¿está sobrecargado su posicionador de soldadura? Señales, causa raíz y qué hacer a continuación

La sobrecarga del posicionador de soldadura es lo que sucede cuando el peso de una pieza de trabajo, o su torque descentrado, excede lo que el motor, los engranajes y los cojinetes de la máquina fueron construidos para transportar. El diagnóstico se realiza mejor teniendo en cuenta que los posicionadores no suelen romperse con fuerza y con antelación. En cambio, un posicionador de soldadura normalmente comenzará a actuar “enfermizo” “un movimiento lento, un motor sobrecalentado, un rodamiento picado debido a la corriente parásita « y cuando ocurre una falla, los síntomas generalmente se han ido acumulando durante semanas. Estos signos de problemas tampoco son específicos del estilo o tipo de soldadura de una máquina; ya sea un posicionador de soldadura de mesa, un posicionador de soldadura giratorio, un rotador de soldadura o una configuración de cabezal-cola, o si se alimenta de soldadura MIG, TIG, con palanca o por arco sumergido, la física es la misma y no importa si el equipo es nuevo o usado. Posicionador de soldadura. Desglosaremos lo que constituye una sobrecarga, seis síntomas a tener en cuenta antes de la falla, un modo de falla eléctrica que la mayoría de los operadores pasan por alto y cuándo se puede y no se puede reparar un posicionador de soldadura sobrecargado.

Lo que en realidad cuenta como una sobrecarga

La sobrecarga no es función del peso del artículo en su báscula, sino de cuánto torque coloca en el tren motriz. En “Análisis y Diseño de Mecanismos Posicionadores para Soldadura Automática”, una tesis de ingeniería mecánica realizada en el MIT en 2022, los investigadores detallan cómo las tensiones físicas impuestas a los cojinetes de un husillo posicionador están relacionadas con el peso de una pieza, así como con su distancia desde el eje del husillo, no solo con su peso. Según el estudio, “La capacidad nominal de par del motor está directamente relacionada con la capacidad de carga del husillo.” Cada clasificación de capacidad encontrada en una placa de identificación supone que el centro de gravedad de la pieza está en un punto particular, y desviarse de este punto da como resultado diferentes fuerzas del mundo real en la máquina incluso si la lectura en la escala no ha cambiado. Otro artículo revisado por pares del International Journal of Engineering Research and Development (IJERD) proporciona un ejemplo completo, de extremo a extremo, de esta relación matemática utilizando un motor pequeño: un motor de 60W accionado a 6.000 RPM con una reducción de engranajes de 1:5 que está diseñado para manejar capacidades de carga estáticas y dinámicas específicas para un rodamiento determinado (precisamente el mismo principio mecánico que impulsa la cadena de carga que soporta el par, independientemente del tamaño).

Revista comercial The Fabricator, una publicación de la FMA, expone los cálculos con un claro ejemplo. Imagínese colocar una soldadura de 50 lb a 3 pulgadas de la superficie de la mesa de posicionamiento en posición horizontal; esto ejerce un torque de 12,5 libras-pie. Mueva esa misma pieza de 50 lb a 6 pulgadas de distancia y duplicará el torque a 25 libras-pie, a pesar de usar exactamente el mismo peso. Este principio es la razón por la que un posicionador de soldadura puede soportar con seguridad un peso específico cuando está centrado en la mesa, pero puede sobrecargarse con una pieza de trabajo mucho más liviana pero colocada de manera más incómoda.

¿Es la capacidad vertical realmente la mitad de la capacidad horizontal?

La reducción de potencia vertical es el error más frecuente en el tamaño de la máquina. Si se considera la rotación continua que puede sufrir una mesa posicionadora, que normalmente oscila entre 0° y 135° en los modelos industriales, incluso una pieza estática se aprovecha constantemente a medida que aumenta el ángulo de inclinación de la mesa, lo que aumenta el par de carga sobrehung en la máquina. a medida que se aleja de 0°.

