ITMI20081977A1 - Sistema di saldatura di nastri metallici - Google Patents

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ITMI20081977A1
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IT
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welding
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tail
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IT001977A
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Siro Pettarin
Luciano Vignolo
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Danieli Off Mecc
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Description

SISTEMA DI SALDATURA DI NASTRI METALLICI
Campo deH’invenzione
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di saldatura di nastri metallici, ed al relativo processo di saldatura, in particolare utilizzabile negli impianti di produzione di nastri metallici o nelle diverse linee di trattamento di detti nastri. Stato della tecnica
Nelle linee di trattamento per la produzione di nastri a freddo nudi e/o rivestiti, il passaggio del nastro deve avvenire senza soluzione di continuità, al fine di evitare la produzione di nastri di scarto conseguenti alla fermata del nastro nella sezione di trattamento.
Le sequenze di un processo di giunzione di due nastri successivi lungo una linea di trattamento, che di seguito chiameremo processo di saldatura (in quanto l’uso di macchine di graffatura meccanica à ̈ limitato a poche applicazioni principalmente per linee di verniciatura), sono qui riportate:
- passaggio della coda di un primo nastro;
- taglio di preparazione bordo del giunto per la coda del primo nastro;
- bloccaggio della coda mediante morse;
- avanzamento della testa di un secondo nastro;
- taglio di preparazione bordo del giunto per la testa del secondo nastro;
- bloccaggio della testa mediante morse;
- avvicinamento dei due lembi o bordi da saldare;
- saldatura di detti bordi;
- punzonatura per riconoscimento passaggio di saldatura;
- apertura delle morse;
- trasferimento del giunto saldato al dispositivo di intaccatura;
- intaccatura del giunto saldato;
- applicazione del tiro al nastro saldato ed inizio di un nuovo ciclo di saldatura. La fase di taglio per la preparazione dei bordi da saldare à ̈ realizzata con cesoie meccaniche. Per effetto del processo di taglio e strappo di una cesoia meccanica la parte tagliata presenta delle anomalie geometriche, quali bava e fuori squadro, ed eventuale piegatura dell’estremità tagliata.
Questi aspetti influenzano negativamente la qualità del giunto saldato fino a comprometterne la tenuta durante il passaggio ed il trattamento nelle linee di processo e di laminazione.
La giunzione deve permettere il passaggio sicuro attraverso la linea di trattamento in quanto in caso di rottura, oltre allo scarto del materiale presente nella sezione di processo, si hanno problemi legati alla salvaguardia della funzionalità deirimpianto e vi possono essere implicazioni sulla sicurezza di chi opera sull’impianto.
Inoltre, la rottura del giunto saldato ferma l’attività produttiva per tutto il tempo necessario a ripristinare le condizioni di marcia, generando un notevole danno economico a chi esercisce l'impianto produttivo.
Il processo di saldatura/giunzione deve essere anche flessibile per permettere il collegamento di nastri diversi per spessore e larghezza. Il tempo di realizzazione del giunto à ̈ di notevole importanza in quanto, per evitare la fermata del processo, tra la sezione d’entrata (dove si realizza il collegamento tra i nastri) ed il processo vengono installati dei sistemi di accumulo. La dimensione di questi sistemi di accumulo ed il relativo costo d’investimento sono legati alla velocità del processo ed al tempo morto che si verifica nella sezione d’entrata.
Per quanto sopra esposto à ̈ di grande importanza evitare la ripetizione delle giunzioni che, oltre ad essere indice di un processo di saldatura poco robusto, comportano rallentamenti e costi di produzione maggiori.
Per i nastri saldati di diversa larghezza, al fine di evitare incagli nel passaggio lungo la linea di trattamento, soprattutto nel caso di passaggio da una porzione di nastro stretto ad una porzione di nastro largo si prevede la realizzazione di un raccordo graduale tra le due porzioni saldate del nastro che viene realizzato con un’opportuna macchina di taglio conosciuta come intaccatrice o lunettatrice.
La saldatura dei nastri e precisamente la saldatura della coda del rotolo precedente con la testa del rotolo successivo à ̈ realizzata con vari processi quali: - saldatura a resistenza con ruote di saldatura;
- saldatura con torce saldanti mig/tig;
- saldatura laser.
Quest’ultimo processo si à ̈ sviluppato negli ultimi venti anni e ha sostituito gli altri processi di giunzione, risultando un processo affidabile che risente poco degli effetti negativi legati alla chimica dei nastri di acciaio da saldare.
Le macchine di saldatura prevedono un sistema di centraggio e guida del nastro in entrata, morse di blocco della testa in entrata, morse di blocco della coda in uscita, un sistema di centraggio e guida del nastro in uscita, un sistema di taglio meccanico della testa e della coda del nastro, un sistema di saldatura.
Il sistema di saldatura può essere realizzato utilizzando i diversi processi sopra citati. Di seguito consideriamo un sistema di saldatura laser.
