Diseño y simulación de un sistema de soldadura para el ensamble de perfiles de acero tipo “I” en dimensiones no estandarizadas

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Title: Diseño y simulación de un sistema de soldadura para el ensamble de perfiles de acero tipo “I” en dimensiones no estandarizadas
Authors: Jácome Arza, Roberto Carlos
Advisor: Casa Casa, Edwin Marcelo
Abstract: The present work proposes the design and simulation of an welding system for the assembly of non-standardized steel "I" beams, commonly used in metal structures. The research arises from the limitations found in the construction sector when specific beam dimensions are not commercially available, often resulting in oversized structures and increased material costs. Through a comparative analysis of welding methods, the MIG process was selected for its continuity, versatility, and compatibility with robotic automation. The system design was developed based on dimensional ranges obtained from standard and custom steel profiles, and a anthropomorphic robotic arm was chosen for its high flexibility and precision in welding trajectories. The mechanical design included kinematic analysis using Denavit–Hartenberg parameters, static load analysis, and simulation of welding paths for different profile configurations. The control architecture was virtually modeled using a Siemens S7-1200 PLC and a KP700 HMI interface, enabling the system to receive customized input parameters for profile dimensions. The results demonstrate that the simulated system meets the structural and operational requirements to produce continuous and reliable welds on customized "I" beams, offering an effective alternative to conventional manual processes. The simulation validates the design's technical feasibility and provides a foundation for future development of flexible and automated manufacturing systems in the steel construction industry.
Translated abstract: El presente trabajo propone el diseño y la simulación de un sistema de soldadura para el ensamblaje de perfiles de acero tipo “I” en dimensiones no estandarizadas, utilizados comúnmente en estructuras metálicas. La investigación surge ante las limitaciones del sector constructivo al no encontrar en el mercado perfiles con medidas específicas, lo que obliga al uso de perfiles sobredimensionados, incrementando el peso estructural y los costos del proyecto. Mediante un análisis comparativo de métodos de soldadura, se seleccionó el proceso MIG por su continuidad, versatilidad y compatibilidad con sistemas automatizados. El diseño del sistema se desarrolló con base en los rangos dimensionales de perfiles estándar y personalizados, eligiéndose un brazo robótico antropomorfo por su alta precisión y capacidad para ejecutar trayectorias complejas de soldadura. El diseño mecánico incluyó el análisis cinemático mediante parámetros de Denavit– Hartenberg, análisis de cargas estáticas y simulación de trayectorias de soldadura para diferentes configuraciones de perfiles. Además, se modeló virtualmente la arquitectura de control utilizando un PLC Siemens S7-1200 y una HMI KP700, permitiendo ingresar parámetros personalizados para las dimensiones del perfil. Los resultados demuestran que el sistema simulado cumple con los requerimientos estructurales y operativos para generar cordones de soldadura continuos y confiables en perfiles tipo “I” no estandarizados, constituyéndose en una alternativa eficaz frente a procesos manuales. La simulación valida la factibilidad técnica del diseño y sienta las bases para el desarrollo futuro de sistemas flexibles y automatizados en la industria de la construcción metálica.
Keywords: MECATRÓNICA
DISEÑO EN INGENIERÍA
SOLDADURA
PERFILES DE ACERO
TIPO "I"
NORMAS TÉCNICAS
ESTRUCTURAS METÁLICAS
Issue Date: Sep-2025
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/31050
Language: spa
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