Desenvolvimento de Sistema Robótico Integrado para Automatização da Soldagem na Indústria Naval (SOLDANAVAL)

Projeto

• Informações Gerais
• Objetivos Principais
• Atividades Principais
• Resultados Principais
• Metodologia
• Justificativa
• Participantes
• Vídeos

Relatórios

• Relatório Parcial 01
• Relatório Parcial 02

Apoio

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Objetivos Principais  

• A presente proposta tem como objetivo geral o desenvolvimento de um sistema robótico integrado a novas metodologias de soldagem, perfeitamente adaptável às diferentes condições encontradas na indústria de fabricação naval.
• O sistema robótico proposto neste projeto visa promover a automatização de boa parte das aplicações de soldagem a arco encontradas na industria de construção naval, reduzindo tempo demandado para a execução dos cordões de solda, assim como promovendo a repetitividade dos mesmos com critérios elevados de qualidade.

Atividades Principais 

• Identificar a problemática operacional com relação aos processos de soldagem, e métodos de fabricação, de estruturas de grande porte, soldagens internas e acabamento.
• Delinear as concepções, tanto do manipulador robótico, quanto dos trilhos flexíveis.
• Desenhar em programa CAD (orcad, proteus ou protel) o esquema eletrônico das placas dos circuitos de acionamento e controle do equipamento.
• Desenhar em programa CAD (orcad, proteus ou protel) o esquema elétrico de ligações entre as placas de acionamento/controle.
• Desenhar em programa CAD (orcad, protel ou proteus) o layout das placas de acionamento/comando para sua posterior construção.
• Construir o sistema de acionamento dos motores propriamente dito.
• Realizar o projeto mecânico dos trilhos flexíveis e avaliar os tipos de ventosas a serem empregadas.
• Realizar em programa CAD (solidworks) os desenhos do gabinete da unidade de controle.
• Realizar em programa CAD (solidworks) os desenhos da estrutura do robô.
• Realizar a montagem do painel elétrico de acionamento do robô.
• Realizar a montagem da estrutura mecânica do robô.
• Realizar a montagem do sistema de acionamento (motores e encoders) na estrutura mecânica do robô.
• Realizar o acoplamento da bomba de vácuo em todo o dispositivo de movimentação.
• Definir a inversão de polaridade do servo motor, configuração do encoder, corrente limite e valor admissível para o erro de seguimento.
• Determinar as rampas de acelerações pertinentes a cada motor, relações de rotação com deslocamento linear, velocidades máximas em cada eixo.
• Desenvolver software de controle para o robô.
• Projetar um trilho rígido que se adéqüe aos diferentes diâmetros de tubos utilizados na indústria naval.
• Identificar lacunas tecnológicas e propor melhorias relacionadas aos processos de soldagem empregados na indústria de fabricação naval.
• Realizar testes com o robô a fim de avaliar a dinâmica de movimentos e o sistema eletro-eletrônico de acionamento.
• Definir parâmetros que resultem em deslocamentos da tocha de soldagem de forma compatíveis com os requisitos de cada processo de soldagem.
• Desenvolver soluções para o melhor desempenho dos processos de soldagem utilizados na industria naval.
• Utilizando o robô, realizar ensaios de soldagem, em diversos processos empregados na indústria naval.
• Estabelecer parâmetros ótimos para a aplicação automatizada.

Resultados Principais 

• Manipulador Robótico de Condução de Pistola de Soldagem montado sobre trilhos flexíveis de fácil manuseio que se adaptam a superfícies curvas.
• Manipulador Robótico de Condução de pistola para soldagem Orbital de Tubulação.
• Procedimentos de soldagem inovadores e específicos para cada diferente aplicação encontrada na industria naval.