Le prime applicazioni del processo di saldatura laser hanno visto l'installazione di sistemi di saldatura laser su macchine di saldatura a resistenza. La testa laser si muoveva lungo un asse y trasversale alla direzione di marcia x del nastro ed eventualmente lungo l’asse z, verticale ed ortogonale al “passline†.
Tale tipologia di macchina di saldatura à ̈ descritta nel brevetto JP1 1285876. In tale soluzione permane una criticità legata al processo di taglio meccanico che, per sua natura, non riesce ad ottenere lembi esenti da difetti geometrici quali bave o fuori squadro.
Successivamente sono state sviluppate tecnologie per l’utilizzo del laser anche per il taglio per la preparazione dei bordi da saldare. Lo sviluppo della tecnologia ha portato a realizzare macchine combinate in grado di realizzare, con opportune focali, sia il processo di taglio che quello di saldatura. Il taglio con il laser, se opportunamente controllato, à ̈ in grado di ottenere lembi perfettamente regolari con assenza di difetti geometrici.
Nella realizzazione di saldatrici per linee di processo di nastri d’acciaio sono state progettate macchine in grado di abbinare sia il taglio dei lembi che la loro saldatura utilizzando il laser, come descritto nel brevetto JP20077313511. Il movimento di entrambe la testa di taglio e la testa di saldatura avviene lungo l’asse y, trasversale alla direzione di marcia x del nastro, e lungo l’asse z, verticale ed ortogonale al “passline†.
Svantaggiosamente l’utilizzo di tali macchine comporta la necessità di continuare ad utilizzare appositi sistemi per la lunettatura meccanica dei bordi della saldatura con evidente aggravio di tempi e costi d’investimento.
Ε' quindi sentita l'esigenza di realizzare un sistema di saldatura per nastri metallici che consenta di superare i suddetti inconvenienti.
Sommario dell’invenzione
Scopo primario della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema di saldatura di nastri metallici che comprende un sistema laser di saldatura e taglio in grado di muoversi sui tre assi x, y e z e di realizzare non solo le operazioni di taglio per la preparazione dei bordi e di saldatura ma anche l’operazione di intaccatura o lunettatura del giunto saldato, senza la necessità di prevedere appositi sistemi meccanici con notevole risparmio in tempi e costi d’investimento. Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema flessibile in grado di coprire un’ampia fascia di prodotti in termini dimensionali ma anche di caratteristiche chimico fisiche.
Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di prevedere un relativo processo di saldatura che risulta essere rapido ed al tempo stesso preciso, riducendo i costi di produzione pur garantendo una qualità elevata di saldatura dei nastri.
La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando un sistema di saldatura di nastri metallici lungo un piano di avanzamento di detti nastri, definente un asse longitudinale X, che, conformemente alla rivendicazione 1 , comprende una macchina operatrice, provvista di una testa laser, atta ad eseguire in una prima posizione di taglio sia operazioni di taglio di una porzione di coda di un primo nastro e di una porzione di testa di un secondo nastro, sia operazioni di saldatura per saldare coda e testa dei rispettivi primo nastro e secondo nastro ottenendo un nastro saldato; primi mezzi di posizionamento atti a posizionare la coda del primo nastro in corrispondenza di una prima posizione di taglio lungo detto piano di avanzamento; secondi mezzi di posizionamento atti a posizionare la testa del secondo nastro in corrispondenza di detta prima posizione di taglio; in cui detta macchina operatrice à ̈ un robot idoneo a traslare detta testa laser da detta prima posizione di taglio ad una seconda posizione di taglio lungo detto asse longitudinale X per eseguire una operazione di intaccatura in corrispondenza della zona di giunzione del nastro saldato quando detto nastro saldato raggiunge detta seconda posizione di taglio.
La testa laser à ̈ vantaggiosamente montata su un braccio di detto robot, idoneo a traslare lungo detto asse longitudinale X, lungo un primo asse Y ortogonale all’asse longitudinale e giacente su detto piano di avanzamento, e lungo un secondo asse Z ortogonale all’asse longitudinale ed al piano di avanzamento. I primi mezzi di posizionamento comprendono una prima coppia di rulli motorizzati, prime guide di centraggio e primi mezzi di serraggio della coda del primo nastro. Analogamente i secondi mezzi di posizionamento comprendono una seconda coppia di rulli motorizzati, seconde guide di centraggio e secondi mezzi di serraggio della testa del secondo nastro.
Vantaggiosamente sono previsti mezzi di rilevamento della posizione del piano orizzontale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro e della testa del secondo nastro, rispetto al piano di avanzamento, e della posizione del piano verticale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro e della testa del secondo nastro.
