Historias de Aplicación

ConXtech: La Soldadura Robotizada Reduce El Tiempo de Soldadura en un 92%
 

En el otoño del 2000, Robert J. Simmons, con 30 años de experiencia en la industria estructural, desarrolló un concepto para la construcción de estructuras residenciales de mediana altura que utilizan un sistema de estructura espacial de acero. El sistema llamado SMRSF, se compone de un sistema patentado de atornillado del collar para la interconexión de columnas y vigas. A partir de este concepto, Simmons fundó ConXtech, una compañía que completa todo su trabajo de fabricación interna y luego simplemente ensambla componentes de columnas y vigas juntos en el lugar de la construcción.

A diferencia de la construcción típica de acero estructural, que suele estar siete u ocho meses utilizando los métodos tradicionales, el sistema de estructura de acero espacial de ConXtech permite acortar el tiempo de elevación estructural a menos de dos semanas.

Automated Beam Fabrication 

La automatización redujo el tiempo de 80 minutos a 5/12 minutos por viga.

Los sistemas de soldadura robotizados utilizados en ConXtech Hayward, en California son un factor crucial para el éxito de la compañía. La tecnología robotizada state-of-the-art cuenta con dos fuentes de alimentación Power Wave® 455M de The Lincoln Electric Company que se unieron a los robots de seis ejes FANUC® 120iLB para soldadura conjunta de vigas y piezas del collar. Comparando con las operaciones semiautomáticas anteriores de Conxtech, este sistema robotizado ofrece velocidades de desplazamiento más rápido, tasas de deposición elevadas y soldaduras finalizadas de calidad superior.

Cuando la soldadura era semiautomática, se tardaba 40 minutos en soldar una pieza del collar a la viga. Puesto que hay dos extremos en cada viga, esto equivale a una hora y veinte minutos de soldadura por viga. Con el sistema de Lincoln y dos brazos robotizados, la célula es capaz de soldar piezas del cuello en ambos extremos de la viga simultáneamente en sólo cinco minutos y 30 segundos.

Simmons dijo "Debido a la gran cantidad de soldadura necesaria y las estrechas tolerancias necesarias, nuestro sistema sería económicamente inviable sin el nivel de automatización que hemos logrado". " Creemos que nadie a nivel mundial ha conseguido soldar MIG con éxito en acero estructural en soldaduras de penetración total utilizando un robot de seis ejes. Nos consideramos la planta más automatizada de fabricación de acero estructural a nivel mundial .” 

 

Lincoln PowerWave 455M  

 La Power Wave® 455M de Lincoln con Tecnología Control de Onda™ garantiza una soldadura consistente.

El primer edificio donde se utilizó el sistema ConXtech se erigió en Abril del 2004 en San José Santana Row Este edificio residencial con 4 plantas con locales comerciales y un parking, es significativo porque era una reconstrucción en acero de una estructura de madera que se quemó en uno de los incendios más grandes de San José. Todos los trabajos en el proyecto se hicieron para la provisión Sismica AISC.

Además del sistema de atornillado del cuello, el edificio Santana Row utilizará algunos sistemas de ConXtech tales como un sistema de suelo de hormigón, paneles de pared, pared exterior y de escalera.

Cómo Funciona el Sistema
El conjunto de conexión del cuello ConXtech se compone de cuatro placas de cuello internas y cuatro externas. Cada una de las placas del collar interior está mecanizada para incluir una cola de milano macho y está unido a la columna con soldaduras en ángulo. Cada una de las placas del collar exterior está mecanizada para incluir una ranura de cola de milano hembra contorneada de la misma forma cónica como en la placa del collar interior. La placa del collar exterior también se perfora a lo largo de los bordes exteriores para recibir los tornillos diagonales. Cada placa collar exterior está soldada a una viga de ala ancha.

El montaje es sencillo: deslizar una viga/conjunto placa collar sobre el saliente del conjunto de la placa del cuello interior que está en cada lado de la columna. Una vez la viga/conjunto placa collar exterior ha sido localizado en las cuatro caras de la columna, se insertan los pernos de alta resistencia en los orificios diagonales en las placas colindantes del collar exterior y se tensan para formar un collar rígido que rodea la columna. 

 

Robotic Arms Perform MIG Welds 

Dos de los seis ejes de los brazos robóticos realizan soldaduras MIG de penetración completa en acero estructural– tal vez la primera en U.S.

Ventajas ConXtech
Las ventajas del sistema de marco de acero ConXtech son muchas hasta este momento. Como se mencionó anteriormente, el requisito para la soldadura en campo es mínimo, dando lugar a menores costos de construcción, comparado con el marco de madera, y métodos de hormigón y acero.

