(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

Transcrição

1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: B23K 9/18 (2006) B23K 37/047 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): TEGOPI - INDÚSTRIA DE METALOMECÂNICA, S.A RUA DO JARDIM, Nº 837 VILAR DO PARAÍSO VILA NOVA DE GAIA PT (72) Inventor(es): ANTÓNIO JORGE CASTRO SILVA PT (74) Mandatário: ANABELA TEIXEIRA DE CARVALHO EDIFICIO OCEANUS - AVENIDA DA BOAVISTA ANDAR SALA 2.1 PORTO PORTO PT (54) Epígrafe: DISPOSITIVO DE SOLDADURA POR ARCO SUBMERSO (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO UM DISPOSITIVO DE SOLDADURA POR ARCO SUBMERSO O QUAL ESTÁ COMPREENDIDO PELOS SEGUINTES ELEMENTOS: UMA FONTE DE ENERGIA; PELO MENOS UMA CABEÇA DE SOLDADURA E RESPECTIVO CONTROLADOR DOS CORRESPONDENTES PARÂMETROS; PELO MENOS UMA UNIDADE DE MOVIMENTAÇÃO (TRANSLAÇÃO E ROTAÇÃO) DA CABEÇA DE SOLDADURA,MUNIDA DE UM CONTROLADOR DE VELOCIDADE, PERMITINDO AJUSTAR A VELOCIDADE À REQUERIDA PELO PROCESSO DE SOLDADURA A UTILIZAR; PELO MENOS UM CONJUNTO DE SENSORES DE POSICIONAMENTO, OS QUAIS TÊM A POSSIBILIDADE DE DETECTAR A FORMA DA PEÇA A SOLDAR E QUE POSSUI MEIOS PARA ACCIONAR A REFERIDA UNIDADE DE MOVIMENTAÇÃO, DE FORMA, A CONSEGUIR CONTINUAMENTE O CORRECTO AJUSTE DA POSIÇÃO DA LANÇA DA CABEÇA DE SOLDADURA À PEÇA A SOLDAR. A PRESENTE INVENÇÃO É APLICÁVEL NA INDÚSTRIA METALÚRGICA E METALOMECÂNICA, NOMEADAMENTE PARA A SOLDADURA DE ESTRUTURAS DE FORMA COMPLEXA, NÃO RECTILÍNEA, TAIS COMO POR EXEMPLO AROS DE REFORÇO DE ABERTURAS DAS PORTAS E TUBOS DE VENTILAÇÃO APLICADOS EM TORRES EÓLICAS, CUJAS FORMAS SÃO A ELÍPTICA E/OU A CIRCULAR.

2 RESUMO DISPOSITIVO DE SOLDADURA POR ARCO SUBMERSO A presente invenção diz respeito um dispositivo de soldadura por arco submerso o qual está compreendido pelos seguintes elementos: uma fonte de energia; pelo menos uma cabeça de soldadura e respectivo controlador dos correspondentes parâmetros; pelo menos uma unidade de movimentação (translação e rotação) da cabeça de soldadura, munida de um controlador de velocidade, permitindo ajustar a velocidade à requerida pelo processo de soldadura a utilizar; pelo menos um conjunto de sensores de posicionamento, os quais têm a possibilidade de detectar a forma da peça a soldar e que possui meios para accionar a referida unidade de movimentação, de forma, a conseguir continuamente o correcto ajuste da posição da lança da cabeça de soldadura à peça a soldar. A presente invenção é aplicável na indústria metalúrgica e metalomecânica, nomeadamente para a soldadura de estruturas de forma complexa, não rectilínea, tais como por exemplo aros de reforço de aberturas das portas e tubos de ventilação aplicados em torres eólicas, cujas formas são a elíptica e/ou a circular.

