser mais bem compreendida quando lida conjuntamente com os desenhos seguintes, onde estruturas semelhantes estão indicadas pelos mesmos numerais de referência, e nos quais:

A FIG. 1 é uma ilustração de um equipamento de linha de produção usado em uma etapa de fabricação de tubo e arame de núcleo de acordo com um modo de realização da presente invenção;

A FIG. 2 é uma vista explodida da seção de uma estação de formação de acordo com a presente invenção e mostrando dois conjuntos de ferramentas, lado a lado, permitindo, desse modo, que um operador mude uma tira de um conjunto para o outro;

A FIG. 3 é uma vista lateral esquemática de outro modo de realização da linha de acordo com a presente invenção tendo um sistema de carregamento e uma estação d solda;

As FIGS. 4A-4F são ilustração esquemática de formas da tira em vários pontos ao longo da linha da FIG. 3;

A FIG. 5 é um diagrama de blocos de um controlador do sistema de carregamento de acordo com um modo de realização da presente invenção que controla automaticamente a deposição do material de carga usado na fabricação do arame de núcleo através da consideração de uma variedade de mudanças no processo como, por exemplo, variações na alimentação da tira, largura da tira, espessura da tira, fluxo do pó, e densidade do pó;

As FIGS. 6A, 6B, e 6C são vistas esquemáticas de uma seção frontal, de topo, e parcialmente lateral, respectivamente, de um sistema de carregamento de acordo com um modo de realização da presente invenção;

As FIGS. 7A e 7B são vistas esquemáticas de uma seção frontal e uma lateral, respectivamente, de um sistema de carregamento de acordo com outro modo de realização da presente invenção;

As FIGS. 8A e 8B são vistas esquemáticas de um lado e de uma seção lateral, respectivamente, de um sistema de carregamento de acordo com outro modo de realização da presente invenção;

A FIG. 9 é uma vista lateral esquemática de outro modo de realização da linha, de acordo com a presente invenção, tendo múltiplos sistemas de carregamento; A FIG., 9A é uma vista secional tomada ao longo da linha da seção 9A-9A na FIG. 9, e mostrando um modo de realização de arame de núcleo tendo múltiplas camadas de material de carga;

A FIG. 10 é uma vista esquemática de topo de um modo de realização turn-key completo de acordo com a presente invenção;

A FIG. 11 é um fluxograma de um modo de realização do método de produção de acordo com a presente invenção; e

As FIGS. 12 e 13 são vistas esquemáticas frontal e lateral de um modo de realização de um alimentador do material de carga, de acordo com a presente invenção, e mostrando uma extensão L, lado-a-lado, de uma transportadora e uma largura W, a partir de uma posição Y sobre a transportadora, que define uma área de unidade.

Os peritos na técnica apreciarão que os elementos nas figuras estão ilustrados para simplicidade e clareza e não foram necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras podem estar exageradas em relação a outros elementos para ajudar a melhorar a compreensão dos vários modos de realização da presente invenção.

A seguinte descrição dos modos de realização da invenção dirigida a um método e aparelho para fabricar arame de núcleo carregado com um material de carga pulverulento e/ou granular é de natureza simplesmente exemplificativa, e não pretende de nenhuma maneira, limitar a invenção ou suas aplicações, ou usos.

A FIG. 1 ilustra um aparelho 10 usado para fabricar um arame 12 de acordo com a presente invenção. Em um modo de realização, o arame 12 é arame de núcleo; e em outro modo de realização, o arame 12 é um tubo vazado. Em um modo de realização, o arame 12 é um arame de fluxo de núcleo ou arame de metal de núcleo e, em outro modo de realização, o arame 12 é carregado com materiais supercondutores e/ou é um supercondutor. Em um modo de realização, o aparelho 10 tem a capacidade de produzir cerca de 2267,962kg de arame de solda com diâmetro de 0,1143cm, por ano.

A presente invenção permite a produção de arames de núcleo de pequeno diâmetro e tubulação metálica de diâmetro pequeno para uma variedade de aplicações. Arames de núcleo para uso como um eletrodo de solda podem ser produzidos com aço macio e com liga pobre de alta resistência, como HY80, HY90, HY94, e HY100 (estes arames podem ser produzidos com níveis muito baixos de hidrogênio, tão baixo quanto Hl, se desejado), e resistência à tração de 75k a 150k. Tubulação metálica vazada de pequeno diâmetro, de 0,127cm até l,27cm, pode ser fabricada usando-se o aparelho 10.

O aparelho 10 inclui um sistema descarretilhador 14, uma guia de tira e estação formadora de tubo 16, um sistema de carregamento 18, uma pluralidade de estações de redução de tubo 20a, 20b, 2c... 20n, um acumulador de arame 22, um sistema de recolhimento 24, um controlador de linha convencional 25, e um controlador do sistema de carregamento 26. O sistema descarretilhador 14 provê um suprimento contínuo de uma tira de metal plana 28 para a guia de tira e estação formadora de tubo 16. Após alimentação pelo sistema descarretilhador 14, a tira de metal 28 é puxada para dentro da entrada do aparelho 10 através da guia de tira e da estação formadora de tubo 16.

A guia de tira e a estação formadora de tubo 16 moldam a tira de metal 23 em uma forma de "U" ou modificada, para prover um canal para receber um material de carga (ver, por exemplo, FIG. 4B). Nesta altura, a tira de metal 28 já foi medida em múltiplas dimensões (pelo menos largura, altura, e espessura) por um dispositivo dosador de tira 38, que está provendo dados para o controlador do sistema de carregamento 26. As dimensões da tira medidas com precisão são analisadas em tempo real e em uma base contínua durante a passagem pelo dispositivo dosador de tira 38. Em um modo de realização, o dispositivo dosador de tira é um dispositivo dosador de não- contato como, por exemplo, um sistema medidor baseado em laser e visão. Em outros modos de realização, um dispositivo dosador de contato pode ser usado para medir as dimensões da tira.

A tira de metal 28 sai da guia de tira e da estação formadora de tubo 16 na bainha moldada em forma de U que, então, está pronta para receber um material de carga através de um dentre dois módulos de material 30a, 30b, providos no sistema de carregamento 18. O material de carga é dispensado precisamente pelo sistema de carregamento 18 dentro da bainha moldada em forma de U em uma base continuamente variável, medido automaticamente para satisfazer um carregamento de volume que proveja uma variância menor do que ± 2,0% de uma razão do núcleo desejada para a passagem. Como será explicado em uma seção posterior, o sistema de carregamento 18 é operado de uma forma pelo controlador do sistema de carregamento 26 para compensar as seguintes variáveis de fabricação: velocidade da tira, taxa de fluxo do material de carga, variações nas dimensões da tira e, opcionalmente, densidade do material de carga.

Em um modo de realização, o aparelho 10, de acordo com a presente invenção, incorpora um carregador robótico 32 e uma leitora de código de barra/etiqueta de RP 34. O carregador robótico 32 opera sob instruções programadas pelo controlador do sistema de carregamento 26 para suprir o sistema de carregamento 18 com os módulos de material de carga 30a, 30b que contêm o material de carga apropriado. Como deve ser apreciado, a leitora de código de barra/etiqueta de RF 34 ajuda a assegurar a qualidade do produto e a reduzir o erro humano.

