Optimalisatie lastoestellen software-geïnduceerd

Snelle gegevensuitwisseling mogelijk tussen stroombron, boog, sensoren en andere apparatuur

Lastoestellen worden steeds betrouwbaarder, flexibeler, sneller en handzamer. De nieuwe generatie maakt het mogelijk op hoge snelheid informatie uit te wisselen tussen de stroombron, de boog, de sensoren en de eventuele randapparatuur. De roep om een maximale beheersbaarheid van het lasproces stelt de fabrikanten echter opnieuw voor uitdagingen. Nu de echte vakman geleidelijk aan van het toneel verdwijnt, wordt meer dan ooit een beroep gedaan op hun inventiviteit. Gelukkig biedt de voortschrijdende (computer)technologie nog volop mogelijkheden en komt het ideaalbeeld van mensonafhankelijk lassen steeds dichterbij.

Booglasprocessen

Alle lasprocessen waarbij de benodigde warmte afkomstig is van een tussen de elektrode en het te lassen object gevormde elektrische boog, vallen onder de noemer booglassen. De stroombron is daarbij cruciaal, aangezien deze het lascircuit voorziet van de noodzakelijke elektrische energie om de boog te creëren en in stand te houden.

Met name de vele nieuwe ontwikkelingen op het gebied van het MIG/MAG-lassen hebben het mogelijk gemaakt het lasproces als geheel beter te beheersen en de warmte-inbreng te verlagen. Dat laatste is nodig ook nu het (kunnen) lassen van geringere materiaaldikten steeds belangrijker wordt.

De ontwikkelingen op het gebied van de (vermogens)elektronica hebben bij dit alles een cruciale rol gespeeld, en de nieuw ontwikkelde lasprocessen berusten nagenoeg alle op het gebruik van digitaal gestuurde inverterstroombronnen (zie kader). De vermogensregeling middels bepaalde typen transistoren, waaronder IGBT´s en MOSFET, maakt het mogelijk de stroombronnen te sturen via microprocessors, en hierdoor kan zuivere gelijkstroom softwarematig worden gekoppeld aan wisselstroom, al dan niet in een bepaalde sinusvorm. Moderne stroombronnen reageren daardoor niet alleen snel op veranderingen in de boog, maar zijn bovendien in staat bij het kortsluitbooglassen de stroomsterkte tijdens de kortsluitfase tot vrijwel nul te reduceren.

INVERTERSTROOMBRONNEN
Een inverterstroombron of inverter is een primair schakelende stroombron, bestaande uit een gecombineerde gelijkricht- en schakeleenheid (de inverter) met een stroomsterkteregeling, een hoogfrequent-transformator en een gelijkrichter gecombineerd met een afvlakeenheid.

Het fundamentele verschil met andere stroombronnen is dat bij de inverter eerst de primaire wisselstroom/-spanning wordt gelijkgericht, terwijl bij alle andere stroombronnen als eerste de wisselstroom en -spanning worden getransformeerd. Na het gelijkrichten van de wisselstroom en -spanning wordt deze door (schakelende) transistoren omgezet naar een hoogfrequente wisselstroom/-spanning. De hoogfrequente wisselspanning wordt vervolgens getransformeerd naar een lagere, veilige wisselspanning.

Het elektrisch rendement van inverters is aanzienlijk beter dan dat van andere stroombronnen, en ze zijn energetisch gezien dan ook beduidend zuiniger. De technische levensduur varieert van 7 tot 15 jaar. Behalve van de wijze van gebruik en van omgevingsfactoren is deze (sterk) afhankelijk van de kwaliteit van de elektronische componenten.

Innovatie

Nieuwe lasvarianten worden vaak met een specifiek doel ontwikkeld, bijvoorbeeld in het kader van de komst van innovatieve materialen waarvoor conventionele lastechnieken niet langer toereikend zijn. Twee ontwikkelingen spelen daarbij een cruciale rol: digitalisering en automatisering.

Digitalisering

Digitale technieken kennen nagenoeg geen beperkingen, en zijn niet onderhevig aan ruis die signaalverlies en/of -vervorming kan bewerkstelligen. Bovendien is de stroom veel nauwkeuriger te regelen doordat de stroombronnen microprocessorgestuurd zijn. Een prettige ´bijkomstigheid´ van de digitalisering is verder dat de rapportage aanzienlijk eenvoudiger verloopt.

Digitale lasbronnen vormen de toekomst van lassen aangezien deze garant staan voor een substantiële verbetering van de procesbeheersing. Veel van de recente verbeteringen zijn software-geïnduceerd. Voorbeelden daarvan zijn:

• advanced waveform technology: hierbij kan uit een vooraf gedefinieerde set lasprogramma’s de meest passende worden geselecteerd (zelfregulerend vermogen). Door de daarvoor in aanmerking komende parameters nader aan te passen, kan het programma worden toegespitst op de voorliggende lasbewerking.
• digital assist: nadat het materiaal, de plaatdikte en de lasnaaduitvoering zijn ingevoerd, stelt de machine zelf de lasparameters in; waar nodig en/of gewenst kan de lasser ook zelf nog aanpassingen doorvoeren en opslaan.
• realtime lasparametermonitoring: hierbij worden zaken als boogspanning, lasstroom en gasdebiet nauwkeurig geregistreerd door sensoren. Wordt een van de grenswaarden overschreden, dan volgt een signalering. De aanwezige microprocessoren stellen de gebruiker in staat lasprogramma’s op te stellen en actuele lasparameters op te slaan en te bewaken.

