La misurazione tridimensionale precisa delle saldature a fascio elettronico riduce al minimo gli sprechi

GE Druck (una divisione di GE Sensing) utilizza la gamma di sistemi di misura ottica e ispezione di Vision Engineering per massimizzare gli standard di qualità nelle proprie apparecchiature di rilevamento aerospaziali.

GE Druck, con sede nel Leicestershire, è una divisione britannica di GE Sensing. Una delle principali aree di produzione presso questo stabilimento è la fabbricazione di una varietà di sensori di pressione utilizzati in una ampia gamma di settori industriali, tra cui quello aerospaziale.

Mantenimento della elevata qualità dei prodotti a sensore

I prodotti a sensore misurano pressioni che variano da meno di 0,015 psi a 15.000 psi e abbracciano una gamma alquanto ampia, dai dispositivi OEM a costi relativamente contenuti ai sensori barometrici risonanti in silicio, estremamente precisi.

Gli strumenti includono indicatori di pressione, calibratori portatili e sistemi Air Data Test usati per calibrare gli strumenti Pitot/Static degli aerei, dagli elicotteri ai caccia supersonici.

Dai dati di volo ai sistemi di carburante degli aerei, dal controllo del volo al monitoraggio dei motori, GE Sensing svolge un ruolo vitale in una moltitudine di test impegnativi a terra/in volo e nelle applicazioni di misura della pressione durante il volo per il settore aerospaziale mondiale.

Clienti esigenti richiedono prodotti di qualità elevata pertanto, strumenti e sensori sono prodotti in conformità ai più rigorosi sistemi di qualità in ogni fase del processo di fabbricazione.

Inoltre, GE Druck è costantemente impegnata a migliorare ulteriormente la qualità dei prodotti e le metodologie "6 Sigma" sono integrate nelle attività di miglioramento continuo durante tutto il processo di produzione.

Saldatura a fascio elettronico

La saldatura a fascio elettronico (EBW) è un processo di unione per fusione che produce una saldatura mediante l'applicazione di elettroni ad alta energia per riscaldare il giunto. Gli elettroni sono particelle elementari dell'atomo caratterizzate da una carica negativa e da una massa estremamente piccola.

Il passaggio degli elettroni ad uno stato di alta energia mediante la loro accelerazione a circa il 30 - 70 per cento della velocità della luce produce l'energia necessaria per fondere i metalli. Controllando il livello di energia (Tensione di accelerazione), il numero di elettroni al secondo (Corrente del fascio), le dimensioni dell'area del fascio (Beam Spot) (Punto focale) e la velocità di saldatura è possibile eseguire saldature estremamente ripetibili.

Il risultato è un profilo di saldatura sottile, che produce una bassa distorsione e un apporto termico estremamente basso, evitando così di danneggiare i componenti delicati contenuti nel sensore.

I sensori di pressione incorporano diverse saldature EBW nella loro costruzione (sino a 15 su un prodotto aerospaziale multisensore). Qualsiasi difetto può causare lo scarto di un'unità; pertanto, ogni prodotto non conforme deve essere identificato e rimosso dal processo di produzione onde evitare ulteriore lavorazione e spese aggiuntive.

Sensore GE Druck

Fig. 1.0. Mostra un sensore tipico
fabbricato con precisione
presso lo stabilimento di GE Druck
nel Leicestershire.

Per migliorare la resa del processo EBW è stato messo a punto un programma di lavoro. Uno dei problemi da risolvere era l'accettabilità dei profili di saldatura, sostanzialmente soggettiva rispetto ad uno standard di ispezione visiva; pertanto, occasionalmente, i prodotti potevano essere ritenuti accettabili in produzione ma respinti nella fase di ispezione finale, dove il costo degli scarti è elevatissimo.

Linee guida sui difetti ritenuti accettabili

La norma britannica BS EN 13919-1 fornisce linee guida di classificazione dei tipi di difetti, denominati punte, tagli inferiori, eccesso di materiale di saldatura, errato allineamento e avvallamenti.

La norma fornisce anche linee guida per le dimensioni ammissibili dei difetti accettabili ma poiché queste ineriscono la profondità della saldatura (che potrebbe essere inferiore a 0,5 mm), si rendeva necessario un metodo preciso e ripetibile di determinazione delle piccole dimensioni sugli assi x, y e z. Per esempio, le dimensioni massime ammissibili di un avvallamento sotto il materiale parentale in un profilo saldato per una saldatura di contenimento della pressione critica potrebbero essere addirittura di 0,05 mm.

Steve Broadbridge, Responsabile del Miglioramento dei Prodotti presso GE Druck, ha valutato diversi metodi per misurare con precisione le dimensioni delle imperfezioni di saldatura prima di decidere di investire in un metodo ottico senza contatto.

Requisiti del sistema di misura

Per soddisfare i requisiti che il sistema di misura di GE Druck avrebbe dovuto avere, è stato adottato il sistema di misura senza contatto Hawk di Vision Engineering, in grado di eseguire misurazioni estremamente accurate.

Il sistema Hawk offre misure precise, ripetibilità e riproducibilità sui tre assi. Se le saldature devono essere misurate a scopo di classificazione, il corpo del sensore viene agevolmente collocato sulla tavola di misura ad alta precisione da 150 mm x 150 mm e dopo aver selezionato le opzioni di ingrandimento richieste, le saldature vengono misurate sugli assi X, Y e Z.

Sistema di misura Hawk

Una volta registrate dal microprocessore, le misure vengono confrontate con gli standard di ispezione conformi alla norma BS EN 13919-1.

Steve Broadbridge spiega l'importanza dell'adozione di uno standard e di un processo per la saldatura a fascio elettronico:

“Un tipico corpo di sensore fabbricato dalla nostra azienda può essere usato in una applicazione aerospaziale e l'eventualità di un suo mancato soddisfacimento delle rigide tolleranze richieste tanto da noi quanto dai nostri clienti potrebbe risultare in uno spreco di materiale e manodopera.

“Per massimizzare la qualità e la precisione delle nostre saldature, misuriamo le imperfezioni sugli assi X, Y e Z. Oggi non ci sono più discussioni sull'accettabilità delle singole saldature. Siamo passati dall'interpretazione soggettiva all'evidenza qualitativa.”

Steve prosegue poi spiegando l'importanza dell'utilizzo di un sistema senza contatto:

“Quando eravamo alla ricerca di soluzioni, una nostra priorità era scegliere un sistema di misura senza contatto a causa delle difficoltà di accesso dei sistemi a contatto e delle dimensioni ridotte dei difetti che cercavamo di misurare.
“Abbiamo trovato che l'utilizzo di Hawk ci offre un'immagine ottica che ci consente di individuare facilmente i bordi di qualsiasi imperfezione, permettendo ai nostri operatori e tecnici di essere precisi nelle loro misure, in tutti gli assi”.

GE Druck fornisce sempre più diffusamente una gamma diversificata di soluzioni di strumentazione a tutti i settori dell'industria. Grazie ai progressi delle nuove tecnologie in grado di rispondere alle richieste di una strumentazione più rapida, più piccola e più precisa, GE Druck si sta ampliando e diversificando rapidamente per soddisfare tali domande.

In questo processo, l'azienda investe in apparecchiature che assicurano i massimi livelli di precisione e qualità dei componenti che compongono la sua gamma completa di strumentazione.

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