Deve ser apreciado adicionalmente que o aparelho 10 reduz muitas etapas de configuração e intervenções no processo operacional pelo uso de sensor e de aparelhos de controle avançados. O aparelho 10 pode produzir uma ampla faixa de diâmetros com intervenção mínima do operador. 7

O aparelho 10 exige apenas que um operador confirme ou mude rapidamente os insertos de matriz de extração em cada um das estações 16, 36, e 20a, 20b, 20c... 20n, carregar a tira de metal correta 28 a partir do sistema descarretilhador 14 na guia de tira e estação formadora de tubo 16, e, então, 5 entrar com os parâmetros no controlador do sistema de carregamento 26 para um material de carga: um número de produto e, opcionalmente, uma extensão de passagem, uma razão de núcleo e, então, ativar o controlador do sistema de carregamento 26. Por padrão, se nenhuma extensão de passagem for especificada, o aparelho 10 funcionará até que toda a bobina de tira de 10 material metálico 28 no sistema descarretilhador 14 tenha sido usada.

Para uma passagem de repetição ou uma bobina nova de tira de metal 28 no sistema descarretilhador 14, o operador, após verificar os insertos da matriz de extração e carregar o material de tira correto, pode introduzir ou selecionar, a partir de uma lista apresentada provida pelo 15 controlador do sistema de carregamento 26, apenas o número do produto. O aparelho 10 se configura, então, automaticamente, em cada estação na linha usando os parâmetros que foram introduzidos ou parâmetros lidos de um arquivo de configuração 27, na memória do controlador do sistema de carregamento 26, que esteja associado ao número de produto. Por exemplo, o 20 controlador do sistema de carregamento 26 instrui o carregador robótico 32 para carregar os módulos de material de carga particulares 30a, 30b contendo o material de carga apropriado identificado nos parâmetros no sistema de carregamento 18a partir de um compartimento de suprimento 31, mantendo uma pluralidade dos módulos de material de carga diferentes 30a, 30b 25 adjacentes ao aparelho 10, e provê uma velocidade de passagem de linha inicial para o número de produto.

O controlador de linha convencional 25 acelera, então, progressivamente as estações até a velocidade de passagem inicial da linha para o número de produto, e o controlador do sistema de carregamento 26 8

controla a % de carregamento em volume depositado pelo sistema de carregamento 18 dentro da tira de metal em forma de U 28 para conseguir a razão de núcleo desejada com variação mínima (ou seja, menor do que ± 2,0%). Em um modo de realização, correções da velocidade de passagem na 5 linha e de valores de parâmetros no arquivo de configuração 27 para um número de produto particular são feitas durante a passagem, o que está explicado em maior detalhe em uma seção posterior, com referência feita às FIGS. 12 e 13. Para cada número de produto os parâmetros são salvos no arquivo de configuração 27 de modo que o número de produto possa ser 10 simplesmente selecionado para outra passagem sem ter que entrar com os outros parâmetros.

Uma estação de fechamento de tubo 36 molda, então, a tira de metal carregada em forma de U 28 em uma forma de O. Estações de redução de tubo 20 reduzem, então, o produto semi-acabado. Deve ser apreciado que o 15 controlador do sistema de carregamento 26 provê informações de configuração para o controlador de linha 25 para cada número de produto a partir do arquivo de configuração 27 como, por exemplo, a velocidade de passagem na linha, o tamanho do arame, e o diâmetro da matriz por estação, que configuram o número de estações de redução de tubo individuais 20a, 25, 20 20b, 20c... 20n que serão acopladas, dependendo do diâmetro de acabamento do trabalho definido e das matrizes de extração necessárias. Além disso, cada uma das estações 16 e 36 provêem conjuntos de ferramentas integradas e ajustáveis 23a e 23b. Conseqüentemente, a não ser por uma possível troca de tira e provimento de matrizes de extração específicas necessárias em cada 25 estação para cada diâmetro de arame, são necessários para mudança no diâmetro do tubo.

Por exemplo, e com referência à FIG. 2, um conjunto de um par de ferramentas 23 a, 23b é provido em cada estação, como a estação formadora de tubo 16, como aqui mostrado e explicado. Cada par de ferramentas 23a, 23b permite a formação de um tamanho particular de tira e, devido ao fato de ser montado adjacente um ao outro em cada estação, um operador pode selecionar rapidamente o tamanho de tira desejada para uma passagem, alimentando a tira através de um dos pares de ferramenta 23a, 23b e, então, para um próximo tamanho de tira para uma passagem subseqüente, alimentando a tira ao outro par sem ter que mudar as ferramentas em cada estação. Alimentações de tira alternativas são ilustradas pela FIG. 6B. No modo de realização ilustrado mostrado pelas FIGS. 6B e 6C, também deve ser apreciado que uma porção superior 15 do sistema de carregamento 18 pode ser deslocada e reposicionada horizontalmente, em relação à sua porção inferior 17, de modo que a extremidade de uma correia transportadora 54 esteja situada corretamente para alimentar o material de carga para dentro da tira de metal em forma de U 28, ao usar qualquer um dos pares de ferramenta 23a, 23b. Desse modo, a mudança ao longo do tempo é reduzida, de uma média de 4 horas em dispositivos formadores convencionais, para cerca de 20 minutos. Com dois conjuntos de pares de ferramentas de formação e fechamento 23a, 23b, a presente invenção também cobre toda a faixa de tamanhos de arame usado na indústria de solda. Com dispositivos convencionais, é típico três conjuntos de ferramentas para cobrir a mesma faixa de diâmetro de arame (de 0,0762cm a 0,3175cm).

Após a estação de fechamento de tubo 36, a velocidade de entrada do arame formado 12, em cada estação de redução de tubo 20, é aumentada automaticamente exatamente para a velocidade de saída do arame quando ele sai da estação de redução precedente. O desempenho ideal do aparelho 10 é pré-configurado pelo número de produto de arame provido pelo operador de máquina durante a configuração. Cada estação de redução de tubo 20 tem sua velocidade principal ajustada pelo controlador de linha 25, mas sensores estão presentes para ajuste fino da redução da velocidade em cada estação de redução de tubo 20 baseado na resposta real do arame quando 10

ele passa através de cada estação de redução de tubo 20. Estes sensores também param o processo se forem detectadas condições de falha no arame.

Após a redução, o acumulador de arame 22 e o sistema de recolhimento 24 coletam o arame 12. O arame 12 é enrolado em bobinas 5 mestras, que são, então, tratadas por calor, se aplicável ao produto que está sendo produzido, em um forno de tratamento por calor 29 (FIG. 10).

Em um modo de realização, como ilustrado pela FIG. 3, o sistema de carregamento 18 opera com um sistema de solda contínua 19 provido após a estação de fechamento de tubo 36. Neste modo de realização 10 ilustrativo, o sistema de solda contínua 19 é usado para soldar mutuamente as bordas juntadas da tira de metal 28 para produzir um produto semi acabado. As formas da tira 18 em vários pontos ao longo da linha estão ilustradas pelas FIGs. 4A-4F. Antes de entrar em uma ou mais das estações formadoras de tubo 16, a tira 28 é basicamente plana como mostrado pela FIG. 4A, e após 15 sair da estação(ões) formadora de tubo 16, a tira 28 tem uma forma de U, ou canal 41, como descrito pela FIG. 4B. Após sair do sistema de carregamento 18, o canal 41 contém, agora, uma quantidade do material de carga 43, como mostrado pela FIG. 4C.