3 1 DESCRIÇÃO DISPOSITIVO DE SOLDADURA POR ARCO SUBMERSO Domínio técnico da invenção A presente invenção diz respeito a um dispositivo para soldadura por arco submerso, aplicável na indústria metalúrgica e metalomecânica nomeadamente para a soldadura de estruturas de forma complexa, não rectilínea, tais como por exemplo aros de reforço de aberturas de portas e tubos de ventilação em torres eólicas, cujas formas são elípticas ou circulares. Antecedentes da Invenção A presente invenção relaciona-se com a indústria metalúrgica e metalomecânica, mais precisamente com processos de soldadura, nomeadamente com processos de soldadura em arco submerso. A tecnologia de soldadura por arco submerso é um processo há muito utilizado na indústria, caracterizando-se de forma genérica por ser um processo de soldadura por fusão. A fusão do material base e de adição é conseguida através do estabelecimento de um arco eléctrico entre eles, isto é, entre a peça a soldar e a ponta do eléctrodo consumível, o material de adição, fio em geral (sólido contínuo ou fluxado), sendo esse arco coberto (submerso) por uma camada de fluxo granular. Durante o processo, quer o material de adição quer o fluxo são continuamente fornecidos, havendo uma parte do fluxo granular que se funde, protegendo o banho em fusão, evitando o seu contacto com a atmosfera, melhorando a sua qualidade e originando, após solidificação, uma camada protectora que evita o

4 2 arrefecimento demasiado rápido da soldadura em execução. A restante parte do fluxo, isto é, a não fundida, é recuperada para posterior utilização. Este processo é de grande rendimento, dado não existirem perdas devidas a metal fundido projectado para o exterior, e permitir elevadas taxas de deposição e consequentemente elevadas velocidades de soldadura. É um processo, na maioria dos casos, utilizado em equipamentos automáticos os quais dispensando em grande medida a intervenção de operadores produz soldaduras com boa qualidade, sendo largamente utilizado em estruturas de aço pesadas e com elevadas espessuras a soldar, em virtude da grande capacidade de penetração. Assim sendo, com este processo de soldadura consegue-se obter maior rendimento de deposição e melhor qualidade do que com a maioria dos processos de soldadura, apresentando igualmente grande fiabilidade. Contudo, este tipo de soldadura também apresenta desvantagens, sendo, algumas delas, as limitadas mobilidade e capacidade de aceder a alguns locais, para execução dos cordões de soldadura requeridos. Os equipamentos habitualmente utilizados estão preparados para a execução de juntas de soldadura que requerem apenas a deslocação da cabeça de soldadura segundo um traçado rectilíneo e horizontal, ou juntas que podem ser executadas mantendo a referida cabeça fixa, devendo então a operação de soldadura ser levada a cabo através do movimento contínuo e à velocidade desejada, da peça a soldar. Assim peças cuja movimentação não seja exequível, ou traçados de juntas de soldadura não-rectilíneos não são susceptíveis de ser

5 3 soldados usando este processo de forma automática. É possível a sua utilização de forma manual, mas as vantagens de fiabilidade e rendimento são na maioria dos casos postas em causa. No entanto, assim sendo, quando estamos em presença de estruturas complexas, torna-se praticamente impossível aceder a algumas juntas tendo-se de recorrer à soldadura por processos manuais. Descrição Geral da invenção A presente invenção descreve um dispositivo que permite soldar por arco submerso estruturas complexas, como por exemplo soldadura de peças de forma elíptica ou circular, aplicadas em superfícies não planas de outras peças. Será descrito um dispositivo, provido de um sistema de movimentação e ajuste da lança de soldadura durante toda a operação, que permite soldar, de forma automática, a referida estrutura complexa. A utilização do dispositivo objecto da presente invenção permite tirar proveito das características de maior rendimento e fiabilidade inerentes ao processo de soldadura por arco submerso na soldadura de estruturas complexas, como por exemplo, nos aros de reforço das aberturas para as portas e nos tubos de ventilação aplicados nas superfícies das torres eólicas. Simultaneamente, as características do sistema de movimentação e ajuste do equipamento durante a soldadura permitem realizar de forma automática essa operação, tendo ao mesmo tempo, em cada caso, em consideração a forma particular da peça a soldar. A operação de soldadura desenvolve-se com relativa facilidade podendo ser executada por qualquer operador de arco