Un ulteriore vantaggio à ̈ rappresentato dal fatto che sono previsti mezzi di movimentazione dei primi e/o secondi mezzi serraggio, comandati da detti mezzi di rilevamento, atti a permettere una traslazione di detti mezzi serraggio lungo detto primo asse Y per allineare i piani verticali di simmetria del primo e del secondo nastro e/o una traslazione di detti mezzi serraggio lungo il secondo asse Z per allineare i piani orizzontali di simmetria del primo e del secondo nastro con detto piano di avanzamento. Detti mezzi di movimentazione sono idonei a far traslare i primi e/o i secondi mezzi di serraggio lungo l’asse longitudinale X per distanziare opportunamente la coda del primo nastro e la testa del secondo nastro in relazione a predeterminati parametri di saldatura.
Un secondo aspetto della presente invenzione prevede un processo di saldatura di nastri metallici lungo un piano di avanzamento di detti nastri, definente un asse longitudinale X, realizzabile mediante il suddetto sistema di saldatura, detto processo comprendente, conformemente alla rivendicazione 12, i seguenti stadi: - posizionamento della coda di un primo nastro in corrispondenza di una prima posizione di taglio lungo detto piano di avanzamento mediante primi mezzi di posizionamento;
- posizionamento della testa di un secondo nastro in corrispondenza di detta prima posizione di taglio mediante secondi mezzi di posizionamento;
- taglio di una porzione di coda del primo nastro e di una porzione di testa del secondo nastro in corrispondenza di detta prima posizione di taglio mediante una testa laser di una macchina operatrice;
- saldatura della coda del primo nastro e della testa del secondo nastro in corrispondenza di detta prima posizione di taglio mediante detta testa laser in modo da ottenere un nastro saldato;
- avanzamento del nastro saldato in modo che la zona di giunzione di detto nastro saldato si sposti da detta prima posizione di taglio ad una seconda posizione di taglio lungo detto piano di avanzamento;
- traslazione della testa laser lungo detto asse longitudinale da detta prima posizione di taglio a detta seconda posizione di taglio;
- intaccatura del nastro saldato alle estremità della zona di giunzione mediante la testa laser in detta seconda posizione di taglio.
Vantaggiosamente, prima di eseguire la fase di saldatura, possono essere previsti:
- un rilevamento della posizione del piano orizzontale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro e della testa del secondo nastro, rispetto al piano di avanzamento, e della posizione del piano verticale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro e della testa del secondo nastro, mediante detti mezzi di rilevamento;
- una movimentazione dei primi e/o secondi mezzi serraggio rispettivamente della coda del primo nastro e della testa del secondo nastro, mediante detti mezzi di movimentazione comandati dai mezzi di rilevamento, in modo da traslare detti mezzi serraggio lungo il primo asse Y per allineare i piani verticali di simmetria del primo e del secondo nastro e/o in modo da traslare detti mezzi serraggio lungo il secondo asse Z per allineare i piani orizzontali di simmetria del primo e del secondo nastro con detto piano di avanzamento;
- una traslazione dei primi e/o secondi mezzi di serraggio lungo l’asse longitudinale X, mediante detti mezzi di movimentazione, per distanziare opportunamente la coda del primo nastro e la testa del secondo nastro in relazione a predeterminati parametri di saldatura.
Vantaggiosamente il sistema dell'invenzione, attraverso l'utilizzo di un dispositivo laser montato su robot lineare in grado di muoversi sui tre assi x.y e z con un ampio campo di movimento e sfruttando al massimo le potenzialità del laser, consente di eliminare dalla linea la macchina di intaccatura/lunettatura meccanica conseguendo anche un notevole beneficio sul costo d’investimento.
Il sistema ed il metodo della presente invenzione prevede, inoltre, vantaggiosamente:
- l’utilizzo di una testa combinata per il taglio e la saldatura laser;
- l’utilizzo di un robot lineare con ampio campo d’escursione sui tre assi x, y e z, su cui à ̈ montata la suddetta testa di taglio e saldatura;
- gli equipaggiamenti meccanici necessari per il centraggio, la guida ed il bloccaggio della testa e della coda dei nastri.
Le corse della testa laser di taglio e saldatura lungo gli assi x e y sono dell’ordine di alcuni metri. La testa laser con controllore numerico à ̈ in grado di realizzare, vantaggiosamente, non solo tagli e saldature lineari ma anche di profili complessi seguendo traiettorie polinomiali, circolari, ellittiche o trigonometriche o curve realizzate dalla combinazione di dette traiettorie o funzioni.
Il sistema dell’invenzione costituisce vantaggiosamente un sistema integrato dove ogni componente concorre all’ottenimento di una· giunzione affidabile di nastri successivi.
Un ulteriore vantaggio à ̈ rappresentato dal fatto che sono previsti mezzi di automazione che consentono il controllo sincronizzato dei singoli equipaggiamenti del sistema di saldatura. Tali mezzi di automazione provvedono anche al controllo della qualità del giunto saldato attraverso il monitoraggio di alcuni parametri del processo di taglio e saldatura e, inoltre, ad una eventuale ispezione automatica dimensionale dello stesso giunto.
