TÖÖSTUS. Keevitamine saab olla nutikas

Valdkond, mille tehnoloogia kiiret arenguteed käib, on keevitusrobotite tootmine. Seadmed muutuvad järjest nutikamateks ja usaldusväärsemateks, samas ka universaalsemateks – üldiselt saab ühe tüüpilise tööstusroboti seadistada nii keevitus-, kooste-, teisaldus-, viimistlemise- kui ka pakketööde tegemiseks. Ettevõtjad ise märgivad, et robotitega kaasnev suurim probleem on rakiste valik ja tellimine – esiteks on rakised kallid, teiseks peab selle tellimisele eelnema põhjalik arendustöö, et saadud rakis oleks täpne, võimalikult paindlikult kasutatav ja soetatud robotitega hõlpsasti kohandatav.

Mitmes ettevõttes keevitusrobotite juurutamisega tegelenud TTÜ mehhaanikateaduskonna teaduri Martinš Sarkansi sõnul on masstootmise peamine eesmärk minimeerida tootmistsükli aega, operatsioonid, mida robot teeb, on korduvad.

“Kuna meie tootmine on kas väike- või keskmise suurusega, kaasneb probleem, kuidas muuta robotite töö võimalikult efektiivseks,” märkis Sarkans. “Kasutatakse põhiliselt protsessipõhist programmeerimist, mis ettevõtte jaoks lihtne ja loogiline.

Robotiseerimine parandab töökeskkonda. Sarkansi hinnangul on robotite hind aja jooksul nii palju langenud, et ka väikeettevõttes on neid tootmisprotsessi võrdlemisi lihtne juurutada. Küsimus tekib, millistest mahtudest alates see majanduslikult mõttekaks muutub.

“Robotitesse tasub investeerida tootmiskulude vähendamiseks – üks robot asendab näiteks kolme töötajat, kelle palgakulu oleks kindlasti suurem kui masina ülalpidamine,” rääkis ta. “Teiseks toodete stabiilse kvaliteedi saavutamiseks. See eeldab protsessi väga head eelhäälestamist, sest kui robot keevitab esimese detaili valesti, siis keevitab ta kogu partii valesti. Kui aga kõik on tehtud õigesti, väheneb oluliselt praagi hulk toodangus.”

Sarkansi sõnul parandab robotiseerimine ka töökeskkonda, näiteks raskete detailide tõstmise puhul, aga ka töökeskkonna turvalisemaks ja tervislikumaks muutmise vallas. Ja loomulikult tõstavad robotid tootlikkust, muudavad tootmise paindlikumaks ja elimineerivad tööjõuprobleemi.

“Robotkompleksi juurde tuleb välja töötada vajalikud tehnoloogiad, robotipark tuleb siduda tootmisprotsessi ja konkreetsete toodetega, valida õiged parameetrid,” selgitas Sarkans. “Sinna juurde käivad ka tootmise optimeerimine ning andmete haldamise süsteemi väljatöötamine, mis aitab tootmist paindlikumaks muuta ja lubab välja arvutada roboti kasuteguri kas mingis töölõigus eraldi või üldiselt.”

BLRT Grupi direktori asetäitja Semjon Berzoni sõnul on kontserni tütarettevõttel OÜ Marketexil 2008. aastast kogemus keevitustööde tegemisest laevaehitustöödel. Marketex on selle aja jooksul töödelnud üle 20 000 tonni metalli. Mahukaimad tööd on tehtud energeetika vallas – meretuulepargid, neid teenindavad erilaevad, nafta- ja gaasiplatvormid, nendel kasutatavad konstruktsioonid, kraanad jmt.

Tellijad nõuavad standardeid. Selliste tööde puhul on kvaliteedinõuded loomulikult kõrged – BLRTs toodetavad masinad ja nende detailid hakkavad tööle äärmuslikes tingimustes, nende tööd mõjutavad väga madalad temperatuurid (-60 kraadi), kokkupuude soolase mereveega, tugev tuul, lainete mõju, suurte dünaamiliste raskuste talumise võime (kuni 60 J kuni -60 kraadi juures) jne. Veel lisanduvad kõrged keskkonnaohutusnõuded.

