Controlo de Precisão na Soldadura Robotizada para Guindastes

No fabrico de guindastes, a qualidade da soldadura determina diretamente a resistência estrutural, a vida útil à fadiga e a segurança operacional do equipamento. A Kelude Indústrias Pesadas, fabricante líder no setor, tem vindo a promover de forma abrangente a automatização e a inteligência da soldadura nos últimos anos, tendo concluído a implementação de linhas de soldadura robotizada que abrangem componentes estruturais críticos como a Viga Principal, a Viga de extremidade e a Estrutura do carrinho (plataforma do carrinho). Ao integrar profundamente a tecnologia de robótica industrial com a engenharia de processos de soldadura, a Kelude Indústrias Pesadas alcançou um controlo digitalizado de todo o fluxo — desde a montagem pré-soldadura, passando pelo processo de soldadura, até à deteção pós-soldadura. A taxa de aprovação à primeira na soldadura ultrapassa os 98,5%, e a qualidade dos Cordão de Solda cumpre os requisitos do grau mais elevado das normas nacionais, incluindo a ISO 4301 (qualificação de procedimento de soldadura), a FEM 1.001 (ensaio ultrassônico de soldas) e a FEM 1.001 (Ensaio Radiográfico (RT) de soldas). Este artigo aborda sistematicamente as práticas técnicas da Kelude Indústrias Pesadas na automatização da soldadura de guindastes, em cinco dimensões: seleção do método de soldadura, layout da linha robotizada, otimização de Parâmetro, controlo de precisão da Montagem e deteção online da qualidade do Cordão de Solda.

Classificação das estruturas soldadas de guindastes e métodos de soldadura

A estrutura metálica de um guindaste é composta principalmente por componentes estruturais soldados, como a Viga Principal, a Cabeceira, a Estrutura do carrinho, os Perna de apoio e a Viga Transversal. Cada tipo de componente apresenta diferentes formas de Cordão de Solda, estados de tensão e requisitos de soldadura. A Kelude Indústrias Pesadas seleciona métodos de soldadura diferenciados para cada tipo de componente e forma de Cordão de Solda, garantindo o melhor equilíbrio entre eficiência, qualidade e custo. A tabela seguinte resume a seleção do método de soldadura para os principais componentes estruturais do guindaste.

O princípio de seleção do processo de soldagem da Kelude Indústrias Pesadas segue os requisitos da norma GB/T 19869.1 — Qualificação de Procedimentos de Soldagem. Antes de qualquer processo de soldagem ser aplicado em produção em série, é obrigatória a realização do registro de qualificação de procedimento de soldagem (WPQR). Para novas combinações de parâmetros de soldagem, são igualmente exigidos ensaios de propriedades mecânicas (tração, dobramento e impacto) e exame macrografia, garantindo que as propriedades mecânicas da junta soldada não sejam inferiores às do metal de base.

Layout da linha de soldagem robotizada

A linha de soldagem robotizada da Kelude Indústrias Pesadas adota um modelo de layout celular flexível. Com base nas dimensões das estruturas de guindaste e nas características do processo de soldagem, são configuradas diferentes estações robotizadas de soldagem. Tomando como exemplo a linha de produção da viga principal, a linha é composta pelas seguintes estações: estação de montagem pré-soldagem — utiliza scanner 3D a laser e tecnologia de Gêmeo Digital para inspeção online das folgas de montagem e desalinhamento de borda entre a alma e a flange da viga principal, com precisão de montagem controlada dentro de ±1,0 mm; estação robotizada de soldagem tipo pórtico — equipada com dois robôs de soldagem FANUC M-710iC/50, cada um com capacidade de carga de 50 kg e Raio de Trabalho de 2050 mm, operando em conjunto com um posicionador de soldagem de 5 m × 3 m para realizar a soldagem em posição plana das quatro juntas longitudinais da viga principal; estação robotizada de soldagem de reforços — equipada com dois robôs KUKA KR16, com sistema de rastreamento de junta por visão laser, executando automaticamente múltiplos cordões de solda de filete entre os reforços e a alma; estação de soldagem da cabeceira — equipada com robô ABB IRB2600, responsável pelas soldas de topo e de canto da cabeceira; estação de soldagem da estrutura do carrinho — equipada com robô colaborativo de seis eixos, adaptado à soldagem de juntas em geometria complexa. A transferência de peças entre as estações é realizada por AGV (veículo guiado automatizado) e RGV (veículo sobre trilho). O sistema de controlo da linha está integrado ao MES (sistema de execução de fabrico), permitindo a distribuição automática de tarefas de produção e a recolha de dados de soldagem em tempo real. A taxa de automação integrada da linha de soldagem robotizada da Kelude Indústrias Pesadas ultrapassa 85%, e a capacidade de produção por turno é 3 a 5 vezes superior à da soldagem manual tradicional.