Il sistema ed il processo di saldatura, oggetto della presente invenzione, rispondono alle attuali esigenze di:
- affidabilità;
- qualità del giunto;
- economicità d’investimento e di gestione;
- flessibilità;
- velocità d’esecuzione.
La soluzione dell’invenzione si può applicare su tutte linee di processo quali linee di decapaggio, laminatoi continui, linee di zincatura a caldo, elettrozincatura, ricottura in continuo, stagnatura, preverniciatura e linee per trattamento di nastri in acciai inossidabili e al silicio in un range di spessore preferibilmente variabile da 0,15 a 7 mm e per larghezze preferibilmente variabili da 500 a 2300 mm.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell'invenzione.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, di un sistema di saldatura illustrato, a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui: la Fig. 1a rappresenta una vista schematica in prospettiva di un layout tipico di un sistema di saldatura laser dello stato della tecnica;
la Fig. 1b rappresenta una vista in pianta del layout di Fig. 1 a;
le Figure 2, 3 e 4 rappresentano una sequenza di taglio meccanico delle lunette sui bordi del giunto saldato mediante il sistema di Fig. 1a;
la Fig. 5a rappresenta una vista schematica laterale di un layout di un sistema di saldatura secondo la presente invenzione;
la Fig. 5b rappresenta una vista in pianta del layout di Fig. 5a;
le Figure da 6 a 11 rappresentano una sequenza di taglio e di saldatura laser secondo la presente invenzione;
le Figure 12 e 13 rappresentano una sequenza di taglio delle lunette sui bordi del giunto saldato mediante il sistema dell’invenzione;
la Fig. 14 rappresenta uno schema delle traiettorie di taglio e saldatura dell’invenzione.
Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita deH’invenzione Con riferimento alle Figure 1a e 1b à ̈ rappresentato un sistema per la saldatura di nastri metallici, utilizzato in linee di trattamento di detti nastri o nei relativi impianti di produzione, appartenente allo stato deN’arte.
Tale sistema di saldatura comprende:
- una struttura 3 a forma di C, disposta trasversalmente alla direzione di avanzamento dei nastri e provvista sul lato interno della C di cesoia per il taglio delle estremità di due nastri, ossia la coda di un primo nastro 11 e la testa di un secondo nastro 10;
- una sorgente laser 1 provvista di una testa di saldatura laser 2 o testa saldante, solidale alla struttura 3 e mobile lungo la direzione y della larghezza dei nastri; - guide di centraggio 4, 4’ della testa del secondo nastro 10 e della coda del primo nastro 11 ;
- coppie di rulli di presa 5, 5' per trascinare la testa e la coda rispettivamente del secondo e del primo nastro all'interno del sistema di saldatura;
- generatori d’ansa o di bando 6, 6’ disposti in prossimità di dette coppie di rulli di presa 5, 5’;
- morsa 9 per l’afferraggio dell’estremità della coda del primo nastro 11 ;
- morsa 8 per l’afferraggio dell’estremità della testa del secondo nastro 10;
- un dispositivo di intaccatura o lunettatura meccanica 7, disposto nella direzione di uscita del cosiddetto nastro saldato ottenuto dalla saldatura di primo e secondo nastro.
La coda del primo nastro 11 , ad esempio avvolto in una bobina su un aspo, viene trascinata con l’ausilio di una prima coppia di rulli di presa 5’, denominati rulli d’uscita 5’ di detto nastro saldato, sotto la morsa d’uscita 9. Nel frattempo il generatore di bando o generatore d’ansa 6’ si solleva, la coda del primo nastro 11 viene guidata con le guide di centraggio in uscita 4’, la morsa in uscita 9 viene serrata per bloccare la coda del nastro 11 .
La sequenza di saldatura prosegue con l’avanzamento della testa del secondo nastro 10, ad esempio avvolto in una bobina su un ulteriore aspo. La testa del nastro 10 viene trascinata con l’ausilio di una seconda coppia di rulli di presa 5, denominati rulli d’entrata 5 di detto nastro saldato, sotto la morsa d’entrata 8. Nel frattempo il generatore di bando o di ansa 6 si solleva, la testa del nastro viene guidata con l’ausilio delle guide di centraggio d’entrata 4, la morsa d’entrata 8 viene serrata per bloccare la testa del nastro 10.
La cesoia contenuta nella struttura 3 a forma di C si abbassa tagliando gli spezzoni sporgenti della testa e della coda dei due nastri. La morsa mobile d’uscita 9, o viceversa la morsa mobile d’entrata 8, si muove avvicinando i due lembi o bordi da saldare in una predeterminata posizione ottimale.
La conclusione di questa operazione di avvicinamento dei due lembi à ̈ la fine delle sequenze di preparazione dei lembi. Da questo momento inizia la fase di saldatura vera e propria.