“Keevitusele seab see karmid tingimused – keerulised operatsioonid ei luba sageli tööprotsessi automatiseerida, materjal on väga paks või tugev, kasutatakse eriteraseid,” iseloomustas Berzon Marketexi töö iseloomu. “Tulemus peab vastama ka mitmele Norra Nafta- ja Gaasitööstuse standarditele ja mitmele Saksamaa analoogsele standardile. Ka keevitajad peavad nende tööde tegemiseks läbima spetsiaalseid koolitusi, sageli saab seda teha vaid välismaal.”

Keevitusprotsessidena kasutatakse põhiliselt kaitsegaasi abil traatkeevitamist ja elektroodkeevitust, kusjuures tuleb kasutada nii vertikaalseid kui ka horisontaalseid keevitusasendeid. Selleks on olemas ka spetsiaalsed keevitusaparaadid, samas kui keevituse karakteristikud on üsna tavapärased.

Suurimate probleemidena nimetas Semjon Berzon seda, et vastutusrikaste tellimuste saamisel ei tundnud keevitajad alguses uuemaid keevitustehnoloogiaid ja nõutavaid uusi materjale, keskastmejuhid aga ei teadnud midagi uutest standarditest. Tuli korraldada rida täiendkoolitusi nii ühtedele kui ka teistele.

“Enne vastutusrikaste lepingute saamist tegime mitu komplekti näidistöid,” tõdes Berzon. “Eraldi küsimus ongi keevitajate probleem – see on üleval lausa Euroopa Liidu tasemel, siiani on tulnud igal üksikul ettevõttel omal jõul tööjõuprobleem lahendada – ümber- ja täiendõppe moel. Nii on ka ettevõtted ise välja töötanud õppeprogrammid ja metoodikad. Eritööd nõuavad ka eriväljaõpet.”

Ta meenutab, et kui 2009. aastal värvati välistellimuste täitmiseks uusi keevitajaid, siis osutus sobilikuks vaid üks kümnest. Ja nendegi väljaõpetamisega tuli tõsiselt tegeleda.

Praegu nimetab Berzon ettevõtte peamise eesmärgina kulude vähendamist. Ta selgitas, et keevitusekulude vähendamiseks on oluline valida tõhusaimad meetodid, materjalid, temperatuurid ja parameetrid iga konkreetse töö tegemiseks.

Näiteks aitab sageli efektiivsust parandada kahe peenikese keevitustraadi kasutamine ühe jämedama asemel – saavutatav kokkuhoid on eelkõige aja säästmises, samuti paraneb kvaliteet. Ka automatiseerimine annab Berzoni sõnul kokkuhoidu. Mõnel puhul aitab materjali säästa keevituse kaldenurga muutmine. Viimase lahendusega õnnestus BLRT-l kahe ja poole aastaga säästa üle kümne tonni keevitustraati.

Uuendus kiirendab tootmist. Pärnus metallkonstruktsioonidel asetsevat mööblit tootva OÜ Stram juhatuse liige Marko Kokla kirjeldas, kuidas koostöös OÜga Innovaatiliste Masinaehituslike Tehnoloogiate Arenduskeskus (IMECC) loodi uus tootmiskontseptsioon – et oleks võimalik toota kompleksselt, uute lahenduste puhul rakiseid juurde tegemata. Eesmärk oli vähendada ka tootmispinda ja võtta tootmises n-ö seisev materjal kasutusele ning leida kvaliteediprobleemid. Nende põhimõtete alusel sai valitud ka robotipark. Praegu on ettevõttes töös kolm keevitusrobotit.

“Kasutusel on pöördrakis, mille juures operaator lisab detaile, kusjuures ühe pöördega saame kätte valmistoote,” rääkis Kokla. “Üks robot asub värviliini kõrval, robot annab detaili otse täisautomaatsele värviliinile.

Neli-viis tundi on komponendi valmimise aeg. Alguses eeldati, et selle mahu tegemiseks kulub 9 keevitaja tööaeg. Nüüd tuli operaator koolitada robotit käsitsema, mitte välja õpetada 9 keevitajat.

Kogu uuendusprotsessile kulus kokku alla aasta. Nüüd töötab robot n-ö 24/7, pidevalt, peatumata, vaid pühapäev on hoolduseks.