Otro aspecto donde la capacidad no es absoluta es su dependencia de la posición. Incluso las propias pautas de dimensionamiento de Koike dicen que un posicionador tiene una potencia nominal de 40.000 lb sólo cuando el centro de gravedad (CG) de la carga está a 12 pulgadas o menos de la superficie de la mesa. Aleje ese CG incluso una o dos pulgadas más lejos y esa clasificación de 40.000 lb ya no se aplica. Es un rasgo común entre las tablas de capacidad del fabricante; El posicionador GP-200/GPP-200 de Gullco, con una potencia nominal de 150 libras a 3 pulgadas del CG, cae a unas miserables 37,5 libras a 12 pulgadas ongol, lo que es cuatro veces la diferencia de capacidad simplemente desde el posicionamiento. Siempre verifique las clasificaciones horizontales y verticales antes de asumir que una pieza “encaja”

6 señales de advertencia de que su posicionador está sobrecargado

Una verdadera sobrecarga no suele matar una máquina en la primera parte pesada; es acumulativo y la transmisión enviará señales de advertencia claras mucho antes de que falle cualquier componente crítico. La velocidad cambia a medida que la mesa pasa a las 12 y 6 en punto La guía del posicionador de mesa del fabricante como síntoma temprano y fácil de detectar de una carga desequilibrada o suspendida. El siguiente cuadro, el triaje de sobrecarga de 6 señales, proporciona una secuencia de verificación amigable con el campo que aborda primero los síntomas de menor costo de inspección.

El último signo de la lista no es hipotético. Como relató un miembro del foro de Practical Machinist, después de soldar accesorios de acero inoxidable en el rotador de su taller durante unos 20 minutos, notó un olor a plástico quemado y descubrió que el cable de alimentación para el control de velocidad de CC literalmente se estaba derritiendo desde el interior, porque el cable de soldadura nunca se había conectado a la pieza de trabajo. Volver a conectar el suelo a la pieza de trabajo resolvió inmediatamente el problema, sin dañar el rotador en sí. Esta importante distinción (fallo eléctrico versus sobrecarga mecánica) es el foco de la siguiente sección.

La ruta oculta de las fallas: cómo sobrecargar los rodamientos de daños actuales

El error más común de la sobrecarga es que es simplemente un problema de “peso”. Hay una ruta de sobrecarga menos aparente e insidiosa que no tiene absolutamente nada que ver con la masa de la carga: la corriente de soldadura llega a través de los cojinetes del posicionador en lugar de una tierra adecuada. Tres fabricantes de equipos independientes (Gullco, Westworld y Baileigh) advierten sobre este fenómeno en sus manuales del operador. Gullco afirma explícitamente en su manual técnico: “Un circuito de tierra de soldadura deficiente hará que la tierra de soldadura pase a través del posicionador, causando daños al control del motor, los cables, el sistema de accionamiento y los cojinetes principales del husillo.” De manera similar, el manual VP3 de Westworld aconseja: “Si no se realiza esta conexión, la corriente de soldadura se conectará a tierra a través del centro del conjunto de la mesa y dañará los cojinetes y otras piezas de la transmisión.” El manual del rotador de Baileigh corrobora esto, añadiendo una advertencia específica de no conectar a tierra al marco de soporte.

Este es un fenómeno familiar para cualquiera que haya realizado algún trabajo con maquinaria rotativa (no solo con esos foros de soldadura). En Catálogo de fallos de rodamientos de Timken, es su propia categoría enumerada de “Quemaduras por corriente eléctrica”, separadas del desgaste, la contaminación o la corrosión, con su propia característica visual: pequeños puntos cónicos derretidos dispuestos en una línea alrededor de la carrera en la dirección de la marcha, que se asemejan a pequeñas cuerdas de cuentas, llamadas estrías eléctricas o picaduras eléctricas. Así lo describe en el foro de Miller un reparador de posicionadores con 20 años de experiencia en el taller: “pequeños arcos golpean la superficie... se vuelven mucho más duros que la carrera o el rodamiento, y a medida que rueda alrededor causa daños que luego destruyen las otras partes” Sucede gradualmente, no se puede ver desde fuera del posicionador, y cuando comienza a aparecer como ruido y vibración, la carrera generalmente ya ha sido picada.