Automatisering

Een probleem waarmee fabrikanten in toenemende mate kampen, is het feit dat de vraag naar kwalitatief hoogstaande producten toeneemt terwijl het aantal vakmensen afneemt. Hierdoor is het noodzakelijk dat complexe apparatuur als een lastoestel eenvoudig in te stellen en te bedienen is en − nog beter − menselijke inbreng overbodig maakt.

Ontwikkelingen die eveneens een bijdrage leveren aan het op een hoger plan brengen van de productie zijn een geautomatiseerde workflow − het stroomlijnen van standaardactiviteiten en het elimineren van repetitieve taken − en decision support, het geheel van gegevensverzameling met behulp van innovatieve sensoren, alsmede het transport en de interpretatie van de aldus verkregen informatie.

Human centered design is daarbij een must. Dergelijke visualisatietechnieken en het zelfregulerend vermogen vergemakkelijken de gegevensanalyse. Het lastoestel is in dat geval niet langer een 'geïsoleerde' component, maar maakt deel uit van een modulair systeem.

Het feit dat interfaces het mogelijk maken stroombronnen rechtstreeks te koppelen aan programmeerbare lasapparatuur heeft robotisering en cobotisering mogelijk gemaakt. De kwaliteit van het door robots en cobots geleverde laswerk is hoog, consistent en verbetert nog voortdurend. Hun opmars is inmiddels een gegeven.

Aanschafcriteria

Door het grote aanbod aan lastoestellen wordt het voor de gebruiker steeds moeilijker te bepalen welk type toestel voor bepaalde toepassingen het meest in aanmerking komt. Aangezien het onmogelijk is daarvoor eenvoudige algemene richtlijnen op te stellen, is het zaak eerst een ‘papieren’ selectie te maken.

Belangrijke uitgangspunten zijn het materiaal dat gelast dient te worden en de snelheid waarmee dit moet gebeuren, de gemiddelde lasdikten en de vereiste laskwaliteit inclusief de gewenste afwerking van de lasnaad. Met het oog op de vermogensregeling zijn verder nog van belang: de netspanning die voorhanden is (1-230V of 3-400V) en het voor het lasproces vereiste amperage.

Met het oog op de huidige energieprijzen is het bovendien niet onverstandig het energieverbruik dat een bepaalde instelling met zich meebrengt in de overwegingen mee te nemen. Verder is uiteraard ook de aanschafprijs van het toestel zelf nog een factor, al speelt die verhoudingsgewijs een bescheiden rol.

Levensduur en onderhoud

Behalve de aanschafcriteria, spelen ook het onderhoud en de te verwachten levensduur een rol van betekenis. Laatstgenoemde is afhankelijk van de gebruiksomgeving en -omstandigheden, maar wordt toch voornamelijk bepaald door de kwaliteit van de elektronische componenten. Voor het behoud van het apparaat is het zaak door visuele inspectie te (blijven) letten op beschadiging van de netvoedingskabel, op een correcte aansluiting van de netvoedingskabel, op de trekontlasting, op het optreden van slijtage of breuk en op de staat van de behuizing en de schakelaars. Ook moet worden gecontroleerd of het apparaat nog voldoende schoon en droog is.

Gezien de innovatieve ontwikkelingen verdient het de voorkeur niet te lang te wachten met het vervangen van de stroombron door een efficiëntere variant. Doorgaans worden stroombronnen economisch afgeschreven over een periode van circa 5 jaar, ondanks het feit dat de technische levensduur dan feitelijk nog niet is verstreken. De ervaring leert dat moderne stroombronnen, ondanks de grote hoeveelheid elektronica die erin is verwerkt, betrouwbaar zijn met relatief lage onderhoudskosten.

Mensonafhankelijk

Lastoestellen worden behalve betrouwbaarder ook steeds handzamer, flexibeler en sneller, en dat is nodig ook nu − op weg naar een maximale beheersbaarheid van het lasproces − voorspelbare en reproduceerbare kwaliteit van het laswerk steeds belangrijker worden.

Nu gebruikers bovendien willen kunnen beschikken over mogelijkheden om de lasparameters te registreren, te bewaken en op te slaan, wordt de rol van data-acquisitie en parameterregistratie steeds prominenter. Gelukkig zorgt de voortschrijdende (computer)technologie er inmiddels voor dat er steeds geavanceerdere toestellen op de markt komen, waardoor het mogelijk wordt op hoge snelheid informatie uit te wisselen tussen de stroombron, de boog, sensoren en eventueel andere periferie. Mede hierdoor komt de langgekoesterde wens van het mensonafhankelijk lassen meer en meer binnen ‘toorts’bereik.

Met medewerking van het Belgisch instituut voor Lastechniek (B.I.L.), DWK Welding, Lastek en Welda