Praegu tegeldakse Stramis uute toodete juurutamisega, milleks robot annab võimalusi lisaks. Nii saab selle abil optimeerida keevitusprotsessi – kui varem vältas see ühe toote valmistamiseks 12–13 minutit, siis nüüd saab robot hakkama 7–8 minutiga.

Eesti Keevitusühingu juhataja Andres Laansoo tõdes, et keevitusroboti valimine – kuidas ja milleks – on ettevõtetele suurim probleem. Tema sõnul tuleb selgeks teha, mida valmistatakse, kas tegemist on konveiertootmisega või üksiktellimuste täitmisega, oluline on ka euroliidus hädavajalik CE-märgis.

“Inimestel puudub sageli ettekujutus keevitamise olemusest, iga mees räägib ise juttu. Kui võtta normide järgi, siis puudub selge arusaam kvaliteetset tööst,” rääkis Laansoo  “Osa vaatab, et keevisõmblus on visuaalselt hea, teine ajab näpuga standardis järge ja ütlevad, et ei vasta sellele ja tollele nõudele.”

Samas tunnistab Laansoo, et loomulikult on näiteks Soome tuumajaama ehitamisel tehtavad keevitustööd kõrgemate kvaliteedi- ja vastutusnõuetega kui mingi aiaposti keevitamine.

Standardid aga peavad nii ühe kui ka teise töö tegijatel käepärast võtta olema.

Praegu on standarditega kaetud lubatud keevitusdefektid, samuti keevitajate atesteerimine, juhised teatud tüüpi materjalide keevitamiseks ning keevitustööde kvaliteedistandardid, näiteks teras- ja alumiiniumkonstruktsioonide, raudteerööbaste jne keevitamisele. Teine oluline näitaja on täpsete, kalibreeritud ja kaasaegsete mõõteriistade kasutamine keevitustööde juures. Ja et tõestada enda võimekust ja professionaalsust keevitusvaldkonnas, on möödapääsmatu omada ka ISO 3834 sertifikaati.

Tähtajad suruvad peale. Viimastel aastatel on hoogsalt edasi arenenud MIG/MAG keevituse tehnoloogia väga õhukeste materjalide keevitamiseks, muudetava lainekujuga impulssvoolu kasutamises, lühikaarkeevituse edasiarendused (STT meetod, FastROOT meetod, erifunktsioonidega EWM-Cold arc-meetod).

ASi Terasman tootmisjuht German Belov märkis samuti, et sertifikaatidega tänapäeval enam läbi ei saa – EN 1090-1-2-3 (vanasti Saksamaal ehituslikke metallkonstruktsioone reguleeriv standard DIN 18800), on kohustuslik vähegi ekspordile suunatud ettevõttele. ELi arusaamist mööda kuuluvad ehituslike alla ka transportöörid ja muud tööstuslikud metallrajatised.

EN-1090 kehtib 2014. aasta juulini. Pärast seda ei tohi viimase alusel enam ehituslikke konstruktsioone toota. Selle sertifikaadi olemasolu annab muide õiguse kasutada tootel CE-märgistust. Alates 01.07.2014 tuleb kõik konstruktsioonid projekteerida standardi EN-1090 järgi, see on üldiste protseduuride standard. Lisaks näitavad keevitustööde kvaliteeti ja tegija pädevust standardid EN ISO 3834 (keevitusprotsesside standard) ja ISO 9001 (montaaži- ja koostestandard).