A seguir, o canal 41 é fechado, envolvendo nele, desse modo, 20 o material de carga 43, via estação de fechamento de tubo 36 resultando na tira 28 estar formada agora, como o arame 12', como mostrado pela FIG. 4D. Em um modo de realização, também é provido um controle de rastreamento da costura da solda 21 para alinhar o sistema de solda 19 à costura móvel, para assegurar que a costura 45 do arame 12' seja soldada, resultando em uma 25 solda 47 no arame 12", como mostrado na FIG. 4E. Em seguida, o arame carregado de núcleo 12", soldado, é trabalhado por uma ou mais estações de redução do tubo 20 até que um diâmetro final desejado para um arame carregado de núcleo 12" seja produzido, como mostrado na FIG. 4F. Uma vez que o processamento do arame carregado de núcleo 12" para um diâmetro 11

final desejado é convencional, como, por exemplo, para produzir o arame acabado 12 (FIG. 1), não é provida nenhuma explicação adicional.

Opcionalmente, se tiver que ser produzido apenas tubo vazado, então, em um modo de realização, o sistema de carregamento 18 pode ser 5 convenientemente desligado (ou substituído) e a linha mostrada na FIG. 3 pode ser operada com a guia de tira e a estação formadora de tubo 16 e o sistema de solda contínua 19. Em um modo de realização, o sistema de solda contínua 19 é um soldador de costura a laser. Passagens de produção com velocidades de até 609,6m/s estão contempladas no modo de realização de 10 linha para produzir tubo vazado.

Com referência à FIG. 5, é mostrado um diagrama de blocos do controlador do sistema de carregamento 26, de acordo com um modo de realização da presente invenção. Como uma parte do processo de fabricação, o controlador do sistema de carregamento 26, em um modo de realização, usa 15 um fluxo contínuo de dados de pelo menos quatro sensores que medem numerosas variáveis do processo. Em um modo de realização, são providas ao controlador do sistema de carregamento 26 medidas da largura e espessura da tira através do dispositivo dosador de tira 38, a velocidade da tira antes do sistema de carregamento 18 através do sensor de velocidade 40, uma 20 determinação de uma quantidade de material de carga por um volume de dispensa do sistema de carregamento 18, através de um dispositivo dosador de material de carga 46, de modo a computar um volume de carregamento necessário, e a velocidade de um dispositivo dosador de material de carga 53, do sistema de carregamento 18, através de um codificador 56. Como será 25 explicado em maior detalhe na próxima seção a velocidade com que o dispositivo dosador de carregamento 53 provê cada volume dispensado é ajustado automaticamente pelo controlador do sistema de carregamento 26 para dispensar um número de volumes de dispensa (ou seja, baldes de volume) ou uma porção do mesmo do material de carga dentro do canal 41 da 12

tira 28. (FIG. 4B) para prover o volume necessário de carregamento de material de carga. O dispositivo dosador 46, em um modo de realização, é um sistema medidor de máquina baseado na visão e, em outro modo de realização, é um sistema medidor baseado em visão e laser, integrado ao sistema de carregamento 18.

Em um modo de realização, o controlador do sistema de carregamento 26 recebe, igualmente, outros dados como, uma identificação do tipo e da quantidade do material de carga através da leitora 34 lendo um código de barras/etiqueta de RF 42 (FIG. 1), provida no módulo de material de carga 30, respostas do carregador robótico 32 através de um controlador do carregador robótico 49, e condições e status de passagem na linha através do controlador de linha 25. Estes dados também asseguram medição precisa do material de carga a partir do dispositivo dosador de carregamento 53 para dentro da tira de metal em forma de U 28.

Em outro modo de realização, um sensor de força 44 é provido adjacente a uma ferramenta ou matriz de redução 84, providas em uma das estações de redução 20 (FIG. 1). O sensor de força 44 mede a força de redução aplicada ao tubo carregado. Neste modo de realização, a medição da força de redução é provida pelo controlador de linha 25 e comparada, pelo controlador do sistema de carregamento 26, às condições nominais conhecidas, para assegurar controle de qualidade. Como uma medida de controle de qualidade, uma força de redução maior do que um valor aceitável corresponde a um volume maior do que o especificado do material de carga, e uma força de redução menor do que um valor aceitável corresponde a um volume de material de carga menor do que o especificado.

Em um modo de realização, se a força de redução medida estiver fora da especificação, então, o controlador do sistema de carregamento 26 instruirá o controlador de linha 25 para interromper o funcionamento da linha, e provê ao operador uma indicação do que está errado e de como 13

corrigir o problema. Em outro modo de realização, se a força de redução medida estiver fora da especificação, então, o controlador do sistema de carregamento 26 assinala a seção de arame 12 como um carregamento baixo, de carregamento de material, em um arquivo de dados. Em outro modo de 5 realização, se a força de redução estiver fora da tolerância por um período predeterminado, o controlador do sistema de carregamento 26 instruirá o controlador de linha 25 para interromper o funcionamento da linha, e provê, novamente, ao operador, uma indicação do que está errado e de como corrigir o problema.

10 Opcionalmente, em um modo de realização, é provido um

sensor de solda de tubo 50 para permitir que o controlador do sistema de carregamento 26controle a penetração da solda do sistema de solda 19, quando provido em determinados modos de realização, de modo a não danificar os materiais de carga como, por exemplo, materiais 15 supercondutores. Além disso, opcionalmente em um modo de realização, um sensor de força 52 pode ser situado sob um componente do dispositivo dosador de carregamento 53 do sistema de carregamento 18. Por exemplo, no modo de realização mostrado na FIG. 6C, o sensor de força 52 está provido sob a correia transportadora 54, que é usada para dispensar o material de 20 carga dentro da tira de metal em forma de U 28. No modo de realização mostrado na FIG. 7 A, o sensor de força 52 mede a soma do material de carga provido a uma seção de um parafuso 70 que, então, é provido à tira em forma de U e, no modo de realização mostrado na FIG. 8B, o sensor de força 52 mede a carga que está sendo alimentada por um parafuso alimentador 71. 25 Nestes modos de realização, o sensor de força 52 mede o peso do material de carga distribuído pelo dispositivo dosador de carregamento 53, para assegurar medidas exatas do material de carga depositado na tira 28. Em um modo de realização, o sensor de força 52 suplementa as medidas tomadas pelo dispositivo dosador 46 e, em outro modo de realização, um dentre o dispositivo dosador 46 e o sensor de força 52 sendo usado como um suporte para o outro.

O codificador 56 é usado para controlar com precisão um servo-motor 58 usado para distribuir um volume de material de carga medido precisamente pelo dispositivo dosador de carregamento 53. Em um modo de realização ilustrado nas FIGs. 6A, 6B, e 6C, o dispositivo dosador de carregamento 53 inclui uma correia transportadora 54 que o servo-motor 58 aciona para distribuir o material de carga para a tira de metal em forma de U 28, localizada na extremidade da correia transportadora 54. Em outro modo de realização mostrado nas FIGs. 7 A e 7B, o dispositivo dosador de carregamento 53 inclui o parafuso 70 que é acionado pelo servo-motor 58 para distribuir o material de carga para a tira de metal em forma de U 28 que está posicionada abaixo do parafuso 70. Ainda em outro modo de realização que está mostrado nas FIGS. 8A e 8B, o dispositivo dosador de carregamento 53 inclui o parafuso alimentador 71 que é acionado pelo servo-motor 58 para distribuir o material de carga para a tira de metal em forma de U 28.