Debido al sistema de atornillado de collar único, un edificio construido de esta manera es estructuralmente superior a una estructura de marco de madera y se puede manejar mejor las cargas laterales severas, tales como las producidas por un terremoto. Este es un factor importante en el area de la bahia de California, donde las preocupaciones sísmicas son un factor constante para los arquitectos, constructores y empresas de construcción.

Por lo general en una zona sísmica, una estructura de madera sólo se puede construir a 50 metros, pero el sistema ConXtech permite edificios mucho más altos. Incluso en una zona sísmica de nivel 4, cuando se está utilizando el sistema revolucionario de collar, se puede construir un edificio de ocho plantas sobre un podio sin paredes escarpadas, escuadras o incurrir en sanciones relacionadas con el código. Cuando se construye en zonas no sísmicas el sistema se puede utilizar para construir estructuras de gran altura.

De hecho, el sistema de conexión se ha realizado con éxito en 17 ensayos a escala de la Universidad de Arizona en el laboratorio de ensayos de Tucson También ha sido analizado por expertos de talla mundial en forma de dos pares de paneles de revisión - uno designado por las ciudades de S.Francisco y S.José y el otro por la ciudad de Palo Alto, Californa donde se construirá el segundo edificio ConXtech. Según Robert J. Simmons de ConXtech, estos paneles determinaron que el sistema de enmarcado SMRSF ConXtech calificó como una alternativa aceptable para este momento el sistema resistente estructura espacial y precalifiado para su uso de acuerdo con las disposiciones 2002 AISC Seismic Provisions.

 

 

Robotic Arms Perform MIG Welds 

ConXtech obtiene en tiempo real los datos de monitoreo de la producción de una medida adicional del control de calidad.

 

Otra ventaja para el diseño del marco ConXtech es su flexibilidad arquitectónica. Según Simmons, sabía que tenía que crear algo que fuera configurable para adaptarse a diferentes diseños dentro de las limitaciones arquitectónicas. Simmons dijo "No podíamos tener un sistema que siempre fuera de 12 pies de altura. Teníamos que tener un sistema que fuera infinitamente variable, capaz de adaptarse a un número variable de plantas y los cambios de altura de piso a piso"

" Por lo tanto sólo se reducia a una sóla articulación. Si unimos todo esto en un marco, podríamos tener un marco que fuera capaz de hacer lo que queríamos lograr" indica Simmons.

La Robótica Marca la Diferencia
Todos los componentes del sistema ConXtech son fabricados por 25 empleados de la compañía para que todo se alinee automáticamente en el lugar de la construcción. La precisión es absoluta y la compañía requiere precisión de hasta 0.004" en su fresado de acero, mecanizado, corte y células de soldadura robotizada.

 

ConXtech Mid Rise Structures 

El concepto ConXtech es especialmente adecuado para estructuras de mediana altura.

 

 

Las vigas, compuestas por acero estructural A992, se reciben en ConXtech en perfiles laminados de 12 pulgadas por 19 pulgadas ó 12 pulgadas por 30 pulgadas. Simmons indica que el mecanizado CNC en la pieza del collar exterior A572 Grado 50 se realiza de manera que el 95 por ciento del volumen de la soldadura en la junta es definido en parte por la máquina. Antes de la mecanización estas piezas son de 3" de espesor.

Actualmente, todas las vigas y sus collares externos con la cola de milano hembra son de soldadura MIG con las Power Wave 455M de Lincoln Electric.La placa requiere el uso de soldaduras de penetración completa en las bridas superior e inferior y soldaduras en ángulo en el cuerpo central de la viga y en el lado posterior de las bridas. Las 24 pulgadas de soldadura de penetración completa en cada viga son hechas en cuatro pasadas, mientras que las 64 pulgadas de la soldadura en ángulo se completa en una sóla pasada.

La Power Wave 455M es una máquina de alto rendimiento, digital que utiliza Tecnología Control Forma de Onda (Waveform Control Technology™), un elemento del Nextweld® de Lincoln: El Futuro de la Soldadura está aquí™, Innovaciones Tecnológicas. La Tecnología Control Forma de Onda es la plataforma tecnológica patentada de Lincoln que controla y moldea la forma de onda de salida. Puesto que la forma de onda puede tener una forma digital utilizando el software, en lugar de requerir un cambio en los componentes eléctricos, los equipos con Tecnología de Control de Onda pueden dar resultados personalizados para casi cualquier aplicación, mejorando la productividad y calidad en una amplia gama de materiales. Estas capacidades proporcionan a los usuarios un sistema de soldadura versátil y ampliable.

 

Digital Communication to Welding System Components 

La Power Wave® 455M de Lincoln utiliza ArcLink™, DeviceNet y Ethernet para comunicarse digitalmente con otros componentes del sistema de soldadura, y via Internet para el monitoreo remoto de producción.