La testa saldante 2, solidale con la struttura 3 a forma di C, si muove trasversalmente al nastro; un raggio laser à ̈ emesso dalla sorgente 1 e mediante la testa saldante 2 viene realizzata la saldatura dei lembi dei due nastri per formare il cosiddetto nastro saldato.
Velocità della testa saldante ed intensità del raggio laser sono definiti e controllati in relazione ai parametri geometrici e chimico-fisici dell’acciaio da saldare.
Congiuntamente alla testa saldante 2 può essere previsto anche un gruppo di ruote di spianatura che seguono la testa 2 stessa, spianando il giunto di saldatura. Completata la saldatura i bandi o anse in entrata ed uscita vengono recuperati, abbassando i generatori d’ansa 6', 6, si mette in tiro il nastro e si sposta in marcia coordinata il giunto saldato 12 fino a raggiungere una posizione in prossimità del dispositivo di intaccatura o Iunettatura 7.
Le figure da 2 a 4 mostrano in sequenza le operazioni necessarie per ottenere il taglio contemporaneo di due lunette sul nastro saldato, le lunette essendo realizzate in corrispondenza del giunto di saldatura 12.
La Fig. 2 mostra il giunto di saldatura 12 tra il primo nastro 11 ed il secondo nastro 10, più stretto del primo nastro, posizionato in corrispondenza del dispositivo di intaccatura comprendente una coppia di intaccatrici, ciascuna provvista di un coltello superiore 7’ ed un coltello inferiore 7". La Fig. 3 mostra le intaccatrici nella posizione di taglio in seguito ad un loro accostamento all’asse x di avanzamento del nastro saldato tale da ottenere un taglio della lunetta sul secondo nastro 10 in modo da raccordare le due porzioni saldate di nastro di diversa larghezza, come illustrato in Fig. 4.
Con riferimento alle Figure 5a e 5b à ̈ rappresentato un sistema innovativo per la saldatura di nastri metallici, utilizzato in linee di trattamento di detti nastri o nei relativi impianti di produzione, secondo la presente invenzione.
Tale sistema di saldatura comprende gli stessi componenti del sistema di saldatura di Fig. 1a, indicati con gli stessi numeri di riferimento, ad eccezione della struttura 3 a forma di C e del dispositivo di intaccatura meccanica 7.
Vantaggiosamente il sistema di saldatura dell’invenzione à ̈ provvisto di un robot lineare 15 con ampio campo d’escursione sui tre assi x, y e z. Su detto robot lineare 15 à ̈ montata una testa laser di taglio e saldatura 16, ossia una testa laser combinata idonea sia a tagliare testa e coda dei nastri per la preparazione dei bordi o lembi da saldare, sia ad eseguire la saldatura laser di detti lembi, sia a realizzare l’intaccatura o lunettatura del cosiddetto nastro saldato. La testa laser 16 può comprendere una sorgente laser di alimentazione o può essere alimentata da una separata sorgente laser 1 , solidale al corpo del robot lineare 15, come illustrato nelle Figure 5a e 5b.
La coda del primo nastro 11 , ad esempio avvolto in una bobina su un aspo o in avanzamento lungo l’asse X , viene trascinata con l’ausilio di una prima coppia di rulli di presa 5’, motorizzati e denominati rulli d’uscita 5’ di detto nastro saldato, sotto la morsa d’uscita 9. Nel frattempo il generatore di bando o generatore d’ansa 6’ si solleva, la coda del primo nastro 11 viene guidata con le guide di centraggio in uscita 4’, la morsa in uscita 9 viene serrata per bloccare la coda del nastro 11 (Fig. 6).
A questo punto la testa laser 16, opportunamente alimentata, inizia il taglio dello spezzone di coda del primo nastro 11 , come illustrato in Fig. 7. Contemporaneamente prosegue il ciclo di avanzamento della testa del secondo nastro 10, come di seguito descritto, detto secondo nastro 10 essendo, ad esempio, avvolto in una bobina su un ulteriore aspo o in avanzamento lungo l’asse X. La testa del nastro 10 viene trascinata con l’ausilio di una seconda coppia di rulli di presa 5, motorizzati e denominati rulli d’entrata 5 di detto nastro saldato, sotto la morsa d’entrata 8. Nel frattempo il generatore di bando o di ansa 6 si solleva, la testa del nastro 10 viene guidata con l’ausilio delle guide di centraggio d’entrata 4, la morsa d’entrata 8 viene serrata per bloccare la testa del nastro 10 (Fig. 7).
Vantaggiosamente, prima di eseguire l’operazione di saldatura dei nastri 10 e 11 , à ̈ prevista una rilevazione della posizione dei piani orizzontali di simmetria di ciascun nastro 10, 11 , cioà ̈ dei piani di mezzeria dello spessore di detti nastri, e della loro eventuale deviazione rispetto al piano di avanzamento dei nastri. E’ vantaggiosamente prevista anche una rilevazione della posizione dei piani verticali di simmetria di ciascun nastro 10, 11.