Em operação, se as medidas da tira 28, através do dispositivo dosador de tira 38, forem menores do que as nominais, o controlador do sistema de carregamento 26 comandará o servo-motor 8 para retardar a distribuição do volume de material de carga para a tira 28 através do dispositivo dosador 53. Do mesmo modo, se as medidas da tira 28 forem maiores do que as nominais, o controlador do sistema de carregamento 26 aumentará a distribuição do volume de material de carga para a tira 28 através da aceleração do servo-motor 58 do dispositivo dosador 53. Em um modo de realização, o dispositivo dosador 46 provê dados para o controlador do sistema de carregamento 26 sobre o volume de material de carga que pode ser provido à tira 28 através do dispositivo dosador 53. Em outro modo de realização, o dispositivo dosador 46 e o sensor de força 52 provêm dados para o controlador do sistema de carregamento 26 sobre o volume e densidade do material de carga, respectivamente, que pode ser distribuído para a tira 28 pelo dispositivo dosador 53. Em um modo de realização, o dispositivo dosador 46 mede o volume de material de carga provido pelo dispositivo dosador53, um número significativo de vezes, por segundo.

Com referência outra vez às FIGS. 6A, 613, e 6C, é mostrado um modo de realização do sistema de carregamento 18. Neste modo de realização ilustrativo, o servo-motor 58 controla a velocidade da correia transportadora 54. Uma porta de altura fixa 62, de um depósito alimentador 64 de material de carga, distribui uma quantidade fixa de material de carga sobre a correia transportadora 54 a partir de uma abertura de um dos módulos de material de carga 30a, 30b (FIG. 1). Um módulo de seleção 63 é assentado sobre o depósito alimentador 64 e provê um par de assentos 65 para suportar cada um dos módulos de material de carga 30a, 30b sobre o mesmo. Cada um dos assentos 65 tem um atuador 67 que abre um fechamento (não mostrado) em uma extremidade de cada módulo de material de carga 30a, 30b. Cada atuador 67 é controlado independentemente pelo controlador do sistema de carregamento 26 e, quando atuado, o material de carga é dispensado a partir de um módulo assentado e aberto dentro do depósito alimentador 64. Em um modo de realização, o carregador robótico 32 (FIG. 1) leva e remove o módulo(s) 30a e/ou 30b (ou seja, módulos de material de carga carregados e vazios) para, e dos assentos 65, e para, e do compartimento de suprimento 31. Em um modo de realização, os módulos de material de carga 30a e 30b são tubos alongados, e em outros modos de realização, podem ter qualquer forma geométrica apropriada para a distribuição de uma quantidade medida de material de carga para o depósito alimentador 64. O depósito alimentador 64, no modo de realização ilustrativo, também controla a distribuição do material de carga sobre a correia transportadora 54 através de uma largura interior que se estreita 66.

As FIGS. 7A e 7B são, respectivamente, vistas frontal e lateral 16

esquemáticas da seção de um sistema de carregamento 18, de acordo com outro modo de realização da presente invenção. Este dispositivo usa um parafuso 70 que é acionado pelo servo-motor 58. O parafuso 70 tem um perfil que não libera material de carga quando o processo é interrompido. O parafuso 70 é ajustado pelo sensor de força 52 que mede o peso do material de carga sobre o parafuso 70. Um sensor de nível 76 mede o nível de material de carga no depósito alimentador 64. Os dados do sensor de força 52 e do sensor de nível 76 e, os dados que correspondem à tira 28 do dispositivo dosador de tira38 (FICG. 5), são processados através do controlador do sistema de carregamento 26, produzindo um sinal de controle para o servo- motor 58. O controlador do sistema de carregamento 26 controla o servo- motor 58 para distribuir a quantidade por peso do material de carga que for necessária para manter a produção do arame de núcleo 12 dentro da especificação. A velocidade do servo-motor 58 é medida exatamente através do codificador 56 que provê retro-alimentação para o controlador do sistema de carregamento 26, que é usada pelo controlador do sistema de carregamento, assim como com os dados contínuos do sensor de força 52 e do sensor de nível 76, para assegurar que a quantidade correta por peso do material de carga, para cada segmento medido da tira de metal em forma de U 28, seja distribuída.

Opcionalmente, no modo de realização mostrado na FIG. 7A, é usada uma câmera de visão 80 para olhar dentro da tira de metal em forma de U 28 para determinar se o nível de material de carga provido pelo parafuso 70 está dentro da tolerância. Tendências desempenhadas pelo controlador do sistema de carregamento 26 nos níveis detectados de material de carga podem ser usadas para determinar se a quantidade de material de carga provido está se aproximando de um limite superior ou inferior fora da tolerância. Quando uma condição de tendência como esta ocorre, o controlador do sistema de carregamento 26 pode ajustar a distribuição do material de carga ajustando a 17

velocidade de rotação do parafuso 70, a fim de inverter a tendência e, manter o processo dentro da tolerância.

As FIGs, 8A e 8B ilustram um modo de realização alternativo ao modo de realização de parafuso das FIGS. 7A e 7B. Neste modo de realização, o parafuso alimentador 71 é operado e controlado de maneira similar ao parafuso 70. O parafuso alimentador 71 é ajustado pelo sensor de força 52 que mede o peso de material de carga introduzido no parafuso alimentador 71. O sensor de nível 76 mede o nível de pó no depósito alimentador 64. Os dados do sensor de força 52 e sensor de nível 76 são processados através do controlador do sistema de carregamento 26, produzindo um sinal de controle para o servo-motor 58. O controlador do sistema de carregamento 26controla o servo-motor 58 para distribuir a quantidade, por peso de material de carga que for necessária para manter a produção de arame de núcleo 12 dentro da especificação. A velocidade do servo-motor 58 é medida exatamente através do codificador 56, que provê retro-alimentação para o controlador do sistema de carregamento 26, que é usado pelo controlador do sistema de carregamento, bem como, com os dados contínuos do sensor de força 52 e do sensor de nível 76, para assegurar que a quantidade correta, por peso, de material de carga para cada segmento medido da tira de metal em forma de U 28, seja distribuída. Opcionalmente, dados de tendência também podem ser usados como explicado com o modo de realização mostrado nas FIGS. 7A e 7B.

A FIG. 9 é uma vista lateral esquemática mostrando outro modo de realização da linha, de acordo com a presente invenção, tendo múltiplos sistemas de carregamento 18a, 18b, 18c, 18d. Os sistemas múltiplos de carregamento 18a, 18b, 18e, 18d permitem a alimentação de diversos pós em camadas na tira de metal em forma de U 28 como, para a fabricação de supercondutores. A FIG. 9A é uma vista secional tomada ao longo da linha da seção 9A-9A, na FIG. 9 e, mostrando um modo de realização de arame de 18

núcleo 13 produzido pela linha e tendo múltiplas camadas de material de carga 43a, 43b, 43c, 43d.

A FIG. 10 é uma vista de topo esquemática de um modo de realização turn-key 99, de acordo com a presente invenção. O modo de realização turn-key compreende um par de aparelhos 10, fornos duplos de tratamento por calor controlado 29, aparelhos duplos de empacotamento de arame 33, e unidades de armazenamento de bobina opcionais 35. Após o resfriamento, o produto é rebobinado em bobinas menores através dos aparelhos de empacotamento de arame 33 para seguir os padrões do cliente, ou industriais.