6 4 submerso, e ser levada a cabo em juntas de configuração mais complexa. Descrição das Figuras Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo três figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção. Figura 1 - Representação esquemática do equipamento de soldadura na realização da soldadura de um aro de porta. Figura 2 Representação esquemática do equipamento de soldadura na realização da soldadura de um tubo de ventilação. Figura 3 - Representação esquemática do equipamento de soldadura, em que cada elemento representa (1) Sistema de guiamento relativo à movimentação longitudinal; (2) Motorização longitudinal; (3) Sistema de movimentação por rotação; (4) Sistema de guiamento para ajuste da largura/raio da peça a soldar; (5) Motorização do sistema de guiamento para ajuste da largura/raio da peça a soldar; (6) Caixa de comando dos sistemas de movimentação; (7) Motorização de movimentação por rotação; (8) Sistema de guiamento relativo à movimentação vertical; (9) Motorização do sistema de guiamento relativo à movimentação vertical; (10) Suporte da bobine do fio consumível; (11) Caixa de controlo dos parâmetros de soldadura; (12) Cabeça de soldadura;

7 5 (13) Lança; (14) Sensor de controlo da posição horizontal; (15) Sensor de controlo da posição vertical; (16) Aro da porta; (17) Tubo de ventilação. Descrição detalhada da invenção O dispositivo de arco submerso objecto da presente invenção utiliza o processo de soldadura por arco submerso e permite a movimentação da denominada cabeça de soldadura de forma a permitir efectuar automaticamente a soldadura de estruturas complexas, nomeadamente dos acessórios das torres eólicas, tais como aros de reforço das aberturas das portas e tubos de ventilação de torres eólicas. A referida cabeça de soldadura do equipamento de arco submerso está montada num sistema de movimentação tridimensional, o qual tem igualmente a possibilidade de executar movimentos de rotação. A movimentação referida, segundo as direcções longitudinal, transversal, vertical e de rotação, permitem colocar a extremidade da lança de soldadura na posição correcta, para execução da junta de soldadura ao longo de toda a sua extensão. O dispositivo de movimentação é totalmente motorizado, por quatro sistemas de movimentação, actuando independentemente ou em simultâneo, dependendo o seu controlo de: - parâmetros de soldadura do processo em execução, quando se trata dos deslocamentos longitudinal e de rotação, gerindo as velocidades correspondentes;

8 6 - indicações do sistema de sensores quando se trata dos deslocamentos nas direcções transversal e vertical, permitido a colocação da lança de soldadura na posição correcta para a execução da soldadura. O dispositivo de soldadura por arco submerso objecto da presente invenção é constituído pelos seguintes elementos: uma fonte de energia; pelo menos uma cabeça de soldadura e respectivo controlador dos correspondentes parâmetros; pelo menos uma unidade de movimentação (translação e rotação) da cabeça de soldadura, munida de um controlador de velocidade, permitindo ajustar a velocidade àquela que é requerida pelo processo de soldadura a utilizar; pelo menos um conjunto de sensores de posicionamento, os quais têm a possibilidade de detectar a forma da peça a soldar, e que possui meios para accionar a referida unidade de movimentação, de forma, a conseguir continuamente o correcto ajuste da posição da lança da cabeça de soldadura à peça a soldar. Numa realização preferencial da presente invenção o sistema de movimentação de translação e de rotação poderá ser formado por: meios de movimentação horizontal(1)e(4); meios de movimentação por rotação(3); meios de movimentação vertical(8). Os meios de movimentação, horizontal, vertical e de rotação, são accionados por meios motorizados os quais são controlados pela unidade de controlo de velocidades e

9 7 sensores de posicionamento, que fazem com que a cabeça de soldadura esteja posicionada na posição correcta ao longo do trajecto de soldadura, e percorra o mesmo com a velocidade requerida. Há desta forma um ajuste contínuo da posição da lança da cabeça de soldadura à peça a soldar e às características do chanfro de soldadura entre as peças. Numa realização ainda mais preferencial, o conjunto de sensores de posicionamento de posição poderá ser formado por: um sensor de posicionamento vertical e um sensor de posicionamento horizontal ou um sensor de posicionamento duplo o qual determina o posicionamento vertical e horizontal da peça. O dispositivo objecto da presente invenção utiliza o processo de soldadura por arco submerso e permite a movimentação da cabeça de soldadura de forma a conseguir efectuar automaticamente a soldadura de peças complexas, nomeadamente dos acessórios das torres eólicas tais como aros de portas ou tubos. O dispositivo é motorizado, permitindo o seguimento do contorno da peça a soldar e dispõe de um sistema de sensores de posicionamento que permitem o posicionamento da lança de soldadura da forma exigida para a execução de uma soldadura de boa qualidade. São assim respeitadas, em cada caso as dimensões reais da peça a soldar, bem como as características dos chanfros executados para essa operação. A concepção do dispositivo permite a sua utilização na soldadura de peças de configuração rectilínea ou curva, de raio constante ou

