SUVREMENA PROIZVODNA LINIJA TANKIH PANELA (LASER-HIBRIDNA TEHNOLOGIJA)

Nikola Mikačić dipl. ing., Brodosplit-Brodogradilište d.o.o., Put Supavla 21, 21000 Split Melani Čulić dipl. ing., Brodosplit-Brodogradilište d.o.o., Put Supavla 21, 21000 Split SUVREMENA PROIZVODNA LINIJA TANKIH PANELA (LASER-HIBRIDNA TEHNOLOGIJA) Sažetak Modernizacija brodograđevnog proizvodnog procesa u fazi sklapanja sekcija brodskog trupa bazira se na fleksibilnim proizvodnim linijama. Radi se o mehaniziranim, a dijelom automatiziranim odnosno robotiziranim proizvodnim linijama koje omogućavaju da se u tehnološkoj fazi sklapanja čelika ostvari u potpunosti koncept "kretanja proizvoda kroz proces" umjesto "kretanja procesa kroz proizvod". Ostvarenjem ovoga principa omogućeno je povećanje propusne moći i smanjenje troškova ove faze gradnje trupa broda. Osim toga, omogućuje se bolja logistika procesa, a time i upravljivost procesa. U članku je dat prikaz strukture i konfiguracije automatizirane proizvodne linije tankih panela (4-15 mm) te potrebna obrada rubova limova i profila za aplikaciju laser-hibridne tehnologije zavarivanja u cilju smanjenja unosa topline u osnovni materijal kako bi se postigli niži troškovi proizvodnog procesa gradnje putničkih i Ro-pax brodova. Ključne riječi: modernizacija proizvodnog procesa, proizvodna linija tankih panela, laserhibridno zavarivanje MODERN THIN PANEL PRODUCTION LINE (LASER-HYBRID TECHNOLOGY) Summary Modernization of the ship production process in the stage of hull sections assembly is based on the flexible production lines. They are entirely mechanized or partly automatized or robotized production lines and they are making possible, in the technological stage of a steel assembly process, the accomplishment of the concept of "moving the product through the process" instead of "moving the process through the product". The accomplishment of this principle makes possible the increasing of the production process flow and the reduction of costs on this stage of the ship hull production. Beside this, the logistics of the process can be increased and consequently the controllability of the process too. This material displays the structure and the configuration of automatized thin panel production line (4-15 mm) as well as plates and profiles edge treatment required for laserhybrid welding technology application in order to reduce heat transfer in basic material and costs of production process in building of passengers and Ro-pax ships. Key words: production process modernization, thin panel production line, laser-hybrid welding

N. Mikačić, M. Čulić 1. Suvremena proizvodna linija tankih panela Uvod U suvremenim brodogradilištima u Europi i u svijetu prisutan je koncept proizvodnih linija gdje se uz pomoć podnog transporta materijal kreće kroz radna mjesta već definiranim redoslijedom operacija u cilju smanjenja troškova i vremena izrade. Današnji tehnološki proces u Brodosplitu je također baziran na proizvodnim linijama koje su mehanizirane i automatizirane ili robotizirane. U ovom članku biti će govora o automatiziranoj proizvodnoj liniji za izradu tankih panela paluba putničkih i Ro-pax brodova laser-hibridnom tehnologijom. Kroz opis linije za izradu tankih panela biti će prikazana struktura i konfiguracija linije, oprema i tehnologija laser-hibridnog zavarivanja. Na kraju članka dati će se zaključna razmatranja s troškovima nabavke proizvodne linije. Slika 1. Ro-pax brod za prijevoz vozila i putnika Fig. 1 Passenger Ro-pax vessel

Suvremena proizvodna linija tankih panela N. Mikačić, M. Čulić Slika 2. Ro-pax - presjek Fig. 2 Ro-pax transverse section 2. Struktura i konfiguracija proizvodne linije tankih panela Proizvodni proces linije za izradu tankih panela organiziran je na tri radne stanice na kojima se odvijaju sljedeće operacije : 1. stanica: stanica za jednostrano zavarivanje 2. stanica: stanica za obrezivanje, čišćenje i označavanje panela 3. stanica: stanica za montažu i zavarivanje profila