¿Qué evita que la corriente de soldadura dañe los rodamientos?

Conexión a tierra adecuada: proporcionar un anillo colector con clasificación adecuada o un contacto de cepillo accionado por resorte que le da a la corriente de soldadura de retorno un camino fácil de baja resistencia de regreso a la máquina de soldar en lugar de encontrarlo a través del rodamiento. La terminología ANSI Z49.1 (Seguridad en procesos de soldadura, corte y afines) distingue entre un cable de trabajo y una corriente de trabajo de cable a tierra que debe regresar a través de un cable del tamaño adecuado para el trabajo, no a través de alguna ruta improvisada. Basándose en ese estándar, La guía de puesta a tierra del fabricante Aconseja: “la conexión a tierra debe realizarse independientemente de la conexión del circuito de soldadura y tener un cable de tierra adecuadamente clasificado”, señalando que una clasificación de “200 amperios o más es una buena regla general.” No hacerlo (o no hacer que los cepillos desgastados y obstruidos por el polvo de las tiendas hagan el contacto adecuado) obliga a la corriente de soldadura a tomar su propio camino, a menudo a través de bolas de rodamientos y carreras. Un estudio de campo sobre motores impulsados por VFD sugiere que un voltaje normal de eje a marco está en el rango de 3 a 5 voltios, pero las unidades dañinas pueden exhibir voltajes de dos cifras y más. Sin embargo, considere las mediciones de voltaje del eje con un multímetro económico como una advertencia temprana rápida y económica; no trate los números como puntos de referencia precisos de aprobación/falla.

Qué hacer en el momento que sospecha que se sobrecarga

Casi todos los fabricantes de unidades posicionadoras tienen una lista de verificación casi idéntica para los primeros pasos a seguir cuando el motor se dispara 'y nuestra propia documentación de Gullco coincide prácticamente palabra por palabra con el procedimiento típico, a menudo resumido como:

1. Detenga el posicionador. Ninguna cantidad de músculo te sacará de una pérdida, y los intentos repetidos de disparo quitarán los engranajes y quemarán el motor 'simplemente no puede soportar los repetidos pares altos involucrados en un movimiento fallido.
2. Pesar la carga real. Es la suma total de la pieza de trabajo, más cualquier fijación, abrazaderas, mandriles y la capacidad de carga útil nominal de la unidad y sus accesorios, no solo lo que está impreso en la etiqueta de la pieza de trabajo.
3. Revisar fusibles y tropezones térmicos. Un disparo de relé de sobrecarga, en comparación con un disparo instantáneo causado por una pérdida, está diseñado para enfriarse y reiniciarse; Los viajes repetidos de un relé de sobrecarga Clase 10 con la misma carga sugieren una sobrecarga genuina, no un problema técnico.
4. Vuelva a centrar la carga. Una pieza de trabajo desplazada o montada descentrada, con un accesorio y abrazaderas aplicadas, es la causa más común de lo que parece una sobrecarga. Una vez descentrado, el CG ya no está alineado con el eje de rotación, lo que provoca una acción de unión y un aumento del par, lo que activa el relé de sobrecarga.
5. Aísle antes de inspeccionar. Desenergice y bloquee su máquina, de acuerdo con Requisitos de protección de máquinas de OSHA, si está quitando paneles para ingresar al gabinete de control, probando el terreno con un medidor o acercándose al mandril y al accesorio con una herramienta. La energía rotacional y la tracción gravitacional (si la carga no es perfectamente horizontal) siguen siendo factores, incluso después de que se haya disparado el disco.

Una precaución que se observa en varios manuales: no invierta la rotación antes de que la máquina haya dejado de moverse y no inicie secuencias de arranque-parada-arranque repetidamente sin esperar a que cese el movimiento. Estas acciones aumentan las cargas de inercia rotacional por encima de lo que puede estar presente en condiciones de carga estática y se citan en las advertencias como posibles desencadenantes de sobrecarga.