De acordo com a presente invenção, os fornos de tratamento por calor 29 provêm aquecimento uniforme e são equipados com uma atmosfera controlada de pressão mais alta, gases misturados, super secos. Esta atmosfera controlada nos fornos de tratamento por calor 29 produz uma pátina que reduz a oxidação e melhora o recolhimento de corrente do arame carregado de núcleo, quando usado no processo de solda. Em um modo de realização, o controlador do sistema de carregamento 26, para facilitar um tratamento por calor controlado, controla os fornos de tratamento por calor 29. Em um modo de realização, o tratamento por calor controlado compreende executar uma queima a cerca de 204,44°C. Em seguida, um fluxo de uma atmosfera controlada acima da pressão atmosférica é introduzido, compreendendo uma mistura aquecida, super seca, de ar e pelo menos um gás, como nitrogênio e/ou outros gases inertes, é introduzido no forno até cerca de 329,44°C. Em um modo de realização, o gás inerte é 30-40% da mistura. O ar, antes de ser misturado, é resfriado para reduzir o teor de umidade abaixo de 25%. Durante este ciclo de aquecimento, 25% da atmosfera são circulados de volta para o forno de tratamento por calor 29.

Em seguida, o arame é resfriado em um ambiente controlado, e removido para um espaço de resfriamento ao atingir cerca de 51,67°C. O 19

tratamento por calor controlado cria um óxido estável compacto, de baixa porosidade, sobre a superfície do arame para aumentar a vida de armazenamento. Além disso, descobriu-se que a superfície de óxido é altamente desejável para alimentar arame ao arco de solda porque o arame tem um óxido compacto muito fino e está limpo, e, por conseguinte, não leva material para a ponta, o que provê um arco mais consistente e elimina vibração e interrupções. O tratamento de forno acima descrito permite a produção de níveis de hidrogênio de solda metálica muito baixos e, em um modo de realização, tão baixo quanto Hl.

Em uso, os processos seguintes são executados de acordo com um método da presente invenção, que está ilustrado na FIG. 11A. Referência é feita igualmente às FIGS. 1, 5, e 10. É para ser apreciado que os processos identificados a seguir não precisam necessariamente ser executados na ordem apresentada ou mesmo seqüencialmente, e são providos, por isso, apenas para ilustração e explicação. Na etapa 100, o operador entra com o número do produto a ser produzido e, opcionalmente, a extensão total de arame desejada (através do controlador do sistema de carregamento 26). O controlador do sistema de carregamento 26 se configura automaticamente ou provê ao operador as variáveis seguintes lendo, na etapa 105, a partir do arquivo de configuração 27, os dados correspondentes ao número do produto: o material de carga 20; a razão de núcleo, a % de tolerância (ou seja, a faixa de razão de núcleo desejada); o número de estações de extração ativas; identidade das ferramentas (diâmetro de arame por estação); a velocidade de passagem baseada na velocidade de entrada da tira (que é configurada pelo controlador de linha 25 e monitorada pelo sensor de velocidade 73, como mostrado na FIG. 5); e tamanho da tira que entra (largura χ espessura). Quaisquer instruções especiais para o operador serão apresentadas pelo controlador do sistema de carregamento 26 em um monitor (não mostrado), incluindo as matrizes de extração necessárias, configurações instalações de pedestal de 20

moinho, ou outras provisões de configurações especiais a ser instaladas.

Em seguida, na etapa IlOo operador ou o carregador robótico 32 carregam os cartuchos do material de carga correto (FIG. 1). Quando carregado, um código de barras ou uma etiqueta de rádio freqüência (R.F) 42 5 no módulo de material de carga 30 é lido pela leitora 34 na etapa 120 para identificar o material de carga carregado e a densidade específica do material de carga para o controlador do sistema de carregamento 26. Como uma característica de segurança, o aparelho 10 não funcionará se o código de barras ou a etiqueta de radio freqüência (RP) 42, no módulo de material de 10 carga 30, não casar com o material de carga especificado no arquivo de configuração 27, para o controlador do sistema de carregamento 26. Em seguida, na etapa 130, o operador confirma ou troca manualmente as matrizes de ferramentas na estação de fechamento de tubo 36 e nas estações de redução do tubo 20, como especificadas pelo controlador do sistema de carregamento 15 26. Uma identificação eletrônica opcional pode ser provida em cada matriz de ferramenta, que é lida pelo controlador do sistema de carregamento 26. Se esta identificação eletrônica for provida, então, na etapa 140, se for usado um diâmetro de matriz errado ou ocorrer um desencontro na estação de redução de tubo 20, o aparelho 10 também não funcionará e, uma mensagem 20 apropriada de erro será provida ao operador, pelo controlador do sistema de carregamento 26. De outro modo, se esta identificação 10 não for provida, então, a etapa 140 é pulada.

O operador alimenta, então, na etapa 150, a tira 28 na guia de tira e estação formadora de tubo 16. Na etapa 160, o controlador do sistema 25 de carregamento 26 confirma que a tira de metal carregada 28 está correta tomando medidas do material de tira usando o dispositivo dosador de tira 38 (FIG. 5). Opcionalmente, um código de barras ou etiqueta de RF no carretei do material de tira pode ser lido pelo controlador do sistema de carregamento 26 para confirmar, igualmente, que o material de tira correto/não correto foi 21

carregado na etapa 160. Quando confirmado, o controlador do sistema de carregamento 26 provê uma pronta indicação ao operador. O operador alimenta, então, a tira de metal 28 através do sistema de carregamento 18 da estação de fechamento de tubo 36 e, então, como arame, através de todas as 5 estações de redução remanescentes do aparelho 10 e, na etapa 170 conecta o arame ao sistema de recolhimento 24 (FIG. 1). O operador, então, na etapa 180 ativa o aparelho 10 para operação de produção contínua. O aparelho 10 acelerará para a velocidade específica de entrada de tira como indicada pelo sensor de velocidade 73, e, então, se manterá firme para a passagem de 10 produção. Uma passagem de produção do aparelho 10 é contemplada para velocidades acima de 914,4m/min, mais ou menos, dependendo do tamanho do arame.