N. Mikačić, M. Čulić Suvremena proizvodna linija tankih panela Slika 3. Linija za izradu tankih panela u Monfalcone - Italija Fig. 3 Thin panel production line in Monfalcone - Italy Proizvodna automatizirana linija tankih panela je organizirana kao protočna linija za izradu ravnih panela maksimalne širine 13 m, dužine 18 m i debljine 4 do 15 mm. Proces izrade tankih panela započinje na način da se magnetskom dizalicom dovede lim na ulazni konvejer stanice za jednostrano zavarivanje. Stanica je koncipirana tako da se modernom tehnologijom glodanja i laser-hibridnim zavarivanjem postignu visoki proizvodni učinci. Dakle, kroz pripremu spoja takozvani "nulti žlijeb" i laserskim zavarivanjem postiže se manji unos topline, a time i manje deformacije tankog panela. Podnim lančanim transportom panel se dovodi do stanice za obrezivanje, čišćenje i trasiranje koja je koncipirana na principu portala koji nosi uređaj za rezanje (plinski ili plazma gorionik) i uređaj za pjeskarenje i trasiranje. Sljedeći takt je sastavljen od montažnog i zavarivačkog portala na kojem je instaliran uređaj za MIG/MAG zavarivanje sa dodatnom mogućnošću laser-hibridnog kutnog zavarivanja profila. S tim u svezi, proizvodni proces bi bio organiziran kroz taktna vremena koja se kreću od dva do četiri radna sata sa radom u dvije smjene. 2.1. Prva stanica: stanica za jednostrano zavarivanje Predmetna stanica uključuje:

Suvremena proizvodna linija tankih panela N. Mikačić, M. Čulić 2.1.1. Magnetska dizalica sa traverzom Tehničke značajke magnetske dizalice sa traverzom: nosivost: 80 kn raspon: 17 m visina dizanja: 3 m traverza: 12 m x 3 m broj magneta: 32 kom. upravljanje: radio kontrola Slika 4. Magnetska dizalica sa traverzom Fig. 4 Magnetic crane with traverse 2.1.2. Obradna stanica za pripremu limova za laser-hibridno zavarivanje Obradna stanica je konstruirana na način da se istovremeno vrši glodanje dva sučeljena ruba lima koji se trebaju spojiti u zavarivačkom procesu. Cijeli sustav prihvata lima u procesu glodanja je koncipiran na principu nosivog okvira koji je čvrsto vezan sa temeljem poda. Dvije aktivne pomične grede su ugrađene u taj okvir, a one formiraju podnožje postrojenja koje skupa sa postoljem za nošenje i smještaj limova te napravom za pripajanje limova omogućavaju veliku učinkovitost procesa. Elektro-mehaničko obradno postrojenje čine: sistem klizača sa glodajućim alatom sistem za pripajanje/učvršćenje limova nosivi stol za limove sistem podešavajućih stezaljki sa postoljem za podešavanje razmaka limova u korijenu žlijeba pomična dizalica za izmjenu alata za glodanje sistem vodilica za vertikalno poravnavanje rubova limova sistem kuglastih kotača za uzdužni i poprečni prijenos limova unutar postrojenja sistem za poprečno usmjeravanje limova u odnosu na liniju izvođenja proizvodnog toka softverski i hardverski upravljački sustav hidraulički sustav

N. Mikačić, M. Čulić Suvremena proizvodna linija tankih panela Tehničke značajke obradne stanice: duljina ruba lima za obradu: 6000-13000 mm debljina lima za strojnu obradu: 4-15 mm maksimalna hidraulička pritezna sila na lim: 80 kn/m glodalica: dimenzija glodala: 500 mm brzina: 0,2-6 m/min preciznost glodanja: ± 0,1 mm na 13 m dužine lima snaga glodanja: 45 kw težina obradne stanice: 270 t Stanica u fazi glodanja Stanica u fazi zavarivanja Slika 5. Obradna stanica u fazi glodanja i zavarivanja Fig. 5 Milling machine in milling and welding position