Otimização dos parâmetros de soldagem

Os parâmetros de soldagem são o fator central que determina a qualidade do cordão de solda e a eficiência do processo. A Kelude Indústrias Pesadas desenvolveu uma plataforma de otimização de parâmetros baseada na metodologia de superfície de resposta (RSM) e em algoritmos genéticos (GA), abrangendo parâmetros críticos como corrente de soldagem (I), tensão de arco (U), velocidade de soldagem (v), comprimento de eletrodo livre (ESO) e caudal de gás de proteção (Q). Tomando como exemplo a Soldagem por Arco Submerso entre a flange e a alma da viga principal, a janela de parâmetros otimizada é: corrente de soldagem 550–650 A (Corrente contínua, polaridade inversa), tensão de arco 32–36 V, velocidade de soldagem 35–45 cm/min, diâmetro do fio de solda 4,0 mm, comprimento de eletrodo livre 25–35 mm e espessura da camada de fluxo 30–40 mm. Dentro desta janela de parâmetros, o coeficiente de formação do cordão (largura do cordão/profundidade de penetração) mantém-se estável entre 1,2 e 1,6. A macroestrutura do cordão é caracterizada por ferrite acicular fina e ferrita proeutetoide, com Dureza controlada entre HV220 e HV280. A energia de soldagem é controlada entre 1,2 e 1,8 kJ/mm. Para a Soldagem com Proteção Gasosa (GMAW), a Kelude Indústrias Pesadas desenvolveu internamente um processo de soldagem por duplo pulso — o pulso de baixa frequência (1–3 Hz) controla a oscilação da poça de fusão, melhorando a fusão, enquanto o pulso de alta frequência (100–200 Hz) controla a transferência de metal, garantindo uma transferência por spray estável. Esta abordagem resolve eficazmente problemas de perfuração e salpicos na soldagem de chapas finas. Qualquer alteração nos parâmetros de soldagem deve ser validada através de qualificação de procedimento, conforme os requisitos da norma GB/T 19869.1, e só pode ser aplicada em produção em série após a emissão do respetivo WPS.

Controlo de precisão na montagem pré-soldagem

A precisão da montagem pré-soldagem é um fator determinante para a qualidade da soldagem e para a Deformação de soldagem. A Kelude Indústrias Pesadas implementou um sistema de controlo de precisão de montagem pré-soldagem estruturado em três pilares: primeiro, o controlo da precisão do corte — as chapas são cortadas por plasma fino ou laser, com erro de Perpendicularidade da superfície de corte ≤ 0,5° e tolerâncias dimensionais de corte conforme a classe m da norma GB/T 1804, com tolerância angular do chanfro de ±2,5°; segundo, o controlo da precisão da montagem — utilizando scanner 3D a laser para inspeção online da alma e da flange, a folga de montagem é controlada entre 0 e 2,0 mm (para espessura de chapa ≤ 20 mm) ou entre 0 e 2,5 mm (para espessura de chapa > 20 mm), e o desalinhamento é limitado a 0,5 mm (para espessura ≤ 20 mm) ou 1,0 mm (para espessura > 20 mm). Peças fora de tolerância são sujeitas a retificação manual ou rejeitadas; terceiro, o controlo da precisão da soldagem de fixação — a soldagem de fixação robotizada substitui o processo manual, com cordões de fixação de 30–50 mm de comprimento e espaçamento de 300–500 mm. A secção transversal dos cordões de fixação corresponde a aproximadamente 1/3 a 1/2 da secção final do cordão, assegurando que a Resistência da fixação é suficiente para evitar alterações dimensionais durante o processo de soldagem automática subsequente. O sistema de controlo de precisão da montagem pré-soldagem está integrado ao MES, com os dados de inspeção de cada etapa carregados automaticamente na base de dados de rastreabilidade de qualidade, garantindo a rastreabilidade total de todos os elementos, desde o corte até à expedição. Este controlo rigoroso permite que a taxa de aprovação à primeira da soldagem da viga principal se mantenha estável acima de 98%, com uma taxa de Retrabalho inferior a 2%, valores significativamente superiores à média do setor.