Na etapa 190, o controlador do sistema de carregamento 26 e o controlador de linha 25 monitoram o desempenho do sistema de carregamento 15 18 e da linha, respectivamente e, se auto configura, quando necessário. Por exemplo, e como será explicado em maior detalhe em uma seção posterior, o controlador do sistema de carregamento 26 monitora as dimensões da tiras e ajusta automaticamente a quantidade de material de carga distribuído para o canal da tira para conseguir a razão de núcleo especificada. Do mesmo modo, 20 durante a passagem de produção, o controlador do sistema de carregamento 26 instruirá o carregador robótico 32 para aprontar os módulos de material de carga 30a, 30b (Fig. 1) para manter cheio o sistema de carregamento de material 18. Além disso, o controlador do sistema de carregamento 26 atualizará os dados para o número do produto, junto com um número 25 identificador da passagem no arquivo de configuração 27, para refletir melhor as condições de passagem detectadas. Neste sentido, deve ser apreciado que o controlador do sistema de carregamento 26 usa os parâmetros detectados para refinar os parâmetros providos originalmente pelo arquivo de configuração 27, que poderão ser usados para a próxima passagem de número do produto. 22

Na etapa 200 o controlador do sistema de carregamento 26verifica para ver se existe uma condição de parada. Estas condições de parada incluem, por exemplo, o término da passagem de produção para a extensão de passagem introduzida, o material de tira acima do sistema descarretilhador 14 estar vazio, a razão de núcleo estar fora da faixa da razão de núcleo, o suprimento de material de carga estar esgotado, a força de redução estar fora da especificação, e ruptura ou emperramento do arame no aparelho 10. Como mencionado acima previamente, o controlador do sistema de carregamento 26 instruirá o controlador de linha 25 para interromper a linha quando existir uma condição de parada e, se algo estiver errado, proverá o operador com uma indicação do que está errado e de como corrigir o problema. Nesta etapa, o operador também pode rever as leituras, observar as operações do aparelho 10, e intervir, se necessário, bem como, monitorar comandos visuais e audíveis a partir do controlador do sistema de carregamento 26.

Na conclusão de uma passagem de produção, ou quando o carretei de recolhimento estiver cheio, o operador remove, então, o carretei cheio do sistema de recolhimento 24 (FIG. 1) e, na etapa 210, coloca um novo carretei vazio. O carretei cheio é colocado em uma estação de transbordo provisório, como a unidade de armazenamento 35 (FIG. 10), esperando para ser transferido para o aparelho de tratamento por calor. Na etapa 220, os carretéis cheios vão para um forno do tratamento por calor 29, com ciclo de temperatura exclusivo e gases misturados, super secos, sob pressões e temperaturas elevadas.

Após a conclusão do processo de tratamento por calor projetado, múltiplos carretéis saem do forno de tratamento por calor 29 devido a uma instrução de resfriamento e sobre aparelhos de empacotamento de arame 33. O arame de núcleo, neste momento, é relativamente insensível à temperatura ambiente ou à umidade relativa. Na etapa 230, o arame é descarretilhado e colocado em vários tamanhos e configurações de pacote 23

baseados na necessidade do cliente, o empacotamento por exigências do cliente. Uma explicação detalhada sobre um método da presente invenção, para prover com precisão uma quantidade do material de carga dentro da tira de metal em forma de U 28, para assegurar que o arame produzido carregado de núcleo esteja em uma faixa de razão de núcleo melhorada, será apresentada a seguir.

Como mencionado acima, após alimentação a partir do sistema descarretilhador 14, a tira de metal 28 é puxada para dentro da guia de tira e estação formadora de tubo 16. A tira de metal 28 sai da guia de tira e estação formadora de tubo 16 com um canal em forma de "U", ou modificada, que está aberto para cima, para receber o material de carga, como mostrado, por exemplo, na FIG. 4B. Nesta altura, como igualmente mencionado previamente acima, a tira de metal 28 foi medida em múltiplas dimensões pelo dispositivo dosador de tira 38, que está provendo dados ao controlador do sistema de carregamento 26. Desse modo, são determinadas, muito precisamente, dimensões da tira para segmentos de tira definidos, em tempo real e numa base contínua como, por exemplo, os segmentos de tira Sa, Sb...Sn, como ilustrado na FIG. 12.

Em um modo de realização, as dimensões da tira para cada segmento de tira Sa, Sb... Sn são usadas para calcular o peso de cada segmento de tira. O peso de cada segmento Sa, Sb...Sn é computado simplesmente pelo controlador do sistema de carregamento 26 multiplicando o volume de cada segmento, como determinado pelas múltiplas dimensões medidas pelo dispositivo dosador de tira 38, pela densidade de unidade de tira 28. Como explicado adiante, o peso de cada segmento de tira Sa, Sb...Sn é usado, então, pelo controlador do sistema de carregamento 26, para ajustar com precisão a quantidade de material depositado dentro do canal, para assegurar que cada segmento de tira esteja em uma faixa de razão de núcleo desejada. Em um modo de realização, a variância de uma razão de núcleo 24

desejada (ou seja, uma faixa de razão de núcleo) é menor do que cerca de ± 2% e ajustável, para baixo, até cerca de ± 0,5%, dependendo da aplicação, diâmetro do arame, e fórmula do núcleo.

Como mencionado acima, a razão de núcleo é o peso do material(ais) de carregamento dividido pelo peso total do arame (incluindo o material de carga de núcleo), que é multiplicado por 100 para prover uma porcentagem. Por exemplo, para produzir um arame de núcleo, um tamanho de tira laminada a frio padrão 25, disponível para a tira de metal 28, é 0,06096cm χ l,27cm e provida por um fabricante de aço com uma variação típica de + 0,01524cm na espessura e ± 0,0127cm na largura, a partir das dimensões nominais, por extensão de bobina embarcada (por exemplo, metros de arame por bobina). Os presentes inventores descobriram que, quando configurado para operação de produção usando apenas as dimensões nominais da tira (por exemplo, 0,06096cm χ 1,27cm ), estas variações nas dimensões da tira, durante a passagem, podem resultar em, aproximadamente, uma mudança de 23% na quantidade de pó necessária para manter uma especificação de razão de núcleo de 17% a partir da variação da tira do lado de cima (ou seja, 0,0762cm χ l,283cm) até a variação da tira do lado de baixo (ou seja, 0,06096cm χ l,257cm). Por este motivo, os métodos da técnica anterior, uma vez que não consideravam as variações nas dimensões da tira, eram capazes de atingir, apenas, no melhor dos casos, velocidades de passagem de até cerca de 76,2m/min de taxas de carregamento de material, acima das quais, a variação na razão desejada de núcleo se tornava maior do que ± 2%, o que estava fora da faixa de razão de núcleo, limitando a razão de núcleo desejada. A presente invenção, no entanto, atingiu, experimentalmente, velocidades de passagem de até 228,6m/min, mantendo-se dentro de uma faixa de razão de núcleo de ± 0,5% da razão de núcleo desejada de 17%, devido à medição contínua das dimensões da tira para ajustar, com precisão e automaticamente, a quantidade de material depositado dentro do canal para cada segmento de 25

tira.

Para ajustar com precisão a quantidade de material depositado dentro do canal para cada segmento de tira, em um modo de realização, o peso por unidade de área do material a ser dispensado é medido pelo sistema.

5 Em um modo de realização, a unidade de área é definida por uma extensão lado-a-lado L da correia transportadora 54 e por uma largura W, a partir de uma posição Y sobre a correia, como mostrado nas FIGs. 12 e 13. Em um modo de realização, a unidade de área corresponde à área de formação de imagem do dispositivo dosador de material de carga 46. Em outro modo de 10 realização, a unidade de área corresponde à área de pesagem do sensor de força 52 (ver, por exemplo, FIG. 6C).