Suvremena proizvodna linija tankih panela N. Mikačić, M. Čulić 2.1.3. Laser-hibridna oprema za zavarivanje Zavarivačka kolica sa laser-hibridnom opremom su montirana na nosivu konstrukciju obradne stanice za pripremu rubova limova. Na nosivoj gredi spomenute konstrukcije montiran je šinski sistem gibanja zavarivačkih kolica koja su opremljena sljedećim elementima: nosiva čelična konstrukcija za smještaj i priključak komponenti laser-hibridne zavarivačke opreme motor pogona vožnje zavarivačkih kolica (brzina vožnje: 0,3-20 m/min) sistem za vertikalno i horizontalno pomicanje zavarivačke glave laser-hibridna zavarivačka glava sastoji se: optički modul sa ugrađenom kamerom MIG/MAG gorionik podesivi nosači optičkog modula za podešavanje nagiba ( ± 5 % horizontalno prema liniji šava) podesivi sistem za podešavanje MIG/MAG gorionika u smjeru x-y-z osi prema osi laserske zrake sistem za pračenje šava tijekom zavarivanja integrirani sistem za odvođenje štetnih plinova i dima tijekom zavarivanja upravljački panel operatera za upravljanje svim procesima laser-hibridnog zavarivanja Glavne komponente laser-hibridnog zavarivanja su: laserska zraka: efekt dubokog unosa dodatnog materijala bez velikog unosa topline provarivanje korijena zavara MIG komponenta: rastaljivanje žice dodatnog materijala rastaljivanje rubova limova formiranje metalne kupke rastaljenog materijala pogodne za daljnje djelovanje laserske zrake senzorski elementi: provjera i procjena ograničenja za normalno izvođenje zavarivanja kao što su preveliki otvori žljebova i razmaci korijena žlijeba između limova koji se spajaju i drugo otkrivanje pukotina u šavu zavara.

N. Mikačić, M. Čulić Suvremena proizvodna linija tankih panela Slika 6. Laser-hibridna zavarivačka glava Fig. 6 Laser-hibryd welding head Redoslijed izvođenja osnovnih postupaka kod laser-hibridnog zavarivanja: 1. priprema rubova limova sa strojem za glodanje 2. prvi obilazak zavarivačkih kolica po mjestu spajanja pri čemu se izvode sljedeće radnje: točkasto zavarivanje laserom na približno 3 do 4 mjesta zavarivačka kolica odlaze na početnu poziciju za početak zavarivanja započinje laser-hibridno zavarivanje nakon završetka zavarivanja zavarivačka kolica vraćaju se na početnu poziciju Tehničke značajke zavarivačke stanice: tip lasera: DISC LASER 12 kw brzina zavarivanja: 1,6-2,5 m/min debljina limova: 4-15 mm zaštita postrojenja od laserskog zračenja sustav za rashlađivanje lasera 2.1.4. Podna transportna oprema sa okretnom stanicom Tehničke značajke podne transportne opreme: broj lančanih konvejera: 4 kom. ulazni i izlazni portal za prihvat lima: 60 kn/m okretna stanica: 11 m x 11 m 2.2. Druga stanica: stanica za obrezivanje, čišćenje i označavanje panela Tehničke značajke stanice: širina portala: 17200 mm plinska (plazma) okretna glava sustav VacuBlast za čišćenje i pozicioniranje uzdužnjaka: 20 m/min sustav za označavanje: 3 Arc-markera za linije

Suvremena proizvodna linija tankih panela N. Mikačić, M. Čulić Slika 7. Portal za obrezivanje, čišćenje i označavanje panela Fig. 7 Gantry for panel cutting, grinding and marking 2.3. Treća stanica: stanica za montažu i zavarivanje profila Sastoji se od: pokretni portal sa magnetskom gredom za montažu profila sa 13 magneta fiksni zavarivački portal raspona 16 m sa zavarivačkom opremom preddeformacijska stanica duljine 13 m sa silom na magnetima od 60 kn/m nosač sa paletom za profile duljine 13 m podni lančani transport brzine 5 m/min Slika 8. Portal za montažu profila Fig. 8 Profile mounting gantry