A tale scopo, sono previsti mezzi di rilevamento della posizione dei piani orizzontali di simmetria di ciascun nastro 10, 11 , e della loro deviazione rispetto al piano di avanzamento dei nastri, e della posizione dei piani verticali di simmetria di ciascun nastro 10, 11.
Detti mezzi di rilevamento inviano un segnale di comando a mezzi di movimentazione della morsa d’uscita 9 e/o della morsa d’entrata 8 che ne permettono la traslazione sia lungo l’asse y per allineare i piani verticali di simmetria dei nastri, sia lungo l’asse z per allineare i piani orizzontali di simmetria dei nastri tra loro e con detto piano di avanzamento.
I mezzi di rilevamento comprendono, ad esempio, fotocellule per rilevare l’esatta posizione di testa e coda dei nastri.
I mezzi di movimentazione delle morse comprendono, ad esempio, cilindri idraulici o martinetti elettromeccanici controllati in posizione e dotati di trasduttore di posizione.
Una volta bloccata la testa del nastro 10 mediante il serraggio della morsa d’entrata 8, il braccio del robot lineare 15 si sposta leggermente lungo l’asse x in modo da portare la testa laser 16 nella predeterminata posizione per il taglio dello spezzone di testa del secondo nastro 10, come illustrato in Fig. 8.
Completata questa fase di taglio degli spezzoni o porzioni di coda e di testa, la morsa mobile d’entrata 8 e/o la morsa mobile di uscita 9 hanno la possibilità di traslare lungo l’asse x, mediante detti mezzi di movimentazione, per distanziare opportunamente i due lembi di testa del nastro 10 e di coda del nastro 11 in relazione a parametri predefiniti di saldatura (Fig. 9).
Il braccio 17 del robot lineare 15 si sposta leggermente lungo l’asse x in modo da portare la testa laser 16 nella predeterminata posizione per la saldatura dei due lembi come illustrato in Fig. 10. A questo punto il braccio 17 del robot lineare 15 si sposta lungo l’asse y, trasversalmente all’asse x, in modo che la testa laser 16 possa eseguire la saldatura dei due lembi, mediante un raggio laser emesso dalla sorgente 1, per formare il cosiddetto nastro saldato. Può essere prevista una coppia di rulli di spianatura (non illustrati), che si muovono solidali alla testa laser 16, idonei a laminare il giunto di saldatura 12 appena formato.
Velocità della testa saldante ed intensità del raggio laser sono definiti e controllati in relazione ai parametri geometrici e chimico-fisici dell’acciaio da saldare.
Completata la saldatura (Fig. 11) i bandi in entrata ed uscita vengono recuperati, abbassando i generatori d’ansa 6’, 6; si mette in tiro il nastro saldato e si sposta in marcia coordinata il giunto saldato 12 dalla posizione di saldatura 13 fino alla posizione di intaccatura 14, indicate in Fig. 12.
Vantaggiosamente la testa laser 16 di taglio/saldatura à ̈ posizionata tramite il braccio 17 del robot lineare 15 in corrispondenza della posizione 14 e, muovendosi in accordo ad una traiettoria prefissata, realizza una prima lunetta tagliando il materiale mediante un predeterminato raggio laser in prossimità di una prima estremità del giunto di saldatura 12. Completato il taglio della prima lunetta, la testa laser 16 viene fatta traslare lungo l’asse y in modo da poter realizzare, muovendosi in accordo ad una traiettoria prefissata, una seconda lunetta tagliando il materiale con detto predeterminato raggio laser in prossimità di una seconda estremità del giunto di saldatura 12.
La Fig. 13 indica con linea tratteggiata un esempio di traiettoria seguita dalla testa laser 6 per ottenere il taglio delle lunette alle estremità del giunto di saldatura 12. Ipotizzando che la saldatura avvenga spostando la testa laser 16 da lato operatore a lato motore, il taglio delle lunette avverrà partendo dal lato motore.
A tale proposito, la Fig. 14 illustra le traiettorie lungo l’asse x e lungo l’asse y seguite dalla testa laser 16, movimentata mediante il braccio 17 del robot lineare 15, per eseguire le operazioni di taglio per la preparazione dei bordi da saldare, l’operazione di saldatura di detti bordi e le operazioni di taglio per ottenere le lunette o raccordi tra porzioni saldate di nastri aventi differente o uguale larghezza.
La fig. 14 evidenzia traiettorie di taglio e saldatura che vantaggiosamente ottimizzano i tempi macchina e costituiscono un importante aspetto del processo secondo l'invenzione.
