Utvikling av fremdriftssystem til en mobil sveiserobot

Abstract

Ved produksjon av offshore konstruksjoner blir rør og plater sveist sammen til større stålstrukturer som jackets og andre underkonstruksjoner for offshore bruk. Konstruksjonene er utsatt for store belastninger og naturkrefter som medfører store dimensjoner på konstruksjonenes elementer. Dette resulterer i tidkrevende sveiseoperasjoner. Automatiserte sveiseoperasjoner effektiviserer prosessen og reduserer risikoen for menneskelige feil.

I dette arbeidet blir det utviklet et fremdriftssystem for en mobil sveiserobot i samarbeid med Aker Solutions Verdal. Sveiseroboten skal ha mulighet til å både kjøre rundt rør av ulike dimensjoner og på plane flater mens den utfører sveiseoperasjoner. Dagens løsning benytter seg av skinner som må valses til riktig kurve for bruk på ulike rørdiametere. Hovedfokuset gjennom oppgaven er derfor å lage en løsning som har mulighet til å fullstendig omslutte rør av én dimensjon, uten å begrense neste gangs bruk ved en annen dimensjon.

Oppgaven følger den systematiske produktutviklingsprosessen "Engineering design process", som hjelper ingeniører i team på veien til å løse problemer. Det presenteres fire konsepter som blir sammenliknet mot kravspesifikasjoner og vurderingskriterier for å kunne videre utvikle konseptet med høyest potensiale.

Et to-delt skinnesystem av titanlegeringen Ti-6Al-4V blir valgt som det mest lovende konseptet. Det blir verifisert ved hjelp av beregninger og simuleringer at skinnen klarer å bøyes rundt rør av minste dimensjon uten å overskride kritiske spenninger, i tillegg til å kunne forflytte sveiseroboten med utstyr. Det blir verifisert at fremdriftssystemet oppfyller kravspesifikasjonene gitt innledningsvis i oppgaven. Avslutningsvis konkluderes det med at det har blitt utviklet et fremdriftssystem som kan kjøre rundt rør av ulike dimensjoner og plane flater innenfor de kravene som er gitt.

During the production of offshore structures, pipes and plates are welded together to form larger steel structures such as jackets and other substructures for offshore use. These constructions are subjected to significant loads and natural forces, which result in large dimensions of the construction elements. This leads to time-consuming welding operations. Automated welding operations streamline the process and reduce the risk of human errors.

In this work, a propulsion system for a mobile welding robot is being developed in collaboration with Aker Solutions Verdal. The welding robot should be able to move around pipes of various dimensions as well as flat surfaces while performing welding operations. The current solution utilizes rails that need to be rolled into the correct curve for different pipe diameters. The main focus throughout the project is therefore to create a solution that can fully encircle pipes of one dimension without limiting future use for a different dimension.

The project follows the systematic product development process called the "Engineering design process," which assists engineers in teams in solving problems. Four concepts are presented and compared against requirements and evaluation criteria in order to further develop the concept with the highest potential.

A two-part rail system made of the titanium alloy Ti-6Al-4V is chosen as the most promising concept. It is verified through calculations and simulations that the rail can bend around the smallest dimension pipe without exceeding critical stresses, while also being able to move the welding robot with its equipment. It is confirmed that the propulsion system meets the requirements specified at the beginning of the project. In conclusion, a propulsion system has been developed that can move around pipes of various dimensions and flat surfaces within the given requirements.