Metodologia 

• Identificação com mais clareza do problema operacional encontrado na fabricação naval relativo aos processos de soldagem desde as estruturas de grande porte (casco, costados, estruturas de sustentação) até soldagens internas e de acabamento.
• A partir de um levantamento detalhado das possíveis soluções que poderão ser empregadas na automatização dos processos de soldagem, irá se fazer a escolha da rota tecnológica a ser adotada, levando em conta custos e facilidades de otimização.
• Iniciar-se-á o projeto com pequenos esboços das primeiras idéias de concepção, tanto do manipulador robótico, quanto dos trilhos flexíveis. Nesta fase já se iniciará as primeiras avaliações de facilidades de montagem e desmontagem de trilhos, tendo em vista sua aplicação em grande escala na indústria naval.
• A partir de uma concepção básica definida se iniciará o projeto e a definição dos diagramas eletro-eletrônicos de acionamento e as definições de placas e componentes eletrônicos para os primeiros testes.
• Projeto dos primeiros exemplares de trilhos flexíveis, levando em conta o material a ser utilizado que deverá permitir deformações apenas elásticas e não plásticas a partir de curvaturas que lhe serão submetidas.
• Consolidação da estrutura física do manipulador robótico por meio do projeto mecânico do dispositivo de movimentação.
• Ao longo do projeto físico do manipulador robótico, deverão ser desenvolvidos a plataforma de hardware, assim como o software de controle.
• Desenvolvimento de uma concepção básica de trilho rígido para que a mesma possa ser reproduzida para os diferentes diâmetros de tubos que serão soldados durante o processo de construção naval.
• Deverá ser verificada neste momento do projeto a facilidade de instalação de todo o dispositivo de movimentação, bem como a logística de montagem e desmontagem dos trilhos durante a execução da solda.
• Serão executados estudos relacionados à passes de raiz utilizando o processo MIG/MAG com controle de corrente (CCC), para a união de chapas de grande espessura chanfradas, utilizadas na construção dos cascos e costados das embarcações, assim como a utilização de procedimentos de soldagem como o MIG/MAG Pulsado Térmico e até mesmo o Duplo-Arame, para os passes de enchimento. Serão desenvolvidos também procedimentos para a soldagem orbital de tubulações, envolvendo os processos TIG e MIG/MAG, cada um em sua aplicação específica, aliando produtividade e repetitividade.
• Como última etapa do projeto, têm-se os testes finais do dispositivo de automatização, acoplado aos trilhos rígidos, executando cordões de solda com os procedimentos levantados durante o projeto para todas as posições de soldagem. Propõe-se simulação, em escala reduzida, de construção de cascos e costados, para validação dos resultados de produtividade e repetitividade, assim como, com os mesmos objetivos, a realização de soldagens orbitais de tubulações.

Justificativa 

A soldagem tem destaque na indústria naval devido a sua utilização em grande escala na construção de praticamente todas as seções que compõe as embarcações, desde aspectos estruturais e de grande porte, como a fabricação do casco, dos costados e estruturas de sustentação, até a união de tubulações internas ao navio e soldas de acabamento. A diversidade de configurações geométricas a serem soldadas na construção de embarcações implica em uma variedade bastante elevada em técnicas e procedimentos de soldagem a serem utilizados na fabricação naval. Diferentes tipos de chanfro, soldas fora de posição, bem como uma variedade enorme de espessura de chapas e materiais diferenciados (aço carbono, inox, alumínio) a serem soldadas, são algumas das dificuldades a serem superadas durante todo o processo de construção.

Aliada as dificuldades já mencionadas a respeito das diferentes estruturas que compõem as embarcações, tem-se também a problemática relacionada à operação manual dos processos de soldagem. Por razões primordialmente históricas e até certo ponto operacionais, a aplicação de Eletrodos Revestidos, na indústria naval, apesar de ultrapassada, ainda corresponde a percentuais elevados quando comparado a utilização das demais modalidades de soldagem, dificultando qualquer tentativa de automatização do processo construtivo nos estaleiros, haja vista o fato de o processo em questão ser praticamente restrito a operações manuais e extremamente dependente da habilidade do operador.

Neste sentido, o projeto aqui proposto busca uma solução inovadora e flexível de automatização do processo construtivo, voltado as operações que envolvem soldagem, na indústria naval, propondo novas modalidades de soldagem, em substituição as atualmente utilizadas, e promovendo o aumento significativo da produtividade de toda a operação.

Participantes 

• Jair Carlos Dutra
• Régis Henrique Gonçalves Silva
• Renon Steinbach Carvalho
• Raul Gohr Júnior
• Marcelo Pompermaier Okuyama
• Ramon Natal Meller