Sobrecarga versus desgaste normal versus otras fallas

No todos los posicionadores que funcionan bruscamente están sobrecargados. A investigación de campo realizada por el Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido informó que muchos posicionadores en uso habían sido modificados y/o reacondicionados y eran de edad muy avanzada. Como resultado, muchas unidades no funcionan según las especificaciones originales y es posible que su clasificación de placa de identificación no represente las verdaderas capacidades de la máquina. No diagnostiques la sobrecarga hasta que hayas descartado otros factores.

Un punto de datos subyacente a la última afirmación: el estudio citado anteriormente situó el voltaje normal del eje al marco entre 3V y 5V, y los motores en realidad sufren este tipo de daño, con una lectura de dos dígitos y ocasionalmente mucho más alta en las pruebas de laboratorio. Cuando estas lecturas son notablemente altas, es probable que el problema sea eléctrico más que mecánico. Cualquier exceso de carga de la pieza de trabajo es irrelevante para tales daños, al igual que las modificaciones que lo afectan; y cualquier tipo de problema resultará en el tipo de daño que se puede detectar en la soldadura antes de que se vea en un componente fallido o en un disparo por sobrecarga. (Después de todo, la velocidad de desplazamiento errática interrumpe el movimiento controlado que es el propósito completo de un posicionador, del mismo modo que la variación errática de la velocidad en todo el rango de rotación crea cordones de soldadura inconsistentes)

Prevención de sobrecargas repetidas

Vale la pena dedicar uno o dos minutos a este último. “si un fabricante tiene un 10,000 libras. parte, necesita un posicionador con calificación de 10,000 libras. Pero esa es una decisión miope, porque un posicionador cargado a su capacidad máxima el 100 por ciento del tiempo tendrá una vida útil reducida” como dijo muy acertadamente Don Burgart, director de productos de soldadura de Koike Aronson/Ransome el artículo reciente de Fabricator: “un dimensionamiento adecuado con un margen para el desarrollo futuro de aplicaciones es una precaución simple y relativamente económica contra una serie de problemas futuros potencialmente mucho más costosos. En muchos casos representa el camino menos costoso hacia la confiabilidad y el éxito operativo general”

Ninguna de esta lógica cambiará sin importar qué sistema de soldadura conecte al posicionador. Independientemente de si se trata de una celda de soldadura de producción que ejecuta soldadura continua con un posicionador giratorio, un pequeño taller que utiliza una unidad de mesa para colocar con precisión pequeños soportes para soldadura eléctrica, o un fabricante de recipientes a presión de alta producción que requiere un posicionador de contrapunto para operaciones de soldadura complejas. en las carcasas de los recipientes, las matemáticas del centro de gravedad (CG) y el par serán las mismas -, solo cambiará la magnitud de los números. Las especificaciones técnicas (carga nominal, rango de RPM, rango de inclinación) se encuentran en la placa de identificación. Lo que la máquina realmente puede hacer con sus piezas de trabajo particulares durante la soldadura se encuentra en la tabla de carga excéntrica. Consultar tanto la placa de identificación como la tabla de carga excéntrica en cada nuevo trabajo (no solo la primera vez que sueldas esa pieza (es el paso crítico para garantizar que la velocidad de rotación y el grado de inclinación estén sincronizados adecuadamente con la carga parcial para evitar que aparezca en su registro de servicio como una sobrecarga disparada).