N. Mikačić, M. Čulić Suvremena proizvodna linija tankih panela Slika 9. Portal za zavarivanje profila Fig. 9 Profile welding gantry 3. Zaključak Uvođenjem u brodograđevni proces proizvodne linije tankih panela na bazi laserhibridne tehnologije zavarivanja postižu se sljedeći ciljevi : smanjenje troškova izrade tankih panela smanjenje vremena izrade manji unos topline u osnovni materijal, a samim tim su i manje deformacije materijala Slika 10. Izrada panela zavarivanjem pod praškom Fig. 10 Thin panel production with SAW weld Slika 11. Izrada panela laser-hibridnim zavarivanjem Fig. 11 Thin panel production with laser-hybrid weld manja je potrošnja energije te se postiže velika energetska učinkovitost (odnos ulazne električne prema izlaznoj optičkoj snazi zračenja) veća prilagodljivost zahtjevima kompaktno integrirana konstrukcija i drugo. Proizvodna linija tankih panela predviđena je za rad u dvije smjene, a za obavljanje radnih operacija potrebno je 5 radnika. Ukupna cijena ove investicije je 12.5 milijuna EUR-a.

Suvremena proizvodna linija tankih panela N. Mikačić, M. Čulić Panel linija sa laser-hibridim zavarivanjem je instalirana u nekoliko svjetskih brodogradilišta koja su specijalizirana za gradnju luksuznih putničkih brodova, a to su: Meyer Werft - Njemačka (panel linija 20 m 20 m) Aker Yards - Finska (panel linija 16 m 20 m) Fincantieri Monfalcone - Italija (panel linija 16.5 m 24 m) LITERATURA [1] A. Čagalj: "Fleksibilna automatizacija u proizvodnji brodskog trupa" Magistarski rad, FSB - Sveučilište u Zagrebu, Zagreb, 1993. [2] Proposal for the panel line 13 m (Laser-Hybrid-Welding), IMG - Njemačka, 2008. [3] Offer for PEMA flat panel line and profile edge milling station, PEMA - Finska, 2008. [4] Offer for the supply of a panel production line in shipyard Brodosplit, MECA - Italija, 2008.

STANICA 1: STANICA 2: STANICA 3: 1.1 PROSTOR ZA ODLAGANJE LIMOVA 3.1 PORTAL SA UREĐAJEM ZA OBREZIVANJE, 4.1 PORTAL SA OPREMOM ZA KUTNO 1.2 MAGNETSKA DIZALICA SA TRAVERZOM ČIŠĆENJE I OZNAČAVANJE ZAVARIVANJE PROFILA 1.3 LANČANI KONVEJER 3.2 LANČANI KONVEJER 4.2 PREDDEFORMACIONA STANICA 1.4 POLJE OKRETNIH KOTAČA 3.3 POLJE OKRETNIH KOTAČA 4.3 UREĐAJ ZA PODEŠAVANJE PANELA 2.1 OBRADNA STANICA - GLODALICA 4.4 MONTAŽNI MAGNETSKI PORTAL ZA 2.2 ULAZNI PORTAL ZA DOVOZ I CENTRACIJU LIMA PROFILE 2.3 POZICIONI RADNI STOL 4.5 PALETA SA PROFILIMA 2.4 IZLAZNI PORTAL ZA ODVOZ PANELA 4.6 LANČANI KONVEJER 2.5 POLJE KUGLASTIH KOTAČA 4.7 POLJE OKRETNIH KOTAČA 2.6 LASER-HIBRIDNI PORTAL SA OPREMOM ZA ZAVARIVANJE 2.7 OKRETNA STANICA (11 m x 11 m) Slika 12. Smještaj suvremene proizvodne linije tankih panela u Brodosplit - Brodogradilištu Fig. 12 Lay-out of thin panel production line in Brodosplit Shipyard