In particolare la testa laser 16 di taglio/saldatura percorre in un ciclo operativo del processo di saldatura dell'invenzione:
- il tratto AB lungo l’asse y per eseguire il taglio dello spezzone di coda del primo nastro 1 1 ;
- il tratto BC lungo l’asse x per raggiungere la posizione di taglio dello spezzone di testa del secondo nastro 10;
- il tratto CD lungo l’asse y per eseguire il taglio dello spezzone di testa del secondo nastro 10;
- eventualmente il tratto DE lungo l’asse x per raggiungere la posizione di saldatura dei lembi dei nastri 11 e 10 (spostamento non necessario se il tratto CD corrisponde anche alla posizione di saldatura);
- il tratto EF lungo l’asse y per eseguire la saldatura dei lembi dei nastri 11 e 10;
- il tratto FG lungo l’asse x per raggiungere la posizione di taglio per la realizzazione di una prima intaccatura o lunetta in corrispondenza di una prima estremità del giunto di saldatura 12 che, nel frattempo, à ̈ avanzato dalla posizione 13 (EF) alla posizione 14 (GL);
- la traiettoria GFI, curvilinea, per eseguire il taglio di detta prima intaccatura o lunetta;
- il tratto FU lungo l’asse y per raggiungere la posizione di taglio per la realizzazione di una seconda intaccatura o lunetta in corrispondenza di una seconda estremità del giunto di saldatura 12;
- la traiettoria IL, curvilinea, per eseguire il taglio di detta seconda intaccatura o lunetta;
- il tratto LM lungo l’asse x per raggiungere una posizione in corrispondenza della posizione di taglio di uno spezzone di coda di un successivo primo nastro 11 ;
- un eventuale tratto MA lungo l’asse y per raggiungere detta posizione di taglio del nuovo spezzone di coda.
Vantaggiosamente sono previsti mezzi di controllo del movimento della testa di taglio e saldatura che ottimizzano i tempi del suddetto ciclo operativo.
Questi mezzi di controllo possono comprendere, ad esempio, encoder direttamente collegati ai motori elettrici che comandano il movimento del braccio 17 del robot 15 sui tre assi x, y e z.
La testa laser di taglio si può utilizzare anche per rifilare i bordi o lembi in modo continuo o discontinuo oppure per eliminare eventuali difetti presenti sul bordo. Può essere utilizzata anche per realizzare il foro di segnalazione del giunto di saldatura 12, utile per seguire il passaggio del giunto 12 attraverso l’intera linea di trattamento.
Le lunette di raccordo, realizzate per nastri di uguale o di diversa larghezza, sono curvilinee e possono essere realizzate come combinazione di curve di grado da 2 a 13. Una lunetta può essere una porzione di circonferenza con raggio da 150 a 7000 mm.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di saldatura di nastri metallici lungo un piano di avanzamento di detti nastri, definente un asse longitudinale (X), comprendente: - una macchina operatrice (15), provvista di una testa laser (16), atta ad eseguire in una prima posizione di taglio (13) sia operazioni di taglio di una porzione di coda di un primo nastro (11) e di una porzione di testa di un secondo nastro (10), sia operazioni di saldatura per saldare coda e testa dei rispettivi primo nastro (11) e secondo nastro (10) ottenendo un nastro saldato, - primi mezzi di posizionamento (5’, 4’, 9) atti a posizionare la coda del primo nastro (11) in corrispondenza di una prima posizione di taglio lungo detto piano di avanzamento; - secondi mezzi di posizionamento (5, 4, 8) atti a posizionare la testa del secondo nastro (10) in corrispondenza di detta prima posizione di taglio; in cui detta macchina operatrice à ̈ un robot (15) idoneo a traslare detta testa laser (16) da detta prima posizione di taglio ad una seconda posizione di taglio (14) lungo detto asse longitudinale (X) per eseguire una operazione di intaccatura in corrispondenza della zona di giunzione (12) del nastro saldato quando detto nastro saldato raggiunge detta seconda posizione di taglio.
  2. 2. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 1 , in cui detta testa laser (16) à ̈ montata su un braccio (17) di detto robot (15), idoneo a traslare lungo l’asse longitudinale (X), lungo un primo asse (Y), ortogonale all’asse longitudinale (X) e giacente su detto piano di avanzamento, e lungo un secondo asse (Z), ortogonale all’asse longitudinale (X) ed al piano di avanzamento.
  3. 3. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 2, in cui sono previsti mezzi di rilevamento della posizione del piano orizzontale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro (11) e della testa del secondo nastro (10), rispetto al piano di avanzamento, e della posizione del piano verticale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro (11) e della testa del secondo nastro (10).
  4. 4. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 3, in cui detti primi mezzi di posizionamento (5’, 4’, 9) comprendono una prima coppia di rulli motorizzati (5’), prime guide di centraggio (4’) e primi mezzi di serraggio (9) della coda del primo nastro (11).
  5. 5. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 4, in cui detti secondi mezzi di posizionamento (5, 4, 8) comprendono una seconda coppia di rulli motorizzati (5), seconde guide di centraggio (4) e secondi mezzi di serraggio (8) della testa del secondo nastro (10).