10 8 variável, tendo em conta as suas reais dimensões e condições existentes para a operação de soldadura referida. Exemplos de Aplicação Num exemplo particular de realização da presente invenção, o dispositivo de soldadura de arco submerso descrito na presente invenção é composto: O Sistema de guiamento relativo à movimentação longitudinal (1), por exemplo uma mesa de ajuste linear com comprimento de 2500 mmm com um fuso acoplado ao moror (2); A motorização longitudinal (2), poderá ser por exemplo um motor 0.18 KW 220/380V 1.3, 075A cos φ: r.p.m., mais especificamente o modelo Electro ASSA tipo EC 64/3 Redutor Bonfigioli ; O Sistema de movimentação por rotação (3), formado por exemplo por uma roda com redutor acoplado (relação 1/50,5), mais especificamente tipo Rotodyne E90 máx. 59 r.p.m.; O sistema de guiamento para ajuste da largura/raio da peça a soldar (4), formado por exemplo por uma mesa de ajustamento linear com 730 mm de comprimento com fuso acoplado ao sistema de motorização (5); A motorização do sistema de guiamento para ajuste da largura/raio da peça a soldar (5), poderá ser efectuada por exemplo por um motor de 24 Cv CC com 110 r.p.m.; A Caixa de comando dos sistemas de movimentação (6), poderá ser um variador de velocidades, mais especificamente Comander SE 1,5 M 0.75 kw; A motorização de movimentação por rotação (7), poderá ser efectuada por um motor de 18 kw

11 9 220/380V 1.3/0.75 A cos φ: r.p.m., masis especificamente: Electro DDA tipo EC 63/4 Redutor Bonfigioli ; O sistema de guiamento relativo à movimentação vertical (8), poderá ser por exemplo formado por um motor de ajustamento linear com comprimento de 420 mmm e fuso acoplado com o motor 9; A motorização do sistema de guiamento relativo à movimentação vertical (9), poderá ser por exemplo um motor de 24 V CC 110 r.p.m.; O suporte da bobine do fio consumível (10), é formado por exemplo por fio de 4mm, bobine de 30 Kg; A caixa de controlo dos parâmetros de soldadura (11) poderá ser composta por um depósito de fluxo; A cabeça de soldadura (12), poderá ser composta por um motor de 0.12 KW 42V 4,5 A 4000 r.p.m. acoplado ai sistema de avanço do fio; A lança (13), poderá ser por exemplo uma liga de cobre; Os sensores de controlo da posição horizontal/vertical (14/15), poderão ser sensores de posição axial um por eixo; 1) Forma da peça a soldar Peça simétrica segundo os três eixos coordenados que passam pelo seu centro geométrico, constituída por dois arcos iguais de forma elíptica ligados entre si por duas peças de eixo rectilíneo paralelas entre si. 2) Forma da peça que recebe o aro Secção de torre eólica de forma cónica, na qual é, por oxicorte manual, realizada uma abertura, cujo molde para corte é o aro acima referido.