“un posicionador cargado a su capacidad máxima el 100 por ciento del tiempo tendrá una vida útil reducida”

Don Burgart, director de productos de soldadura, Koike Aronson/Ransome, a través de The Fabricator

¿reparación o aumento de tamaño? El punto de decisión

Tarde o temprano, en la mayoría de los talleres surge esta pregunta cuando es necesario reparar el mismo posicionador después de haber sido disparado por segunda o tercera vez en el mismo proyecto: “¿Vale la pena arreglar esto nuevamente o debería comprar un posicionador con una capacidad de carga mayor?” No existen pautas oficiales de la industria que lo ayuden a tomar esa decisión (solo que usted sabe si el costo de reparación supera el costo de estar bajo). Para conocer los factores de toma de decisiones que lo ayudarán a determinar si es hora de reparar o reemplazar, consulte El umbral de reparación o aumento a continuación.

Un análisis de mercado más amplio del sector de equipos de capital confirma la misma lógica de modernización o reemplazo: las flotas de rotadores y posicionadores pueden ganar eficiencia con las modernizaciones sin comprar nuevos equipos, siempre que el marco base y los cojinetes sigan siendo sólidos. Pero la economía de reparación cambia considerablemente una vez que el bastidor o cojinete original ya tiene daños eléctricos.

Si las matemáticas de reparación versus tamaño están favoreciendo una nueva unidad, dimensionarla para la clase de pieza en lugar de para la falla en sí (lea nuestra guía sobre) posicionadores de soldadura rotativos, posicionadores de soldadura de tuberías, tocadiscos de soldadura, y posicionadores de soldadura de alta resistencia sobre la mejor manera de dimensionar su clase específica de pieza de trabajo. Todos los modelos dentro de Aubrik gama de posicionadores de soldadura especifique la capacidad tanto en orientación horizontal como excéntrica/desplazamiento CG y, en lugar de darle solo la cifra principal, todos sus datos de carga excéntrica se publican como un gráfico completo 'use el calculadora de capacidad de carga para comparar una pieza específica con un modelo determinado antes de realizar el pedido.

Nada de esto está ligado a un sistema de soldadura o un método de soldadura. Un taller unipersonal que realiza soldadura manual y utiliza posicionadores de soldadura en trabajos de soldadura ocasionales ejecuta la misma ecuación de sobrecarga que una línea de producción que realiza soldadura por arco, soldadura TIG, soldadura MIG o soldadura por varilla cada hora; una celda robótica automatizada que ejecuta posicionadores en operaciones de soldadura robótica simplemente alcanza la curva de falla más rápido, porque no hay ningún soldador parado allí para notar las señales de advertencia antes de que se vuelvan críticas. No importa qué tipo de trabajo de soldadura esté haciendo o qué aplicaciones y equipos de soldadura utilice: posicionadores de soldadura de mesa y los tipos más grandes de posicionadores del taller, incluido un posicionador de contrapunto de cabezal o una mesa giratoria, todos responden a la misma física del proceso de soldadura. El objetivo de cada operador es el mismo: soldaduras de alta calidad, calidad y consistencia de soldadura, trabajo tras trabajo, y un proceso bien pensado para elegir un posicionador de soldadura y obtener la velocidad y el ángulo de rotación justo antes de que llegue el arco.

Dimensione el posicionador de soldadura correctamente y realice su trabajo de conexión a tierra correctamente una vez, y un posicionador bien diseñado debe brindar resultados de soldadura consistentes y años de servicio sin una sobrecarga prematura.

Las necesidades de soldadura de cada taller son diferentes, pero la economía no lo es: arreglar el riesgo desde el principio protege tanto el tiempo de soldadura como la calidad de sus operaciones de soldadura mucho más baratos que solucionar problemas de un motor fundido o un cojinete de husillo con hoyos ácidos después del hecho, ya sea que el motor alimente una celda de automatización completa o una soldadura de precisión realizada a mano. No existe una versión de “soldadura óptima” o protección contra sobrecarga que comience con equipos que ya se están quedando sin especificaciones, y no hay forma de aumentar la productividad que sobreviva a una reconstrucción no planificada. Obtenga los fundamentos “inspección, conexión a tierra, dimensionamiento “ en cada conjunto de uniones de soldadura y tareas de soldadura según lo previsto; eso es lo que le permite mejorar la calidad de la soldadura en lugar de simplemente buscar tickets de resolución de problemas.

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