Inspeção online da qualidade do cordão de solda

A inspeção online da qualidade do cordão de solda é uma etapa crítica de garantia de qualidade na linha de soldagem robotizada. A Kelude Indústrias Pesadas integrou várias tecnologias de inspeção online na linha: sistema de monitorização do processo de soldagem — monitoriza em tempo real parâmetros como corrente de soldagem, tensão de arco, velocidade de alimentação do fio e velocidade de soldagem, comparando-os com a janela de parâmetros padrão. Quando o desvio excede o limiar definido, um alarme é acionado automaticamente e os dados de desvio são registados, servindo como referência para a avaliação da qualidade do cordão; sistema de rastreamento de junta e perfilometria por visão laser — integra um sensor de visão laser na extremidade da tocha robotizada, rastreando em tempo real a posição do chanfro (precisão de rastreamento ±0,2 mm) e medindo online as características do perfil do cordão após a soldagem, incluindo reforço, largura e Mordedura; sistema de inspeção por visão para deteção de defeitos superficiais — utiliza câmeras industriais de alta resolução e algoritmos de identificação de imagem por IA para inspeção 100% online da superfície do cordão, com taxa de deteção superior a 95% para defeitos como Porosidade, Inclusão de Escória, Trinca, Mordedura e excesso de reforço. Para cordões sinalizados como suspeitos na inspeção online, a Kelude Indústrias Pesadas realiza ensaio ultrassônico (UT) de acordo com a norma GB/T 11345 — Ensaio não destrutivo de soldas — Ensaio ultrassônico, e, quando necessário, Ensaio Radiográfico (RT) conforme a norma GB/T 3323 — Ensaio não destrutivo de soldas — Ensaio Radiográfico, para confirmação. Todos os dados de inspeção online são associados ao ID do cordão de solda (etiqueta de código QR) e armazenados na plataforma de dados de qualidade da Kelude Indústrias Pesadas, criando um arquivo completo de dados de qualidade, desde os parâmetros do processo de soldagem até ao resultado final da inspeção.

Controlo e correção da distorção de soldagem

A Distorção de Soldagem é um problema de qualidade inevitável no fabrico de guindastes, afetando diretamente a precisão dimensional e a qualidade da montagem. A Kelude Indústrias Pesadas adota o princípio de "prevenção em primeiro lugar, correção em segundo", estabelecendo um sistema abrangente de controlo de deformação. Ao nível da prevenção, são aplicadas as seguintes medidas: otimização da sequência de soldagem — a soldagem da viga principal é executada do centro para as extremidades, primeiro a flange e depois a alma, numa sequência simétrica que distribui uniformemente a energia de soldagem, reduzindo a deformação global por flexão e deformação angular; controlo da energia de soldagem — sempre que a qualidade do cordão o permita, são preferidos processos de baixa energia, mantendo a energia de soldagem entre 1,0 e 1,8 kJ/mm, reduzindo a contração na zona afetada pelo calor; pré-deformação — com base em análises de simulação de elementos finitos e em dados acumulados ao longo do tempo, são previstas contra-deformações para elementos estruturais críticos como a viga principal e a cabeceira (contração longitudinal prevista de 0,5–1,0 mm por metro e contração transversal de 0,3–0,8 mm por metro), garantindo que as dimensões finais após a soldagem cumprem os requisitos de tolerância. Ao nível da correção, a Kelude Indústrias Pesadas utiliza dois métodos: correção por chama — aplicada no lado oposto ao cordão, ao longo da direção da solda (temperatura de aquecimento 600–800 °C), utilizando o princípio da contração térmica para corrigir deformações angulares e por flexão; correção mecânica — realizada a frio com prensas hidráulicas e prensas, adequada para deformações localizadas em chapas com espessura inferior a 20 mm. O sistema de controlo de deformação da Kelude Indústrias Pesadas garante que o erro de Retilineidade da viga principal após a soldagem é ≤ L/2000 (L = comprimento da viga principal), e a diferença diagonal da cabeceira é ≤ 5,0 mm, valores que cumprem amplamente os requisitos de precisão da norma ISO 4301 / FEM 1.001.

Perguntas frequentes

Leitura complementar: Ensaios de carga e fiabilidade em bancos de ensaio de três plataformas | Análise da capacidade de implementação da engenharia, da simulação à produção em série