Em um modo de realização do sistema de visão a laser, em que o dispositivo dosador 53 usa a correia transportadora 54 para transportar e dispensar o material de carga 43, o peso do material de carga por a unidade de 15 área (L χ W), que está sendo transportado pela correia transportadora 54, é determinado prontamente medindo-se o volume de material (L χ W χ Η) e multiplicando-se o volume medido pela densidade específica (peso por unidade de área) do material como especificada pelo código de barra ou pela etiqueta de RF 42 provido no módulo de material de carga 30a, 30b (FIG. 1). 20 A altura H, do material na unidade de área (L χ W), é determinada tomando- se uma imagem 83 do material que está sendo transportado sobre a correia transportadora 54, na posição Y, com um laser 77 e dispositivo de formação de imagem 79 do dispositivo dosador de material de carga 46. A imagem 83 é provida em um ângulo de incidência baixo em relação ao plano de transporte, 25 de modo que uma área em seção transversal do material de carga 43 em pixéis, tendo o perfil de altura H, completo, seja provida. O controlador do sistema de carregamento 26 usa, então, o sinal de dados da imagem 83 para determinar o volume do material de carga contido na seção identificada da correia transportadora 54, em movimento (ou seja, L χ W), usando 26

processamento de imagem convencional.

Em um modo de realização, o controlador do sistema de carregamento 26 usa, então, o volume do segmento de tira provido pelo dispositivo dosador de tira 38 e multiplica ele pelo peso por unidade de área 5 para determinar o peso do segmento, por exemplo, Sa. A recíproca do peso do segmento Sa é, então, multiplicada por 1 - x, onde χ é o valor numérico da razão de núcleo desejada (por exemplo, 17%, x= 0,17), para dar o peso total do segmento de tira Sa e do material de carga. O peso total do segmento de tira Sa e do material de carga é multiplicado, então, pela razão de núcleo para 10 dar o peso de material de carga necessário para ser distribuído pela correia transportadora 54 para o segmento de tira Sa.

Para distribuir a quantidade apropriada de material de carga 43 a partir da correia transportadora 54, o controlador do sistema carregamento 26 recebe, então, a velocidade do segmento Sa, como provida pelo sensor de 15 velocidade 40, e multiplica ela pelo peso do material de carga necessário para ser distribuído pela correia transportadora 54, para achar o peso do material de carga por unidade de tempo necessário para o segmento Sa. O peso do material de carga por unidade de tempo, como determinado acima é, então, dividido pelo peso do material de carga por unidade de área (L χ W) do 20 material que está sendo transportado sobre a correia transportadora 54 para achar a largura (W) do material de carga sobre a correia, necessário para ser distribuído para o segmento de tira A. O controlador do sistema de carregamento 26 divide, então, a circunferência de uma roda de acionamento 81, ao redor da qual a correia transportadora 54 gira, pelo peso do material de 25 carga por unidade de tempo, para achar a rotação por minuto (RPM) que a roda da movimentação 81 precisa para movimentar a correia transportadora 54, de modo a distribuir para o segmento de tira Sa, a quantidade necessária, agora medida com precisão, do material de carga 43 que está sendo transportado sobre a correia transportadora 54. O controlador do sistema de 27

carregamento 26 recebe, então, a RPM determinada, multiplica ela pela relação de redução da engrenagem do servo-motor 58 (FIGO. 6C) para obter a RPM necessária para o motor.

O controlador do sistema de carregamento 26 usa, então, a localização e a velocidade do começo do segmento de arame Sa, a distância conhecida a partir da posição Y até a extremidade final da correia, ou seja, a distância Cx, e a velocidade corrente da correia transportadora 54 através do codificador 56 (FIG. 5) para computar o momento em que fazer o ajuste da velocidade do servo-motor 58 para a RPM necessária para o motor assegurar que a quantidade de material de carga 43, depositado dentro do canal do segmento Sa, satisfaça a razão de núcleo com variação menor do que ± 2%, até cerca de ± 0,5%. Estas computações e ajustes de velocidade são executados continuamente durante a passagem para cada segmento de tira subseqüente, por exemplo, Sb... Sn. Deve ser apreciado que o controlador do sistema de carregamento 26, em um modo de realização, provê um registro da quantidade de material dispensado por segmento em cada passagem, que pode ser usado para substanciar a qualidade do arame de núcleo produzido para satisfazer a especificação de razão de núcleo desejada.

Em outro modo de realização, como os modos de realização usando o parafuso 70 ou o parafuso alimentador 71 e o sensor de força 52 (por exemplo, FIGS. 7B e 8B), o controlador do sistema de carregamento 26 divide o peso do material de carga necessário para ser distribuído pelo dispositivo dosador 53 para o segmento de tira Sa, computado como mencionado acima, pelo peso do material de carga em um volume conhecido do parafuso 70, ou do parafuso alimentador 71. Deve ser apreciado, que o peso do material de carga por volume conhecido do parafuso 70, ou do parafuso alimentador 71, representa uma quantidade, ou balde de volume, a ser dispensada a partir do dispositivo dosador53 para dentro do canal da tira 28. Conseqüentemente, a divisão do controlador do sistema de carregamento 28

26 determina quantos baldes de volume nB, onde n=l a x, de material de carga precisam ser distribuídos para o segmento Sa. Como antes, o controlador do sistema de carregamento 26 usa, então, a localização e a velocidade do segmento de arame Sa, e o ajuste de velocidade necessário do servo-motor para determinar o momento de distribuir o número de baldes de volume nB para assegurar que a quantidade de material de carga 43 (ou seja, o número de baldes de volume nB) depositada no canal de segmento Sa satisfaça a razão de núcleo com variação menor do que ± 2% e, ajustável para baixo, até cerca de ± 0,5%.

Embora não limitado a isso, nota-se que a presente invenção descrita acima, tem as seguintes características e vantagens. O controle do volume de massa de material de carga fluindo para dentro da bainha externa, independentemente do peso atômico e da velocidade, permite a produção de um produto a velocidades mais altas e que é melhor do que os padrões de qualidade, "o melhor da indústria," aceitos pela indústria. Os aparelhos de automação e controle têm controles de reação e sensoriamento totais que asseguram a mais alta qualidade de arame acabado com o mínimo de intervenção dos operadores de máquina. Além disso, o carregamento mais preciso e mais consistente por todo a extensão de cada bobina de arame devido ao sistema de carregamento 18 automatizado, permite o uso e a mistura de pós muito finos, a partir de 150mesh até 400mesh, em uma mistura homogênea tendo uma razão de até cerca de 40% material de carga de 400mesh. Esta mistura elimina, desse modo, a segregação de material de matriz para uma ampla faixa de pesos atômicos. Devido os pós combinados ter uma consistência final que flui com pouca, ou nenhuma segregação, o produto têm uma química de solda e propriedades mecânicas mais consistentes. A redução do arame e controle de velocidade precisos da presente invenção, também reduz torções do arame e mantêm a costura do arame da bainha externa em uma localização radial, melhorando, desse modo, 29

uma alimentação melhor do arame à ponta do arco para minimizar oscilações do arco, pulsações do arco e os reparos, ou tempo ocioso, associados a estes problemas. Além disso, usando-se pós mais finos (ou seja, 400mesh), reduz o custo do pó em até 20%.

Com a presente invenção, em um modo de realização, pode ser provido arame de núcleo muito pequena, na faixa de cerca de 0,0762cm a cerca de 0,635cm de diâmetro final, com variação de ± 0,5% a partir de uma razão de carregamento desejada.

Em outro modo de realização, a presente invenção mantém um controle do pó com ± 0,05% de variação a partir de uma razão de núcleo desejada a uma velocidade de alimentação de tira de até 182,9m/min, permitindo, desse modo, acima de 680,4kg de arame produzido, por hora.