12 10 3) Preparação da junta de soldadura O rebordo da abertura realizada é chanfrado, normalmente de forma manual, de acordo com as indicações do processo de soldadura a seguir. 4) Características do traçado da junta de soldadura em planta segue o traçado do perímetro exterior do aro a soldar, não se encontrando todavia num plano, dado resultar da intersecção de uma superfície cónica com uma peça de forma não rectilínea. 5) Tipo de soldadura Dadas as espessuras a soldar, elevadas, especialmente quando se trata de torres de grande altura é conveniente utilizar um processo de elevada rentabilidade e fiável. A soldadura por arco submerso é desejável. A utilização dos equipamentos habituais de soldadura não é possível em virtude da forma da junta de soldadura atrás descrita. De acordo com o estado da técnica tornar-se-ia necessário recorrer a um processo nãoautomático de soldadura. O uso do dispositivo descrito permite a utilização da soldadura por arco submerso. 6) Forma de Utilização do dispositivo descrito - Após realizada no corpo da secção de torre a abertura para colocação do aro, este é fixo na posição desejada, por pontos de soldadura e é executado um passo de selagem de soldadura por processo manual; - São colocados no equipamento de arco submerso os consumíveis (fio e fluxo), indicados no processo de soldadura; - O dispositivo de soldadura é colocado tomando apoio no próprio arco e a soldadura é iniciada, após introduzir nos sistemas de controlo dos movimentos de translação e rotação

13 11 os parâmetros de soldadura adequados, nomeadamente a velocidade de soldadura. O dispositivo de movimentação proposto permite que a lança de soldadura percorra a junta a soldar em todo a sua extensão. Ao final de cada volta, correspondente ao perímetro total da peça a soldar, a máquina volta à sua posição inicial, de forma a evitar a torção exagerada dos cabos de alimentação. O processo é repetido, de forma contínua, tantas vezes quantas o número de cordões necessários, para perfazer a soldadura requerida. A acção contínua dos sensores permite que o posicionamento da lança de soldadura seja, em cada momento, o adequado em relação à junta a soldar, adaptando-se à sua posição quer em planta, quer em cota, e seguindo as necessidades impostas pelo chanfro existente, nem sempre realizado de forma perfeita e regular. - Após realização da soldadura por um lado do corpo da secção da torre (exterior ou interior) a operação é repetida pelo outro lado (interior ou exterior). Lisboa, 14 de Outubro de 2009

14 1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo de soldadura por arco submerso o qual compreende uma fonte de energia, pelo menos uma cabeça de soldadura e respectivo controlador dos correspondentes parâmetros, caracterizado por compreender: pelo menos uma unidade de movimentação (translação e rotação) da cabeça de soldadura, munida de um controlador de velocidade, permitindo ajustar a velocidade à requerida pelo processo de soldadura a utilizar; pelo menos um conjunto de sensores de posicionamento, os quais têm a possibilidade de detectar a forma da peça a soldar e que possui meios para accionar a referida unidade de movimentação, de forma, a conseguir continuamente o correcto ajuste da posição da lança da cabeça de soldadura à peça a soldar. 2. Dispositivo de soldadura de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o sistema de movimentação de translação compreender os seguintes elementos: meios de movimentação horizontal(1)e(4); meios de movimentação por rotação(3); meios de movimentação vertical(8); os quais são accionados por meios motorizados sendo que os referidos meios motorizados são controlados pela unidade de controlo. 3. Dispositivo de soldadura de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por ser totalmente motorizado, por quatro sistemas de movimentação, actuando independentemente ou em simultâneo, dependendo o seu

15 2 controlo de - parâmetros de soldadura do processo em execução, quando se trata dos deslocamentos longitudinal e por rotação, gerindo as velocidades correspondentes e, de indicações do conjunto de sensores de posicionamento quando se trata dos deslocamentos nas direcções transversal e vertical, permitido a colocação da lança de soldadura na posição correcta para a execução da soldadura. 4. Dispositivo de soldadura de acordo com as reivindicação anterior caracterizado por os meios de movimentação, horizontal, vertical e de rotação, serem accionados por meios motorizados, os quais são controlados pela unidade de controlo de velocidades, e por o conjunto de sensores de posicionamento que fazem com que a cabeça de soldadura esteja posicionada na posição correcta ao longo do trajecto de soldadura, e percorra o mesmo com a velocidade requerida. 5. Dispositivo de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por o conjunto de sensores de posicionamento possuir dois sensores de posicionamento, um horizontal e um vertical. 6. Dispositivo de soldadura de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por o conjunto de sensores de posicionamento compreender pelo menos um sensor de posicionamento duplo, o qual determina o posicionamento horizontal e vertical. Lisboa, 14 de Outubro de 2009

16 1/ Figura Figura 2

17 2/2 Figura 3