Kuva hitsausjärjestelmästä: kuvaaja Teemu Leinonen

Itsesäätyvyys perustuu järjestelmän uudenlaiseen anturointiin, jota hallitaan neuroverkko-ohjelmalla. Yleisimmin hitsauksessa käytetty seuranta-anturi seuraa hitsaukseen oleellisesti liittyvää railokulmaa. LUT:n kehittämässä järjestelmässä on omat seuranta-anturinsa myös termoprofiilille eli hitsisulan lämpöarvoille ja hitsin muodolle. Seurantadata siirtyy antureista neuroverkkoon, mikä kykenee päättelemään ja reagoimaan usean tekijän samanaikaiseen muuttumiseen.

– Havaitessaan virheen, järjestelmä pystyy korjaamaan sen jo hitsauksen aikana sekä arvioimaan myös mahdolliset tulevat virheet. Näin ollen lopputulos on virheetön. Hitsauksen automaatiojärjestelmien ongelma ollut se, että työlle asetetaan tietyt arvot, joiden perusteella hitsataan koko hitsi ja vasta sitten katsotaan, tuliko hyvä. Nyt hitsausta tarkastellaan läpi koko prosessin, kertoo projektipäällikkö Markku Pirinen LUT:sta.

Kaasukaarihitsausprosessissa hitsin lopputulokseen ja laatuun vaikuttavat muun muassa hitsausvirta, kaarijännite, langansyöttö- ja kuljetusnopeus sekä hitsauspistoolin asento. Neuroverkon avulla näille järjestelmän muuttujille kyetään asettamaan säätöikkuna ja hallitsemaan muuttujia siten, että ne pysyvät annettujen rajojen sisällä ja lopputuloksesta tulee vaaditunlainen.

– Käytännössä tämä tarkoittaa, että kun hitsausarvot lähestyvät parametri-ikkunassa annettuja reuna-arvoja, järjestelmä korjaa prosessia siten, että hitsausarvot siirtyvät keskemmälle ikkunaa, jolloin virhettä ei pääse syntymään.

Uusi järjestelmä soveltuu erinomaisesti lujien terästen hitsaamiseen, sillä lujien materiaalien parametri-ikkunat ovat huomattavasti kapeampia kuin rakenneteräksillä ja teräksen hitsaus vaikeutuu mitä lujempaa se on. Lujia teräksiä käytetään muun muassa arktisessa teräsrakentamisessa, missä materiaaleilta vaaditaan keveyttä, sitkeyttä ja lujuutta.

– Hitsauksen laatu pitää olla arktisella alueella parempaa kuin leudoimmilla alueilla. Virheet olisivat pohjoisessa katastrofaalisia. Esimerkiksi hitsauskohtien täytyy kestää jopa 60 asteen pakkaset ja niiden tulee olla virheettömiä. Käyttöturvallisuuden pitää olla sitä luokkaa, ettei vahinkoja tapahdu, Pirinen sanoo.

LUT:n kehittämän järjestelmän markkinat ovat maailmanlaajuiset. Järjestelmää voidaan käyttää esimerkiksi paineastioiden, erilaisten säiliöiden, putkien ja putkistojen, puomien ja palkkirakenteiden valmistuksessa sekä laadunvarmistuksessa. Pirisen mukaan hitsausteollisuus on odottanut vastaava säätöjärjestelmää siitä lähtien, kun automaatiohitsaus tuli markkinoille.

”Tämä järjestelmä tuo huomattavat kustannussäästöt hitsausteollisuudelle, kun hitsauksen jälkeiseen tarkastukseen ja korjaamiseen ei enää tarvita resursseja. Järjestelmällä pystytään kuitenkin tekemään vain massahitsauksia, joten käsihitsarit tekevät edelleen sellaiset työt, joihin robottihitsari ei pysty.”

Neuroverkko-ohjattu hitsauksen itsesäätyvä järjestelmä -hankkeen budjetti on noin 800 000 euroa, josta Tekes rahoittaa 70 prosenttia. Hanke kuuluu Tekesin TUTLI-ohjelmaan (Tutkimusideoista uutta tietoa ja liiketoimintaa), jossa valmistellaan tutkimustulosten kaupallistamista uutena liiketoimintana. Hankkeen toteuttajana on LUT:n hitsaustekniikan laboratorio.

Lisätietoja: Projektipäällikkö Markku Pirinen, markku.pirinen@lut.fi