Em outro modo de realização, a presente invenção provê uma velocidade melhorada na qual os tubos formados podem ser soldados em diâmetros finais menores do que 0,635cm. Em um modo de realização, a presente invenção usa um laser de alta velocidade que pode soldar em velocidades acima de 91,44m/min, e provê um aumento de, aproximadamente, 30% na produção de tubo pequeno comparada aos aparelhos de formação de tubo convencionais.

A descrição antecedente da invenção foi apresentada para a finalidade de ilustração e descrição. Não se pretende ser exaustivo ou limitar a invenção à forma precisa apresentada, e outras modificações e variações podem ser possíveis à luz dos ensinamentos acima. Os modos de realização apresentados acima foram escolhidos e descritos para explicar os princípios da invenção e de sua aplicação prática para permitir, desse modo, que outros, experientes na técnica, utilizem a invenção da melhor maneira possível. Pretende-se que as reivindicações anexas sejam interpretadas para incluir outros modos de realização alternativos da invenção exceto, na medida em que estejam limitados pela técnica anterior.

Claims

1. Método para fabricar continuamente arame de núcleo carregado com um material de carga pulverulento ou granular a uma razão de núcleo desejada, caracterizado pelo fato de compreender: alimentar uma tira de metal plana em uma primeira velocidade durante uma passagem; medir automaticamente, continuamente, dimensões da tira durante a passagem; moldar a tira em um canal aberto para cima e dimensionado para manter uma quantidade do material de carga quando a tira é alimentada durante a passagem; transportar o material de carga continuamente durante a passagem, por um dispositivo dosador, em uma segunda velocidade; determinar automaticamente o volume de uma quantidade de material de carga que está sendo transportado pelo dispositivo dosador; depositar o material de carga a partir do dispositivo dosador dentro do canal, continuamente, durante a passagem; e ajustar automaticamente a segunda velocidade durante a passagem para assegurar que a quantidade de material de carga depositado dentro do canal esteja em uma faixa de razão de núcleo desejada para a razão de núcleo desejada, o ajuste da velocidade sendo baseado na primeira velocidade, nas dimensões medidas da tira, e no volume do material de carga determinado para estar sendo transportado pelo dispositivo de medida.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do mencionado transporte ser através de uma correia transportadora do dispositivo dosador.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do mencionado transporte ser através de um parafuso do dispositivo dosador.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do mencionado transporte ser através de uma correia transportadora do dispositivo dosador e, o volume de material de carga ser uma porção do material de carga que está sendo transportado sobre a correia transportadora.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender determinar automaticamente o peso de um segmento de tira usando as dimensões medidas da tira e, um peso por unidade de área da tira; determinar automaticamente um peso total do segmento da tira e do material de carga multiplicando uma recíproca do peso do segmento por 1 - x, onde χ é o valor numérico da razão de núcleo desejada; e determinar automaticamente o peso do material de carga necessário para ser distribuído pelo dispositivo dosador para o segmento de tira, quando moldado como um canal, multiplicando o peso total do segmento de tira pela razão de núcleo desejada.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender determinar automaticamente um peso do material de carga por unidade de tempo necessário para o segmento da tira, multiplicando a primeira velocidade pelo peso do material de carga necessário para ser distribuído pelo dispositivo dosador.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do mencionado transporte ser através de uma correia transportadora do dispositivo dosador, e o volume do material de carga ser uma porção do material de carga que está sendo transportado sobre a correia transportadora; e o método compreender adicionalmente determinar a quantidade do material de carga sobre a correia transportadora necessário para ser distribuído para o segmento de tira dividindo o peso do material de carga por unidade de tempo, pela resultante de uma densidade específica do material de carga vezes o volume do material de carga que está sendo transportado sobre a correia transportadora.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender determinar automaticamente uma revolução por minuto (RPM) de uma roda de acionamento que aciona a correia transportadora dividindo uma circunferência da roda de acionamento pelo peso do material de carga por unidade de tempo e, multiplicando uma relação de redução da engrenagem de um servo-motor que gira a roda de acionamento para prover a segunda velocidade.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do volume do material de carga ser medido usando-se um sistema de medição baseado em máquina de visão tendo um laser.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender formar o canal dentro de um tubo, durante a passagem, para encerrar o material de carga no mesmo.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da passagem resultar em, aproximadamente, 680,4 kg/h de arame de núcleo.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente usar um conjunto de um par de conjuntos de ferramentas providos pelo menos sobre uma estação provida na passagem.

13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da faixa de razão de núcleo desejada ser menor do que ± 2% e até cerca de 0,5% da razão de núcleo desejada.

14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do material de carga ser uma mistura de pós muito finos em uma faixa de aproximadamente 150 mesh até cerca de 400 mesh.

15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da primeira velocidade estar acima de 91,44 m/min.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do arame de núcleo ter um diâmetro final de cerca 0,0762 cm até cerca de 0,635 centímetros.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do material de carga ser um primeiro material de carga e, o mencionado dispositivo dosador ser um primeiro dispositivo dosador e, o mencionado método compreender adicionalmente deposição, sobre o topo do mencionado primeiro material de carga, de um segundo material de carga proveniente de um segundo dispositivo dosador.

18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender verificar automaticamente para uma dentre uma pluralidade de condições de parada, onde as condições de parada incluem: não ter mais tira para ser alimentada, a razão real de núcleo provida estar fora da faixa de razão de núcleo desejada, as dimensões medidas da tira estar fora das tolerâncias predeterminadas, uma fonte de material de carga estar esgotada, ruptura do arame, e emperramento do arame e, se uma das condições de parada existir, então, o mencionado método compreender adicionalmente interromper a passagem.

19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender formar o canal dentro de um tubo durante a passagem para encerrar, no mesmo, o material de carga; reduzir o tubo a um diâmetro final para produzir o arame de núcleo, e tratar por calor o arame de núcleo, onde o tratamento por calor inclui expor o arame de núcleo a aquecimento de até 204,44°C, expor o arame de núcleo a um ambiente controlado tendo uma pressão acima da atmosférica de uma mistura super seca aquecida até por volta de 329,44°C, compreendendo ar e um gás inerte, onde o gás seco, inerte, é 30-40% da mistura aquecida, e o ar tendo um teor de umidade abaixo de 25%, resfriar o ambiente controlado com o arame de núcleo permanecendo no mesmo, e remover o arame de núcleo quando o ambiente controlado atingir cerca de 51,67°C.

20. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender usar um controlador para determinar o ajuste da velocidade e para ajustar automaticamente a segunda velocidade durante a passagem.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender entrar com um número de produto em um controlador, onde o controlador lê parâmetros a partir de um arquivo de configuração que corresponda ao número de produto para especificar o material de carga, a razão de núcleo, a faixa de razão de núcleo desejada, a primeira velocidade, e tamanho e densidade específica da tira de metal plana.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender atualizar automaticamente o arquivo de configuração com parâmetros detectados para refinar os parâmetros providos originalmente no arquivo de configuração que poderão ser usados para uma passagem seguinte do número de produto.

23. Extensão de arame de núcleo carregado com um material de carga a uma razão de núcleo desejada variando menos de ± 0,5%, caracterizada pelo fato da mencionada extensão estar acima de 30,48m e, onde o material de carga compreende materiais pulverulentos e/ou granulares de 150 mesh até 400 mesh, tendo uma mistura num equilíbrio de até, aproximadamente, 40% de material de 400mesh.