 

Además, la fuente de alimentación Power Wave 455M de control digital, es capaz de efectuar procedimientos de arranque sofisticados que pueden ayudar a reducir el riesgo de porosidad inicial y contribuir a un atractivo perfil de cordón de soldadura plano.

ConXtech también aprovecha al máximo la plataforma de comunicación digital proporcionada por el sistema Power Wave. Utilizando protocolos de comunicación Arclink y Devicenet, ConXtech obtiene monitoreo en tiempo real de rendimiento de producción del sistema, supervisión del arco, voltaje y velocidad de alimentación en la estación robotizada. En un futuro próximo, Simmons planea aprovechar el control de la produción a través de una conexión de red (Ethernet) de su portátil, que es una capacidad actual de los sistemas Power Wave de Lincoln.

" La calidad del arco de la Power Wave 455M es inigualable, mientras que las capacidades de Control de Forma de Onda aseguran una soldadura consistente", explicó Simmons. “El sistema del robot ha producido soldaduras de calidad impecables, normalmente no alcanzables en este volumen.”

Accesorios proporcionados por Preston Easton, permiten que la viga sea cargada y descargada fácilmente por un operario. Cabezal giratorio de la célula y cabezal móvil están en guías lineales y uso de soportes para alinear con precisión vigas con capacidad para longitudes de 8 a 20 pies. Las placas del extremo actúan como una pinza para mantener los salientes de la viga paralelas. Esta fijación posiciona las vigas y los componentes del collar externo siempre dentro de la tolerancia - si no es así, el robot no funcionará.

No sólo es importante la precisión ConXtech, también lo es la velocidad de producción para que el taller cumpla con su objetivo de soldadura de 80 vigas y piezas del collar durante un turno de ocho horas. Simmons informa de las velocidades de desplazamiento de 12 a 15 pulgadas por minuto y tasa de deposición de 13.8 lbs/hora metal de soldadura. (.052” MC-6 a 400 ipm).

 

Fillet Welds 

Los collares son atornillados en el taller - 24 pulgadas de soldadura de penetración en total y 64 pulgadas de soldadura en ángulo.

 

Selección de Consumibles
Para sus consumibles, ConXtech selecciona Metalshield® MC-6 alambre tubular para acero suave con gas de protección, para uso en aplicaciones sujetas a las directrices FEMA 353 . La ventaja principal con el diámetro de 0.052 pulgadas es que permite la soldadura de múltiples pasadas sin necesidad de limpieza entre pasadas. Esto es especialmente útil para la soldadura de penetración total que requiere cuatro pasadas. También produce niveles de humo bajos y muy pocas proyecciones.

" El MC-6 ha demostrado ser muy limpio y capaz de una alta deposición y soldadura de alta calidad con poco o ningún rechazo debido a porosidad o escoria" indicó Simmons. " Para soldaduras planas u horizontales en la fábrica, creo que el MC-6 es el hilo más productivo disponible.

ConXtech está utilizando un gas mezcla compuesto por 84% de argón y 16% CO2. El hilo MC-6 se entrega en bidones a granel Accu-Trak que según Simmons funciona a la perfección en ConXtech en aplicaciones de alto volumen.

Otros Procedimientos de Soldadura en ConXtech
Por ahora columnas y placas interiores con cola de milano macho son soldadura semiautomática MIG con fuentes de corriente DC-655 de Lincoln Electric y devanadores LN-10, pero Simmons espera cambiar esta operación a una completamente automática, a una estación robotizada en un futuro cercano.

Para coherencia de funcionamiento, el hilo metal cored MC-6 se utiliza también en las estaciones de soldadura semiautomáticas . Simmons indicó " Soldamos todo con un sólo tipo de alambre para ayudar a nuestro control de calidad".

 

Fillet Welds 

El material de la viga es de acero estructural A992. El montaje es sencillo.

 

Los empleados de Formación y Servicio de
ConXtech asistieron a la formación en robótica básica en la central de Lincoln Electric en Cleveland, Ohio. El personal de Lincoln estuvo cuatro dias in situ durante el proceso de instalación y configuración para ayudar con la transición y asegurar que el equipo de ConXtech estaba listo para incrementar productividad. “Lincoln Regional Robotic Sales Manager Chuck Murray ha sido un apoyo increible y nos ha ayudado a alcanzar los conocimientos técnicos necesarios para estar en funcionamiento,” indicó Simmons.

Futuro
Para Simmons, ConXtech y el revolucionario sistema del cuello atornillado es un sueño hecho realidad. Tiene la esperanza de ampliar la empresa en todo el mundo como desarrolladores, constructores y arquitectos en integrar el sistema de estructura espacial de acero en mediana altura en construcción residencial.

 

Steel Moment Space Frame System (SMSFS) 

La elevación es rápida utilizando ConXtech’s Steel Moment Space Frame System (SMRFS).

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Escrito Originalmente 8/11/05

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