  6. 6. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 5, in cui sono previsti mezzi di movimentazione dei primi e/o secondi mezzi serraggio (9, 8), comandati da detti mezzi di rilevamento, atti a permettere una traslazione di detti mezzi serraggio lungo il primo asse (Y) per allineare i piani verticali di simmetria del primo (11) e del secondo nastro (10) e/o una traslazione di detti mezzi serraggio lungo il secondo asse (Z) per allineare i piani orizzontali di simmetria del primo (11) e del secondo nastro (10) con detto piano di avanzamento.
  7. 7. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 6, in cui detti mezzi di movimentazione sono idonei a far traslare i primi (9) e/o i secondi mezzi di serraggio (8) lungo l’asse longitudinale (X) per distanziare opportunamente la coda del primo nastro (11) e la testa del secondo nastro (11) in relazione a predeterminati parametri di saldatura.
  8. 8. Sistema di saldatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti generatori di ansa (6’, 6) per il sollevamento rispettivamente del primo (11) e del secondo nastro (10) rispetto a detto piano di avanzamento nella fase di posizionamento di detta testa e detta coda di nastri nella prima posizione di taglio.
  9. 9. Sistema di saldatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui à ̈ prevista una coppia di rulli di spianatura, mobili solidalmente con la testa laser (16), idonei a laminare la zona di giunzione (12) del nastro saldato.
  10. 10. Sistema di saldatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono previsti mezzi di controllo del movimento della testa laser (16).
  11. 11. Sistema di saldatura secondo la rivendicazione 10, in cui detti mezzi di controllo comprendono encoder direttamente collegati a motori elettrici che comandano il movimento del braccio (17) del robot (15) lungo l’asse longitudinale (X), il primo asse (Y) ed il secondo asse (Z).
  12. 12. Processo di saldatura di nastri metallici lungo un piano di avanzamento di detti nastri, definente un asse longitudinale (X), realizzabile mediante il sistema di saldatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente i seguenti stadi: - posizionamento della coda di un primo nastro (11) in corrispondenza di una prima posizione di taglio lungo detto piano di avanzamento mediante primi mezzi di posizionamento (5’, 4’, 9); - posizionamento della testa di un secondo nastro (10) in corrispondenza di detta prima posizione di taglio mediante secondi mezzi di posizionamento (5, 4, 8); - taglio di una porzione di coda del primo nastro (11) e di una porzione di testa del secondo nastro (10) in corrispondenza di detta prima posizione di taglio mediante una testa laser (16) di una macchina operatrice (15); - saldatura della coda del primo nastro (1 1) e della testa del secondo nastro (10) in corrispondenza di detta prima posizione di taglio mediante detta testa laser (16) in modo da ottenere un nastro saldato; - avanzamento del nastro saldato in modo che la zona di giunzione (12) di detto nastro saldato si sposti da detta prima posizione di taglio (13) ad una seconda posizione di taglio (14) lungo detto piano di avanzamento; - traslazione della testa laser (16) lungo detto asse longitudinale (X) da detta prima posizione di taglio (13) a detta seconda posizione di taglio (14); - intaccatura del nastro saldato alle estremità della zona di giunzione (12) mediante la testa laser (16) in detta seconda posizione di taglio (14).
  13. 13. Processo di saldatura secondo la rivendicazione 12, in cui prima di eseguire la fase di saldatura à ̈ previsto un rilevamento della posizione del piano orizzontale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro (11) e della testa del secondo nastro (10), rispetto al piano di avanzamento, e della posizione del piano verticale di simmetria rispettivamente della coda del primo nastro (11) e della testa del secondo nastro (10), mediante mezzi di rilevamento.
  14. 14. Processo di saldatura secondo la rivendicazione 13, in cui prima di eseguire la fase di saldatura à ̈ prevista la movimentazione di primi e/o secondi mezzi serraggio (9, 8) rispettivamente della coda del primo nastro (11) e della testa del secondo nastro (10), mediante mezzi di movimentazione comandati da detti mezzi di rilevamento, in modo da traslare detti mezzi serraggio lungo un primo asse (Y), ortogonale all’asse longitudinale (X) e giacente su detto piano di avanzamento, per allineare i piani verticali di simmetria del primo (11) e del secondo nastro (10) e/o in modo da traslare detti mezzi serraggio lungo un secondo asse (Z), ortogonale all’asse longitudinale (X) ed al piano di avanzamento, per allineare i piani orizzontali di simmetria del primo (11) e del secondo nastro (10) con detto piano di avanzamento.
  15. 15. Processo di saldatura secondo la rivendicazione 14, in cui prima della fase di saldatura i primi (9) e/o i secondi mezzi di serraggio (8) vengono traslati lungo l’asse longitudinale (X), mediante detti mezzi di movimentazione, per distanziare opportunamente la coda del primo nastro (11) e la testa del secondo nastro (11) in relazione a predeterminati parametri di saldatura. (CEL/lm)
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