Uued tehnoloogiad avardavad võimalusi

Kemppi keevitusseadmeid ja Motomani tööstusroboteid Eestisse toov OÜ RKR Seadmed juhatuse liige Raul Rosin märkis, et uute keevitusseadmete areng põhineb peamiselt invertertehnoloogial.“Tähelepanu all on 400A MIG/MAG konverterid (vooluallikad-muundurid). Vanasti kasutati näiteks türistoralaldeid,” selgitas Rosin. “Tootearenduses vähenenud mass ja gabariidid, aga ka elektroonika pool – alguses olid trafod, nüüd on inverterid. Tootearendus eelkõige tarkvara arendamises ja täiustamises. Viimane annab võimaluse keevitamise käigus agregaati erinevatele võimsustele ümber lülitada. Uuendused väljenduvad ka juurekeevituses, optimaalne keevituskaare pikkuse reguleerimise võimalikkuses, mis lubab energiat säästa.”Uusim lähenemine tehnoloogias on 4T-LOG – keevituspüstolil on ümberlülituse võimalus madalama vooluga režiimile, ilma kaarleeki katkestamata saab üle minna vertikaalselt keevitamiselt horisontaalsele. Aitab töö-aega efektiivsemalt kasutada.Rosin selgitas, et uuendusi on veelgi. Näiteks pingelangu kompenseerija, mis arvutab etteantud parameetrite alusel (põhiliselt on selleks keevituskaabli pikkus) ja tõstab vajadusel pinget.“Modifitseeritud on lühikaarkeevituse protsessi juurekeevituse täiustamiseks. See on selleks, et saaks keevitada suurema õhupilu või -avaga detaile, lihtsustades selle pritsmevaba täitmist. Keevitustraat puudutab otsaga põhimetalli ja tekib lühis, keevitusvool tõuseb oluliselt ja tekib keevisvann,” iseloomustas Rosin. “Tavaliselt keevitatakse juureõmblust alt üles, siis uuendus lubab keevitada ülalt alla, kusjuures kogu protsess võib kiireneda kuni kaks korda varasemalt kasutusel olnud tehnoloogiaga võrreldes.”

 

Tööstusrobot

Tööstusrobot on ümberprogrammeeritav tootmisprotsessis kasutatav automaatne masin, mida kasutatakse inimese liikumisfunktsioonidega sarnasteks operatsioonideks esemete teisaldamisel või tööriistadega töötamisel.Tööstusroboti iseloomulik tunnus on ühe või mitme manipulaatori olemasolu.Võimalusi uute tehnoloogiate siirdamiseks on mitu, näiteks CNS-pinkide kasutuselevõtt, tööstusrobotite juurutamine, tootmise automatiseerimine.Tööstusroboteid kasutatakse palju MIG/MAG-protsessis, kaarkeevituse puhul, samuti punktkeevitusel (sageli autotööstuse rakendused, kus keevitatakse õhukest materjali).Teised võimalikud kasutusalad: materjalikäitlemine, tööpinkide (näiteks painutuspinkide) teenindamine, tootedetailide värvimine, pakendamine, toiduainetööstuses, koosterobotid (autotööstuses mootoriplokkide koostamine), lõikamisega seotud tööd, liimimine ja tihendamine (samuti autotööstuses) jt protsessid (vesi- ja laserlõikus on väga atraktiivne teema keerukate kujundite väljalõikamisel).Keevitusroboti keskmine kasutusiga on õige hooldamise korral 12–15 aastat.2009. aastal vähenes nõudlus robotite järele nii autotööstuses kui ka mujal – üleilmne tööstusrobotite tootmine kukkus 113 000 ühikult 60 000 robotile.2010. aastal hakkas eelkõige just autotööstuse investeeringute tõusu toel robotite tootmine taas kiiresti suurenema.

 

Robot pole imerelv

Tootmise robotiseerimise juures võiks esimene samm olla toodete kaardistamine, tooteportfelli sisu määratlemine. Teiseks sobilike toodete valik, et saavutada ettevõttele vajalikud tootmismahud, ka keevitusajad. Robotipargi komponentide valik on tähtis – milline robot, milline manipulaator, milline tööriist või keevitusseade. Vahepeal tuleb ka projekti edukust analüüsida ehk siis kogu tehtud töö simulaatoril läbi mängida.Kas kõik keevitusasendid on saavutatavad, kas kõikidele õmblustele pääseb ligi jmt? Need küsimused peaks välja selgitama kitsaskohad ja olukorrad, mis võivad tähendada, et projektiga ei maksa sellisel moel edasi minna.Optimaalse robotikompleksi loomiseni kulub umbes kuus kuud, sellele järgneb paigaldamine, vastuvõtmine ja toodete järk-järguline (alates lihtsamast keerulisemate poole) juurutamine, hooldamine ja robotpargi täiustamine.Kontseptsioone võib ühe tootega seoses tekkida erinevaid. Alati tuleb silmas pidada ettevõtte tooteportfelli ja laienemise võimalusi.Efektiivsuse näitajateks on programmeerimisaja määratlemine ja arvutamine vastavate valemite abil. Põhilised parameetrid on: kui palju on õmblusi, täiendavaid liikumisi, millised on toote mahulised parameetrid, õmbluste pikkused jmt.