By تشانغ وىمهندس أول لتطبيقات اللحام · فريق هندسة تطبيقات EVST · تمت المراجعة بواسطة قسم هندسة تكامل الروبوتات في شركة EVST
تجمع خلية اللحام متعددة المرور ذات الألواح السميكة بين روبوت صناعي وتتبع القوس واللحام، مما يؤدي إلى قفل الشعلة على خط مركز المفصل في حدود ±0.5 مم في الوقت الحقيقي بحيث يتم وضع خرزات متعددة المرور بمعايير ثابتة من الجزء الأول إلى الجزء الألف - وإضافة محاور خارجية (محدد موضع اللحام، سكة متحركة) تسمح لروبوت واحد بتغطية الفولاذ الهيكلي الثقيل الذي يحتاج اللحام الماهر إلى ساعات لإعادة وضعه. يشرح هذا الدليل عملية تتبع اللحام، والتحكم في المرور المتعدد، وقرارات المحور الخارجي الكامنة وراء الخلية، وكيف يحدد EVST نطاقًا واحدًا للفولاذ الهيكلي، والآلات الهندسية، وأوعية الضغط، وعربات السكك الحديدية.
الوجبات الرئيسية
- يصعب توظيف لحامين مهرة، ويصعب الحفاظ على مستوى ثابت في اللحامات الطويلة والمتعددة الطبقات على الصفائح السميكة؛ إذ يحافظ الروبوت المزود بخاصية تتبع اللحام على خط المنتصف ضمن ± شنومك مم (يمكن تحقيق ذلك عادةً على الخلايا المتكاملة بتقنية EVST مع تتبع القوس والرؤية المعاير) ويصل إلى ~ 99٪ معدل القبول من المحاولة الأولى على وصلات الألواح السميكة القياسية (النطاق النموذجي للصناعة بموجب تصنيع ISO 3834 الفئة B، ويتم تحديد الحجم حسب المشروع).
- تفشل الطبقات متعددة المرور عندما تنحرف درجة الحرارة بين المرور أو معلمات النسيج - يحافظ الروبوت على كليهما ثابتًا، لذلك ينخفض تضمين الخبث، وعدم الانصهار، والتقويض بشكل حاد.
- يقوم جهاز تحديد المواقع ثنائي المحور من النوع U بتدوير القطعة إلى وضع اللحام الأمثل في وضعية الجاذبية المسطحة؛ ويعمل سكة الحركة على زيادة مدى الوصول؛ ومعًا، تتوسع الخلية إلى ما يصل إلى 16 محورًا خارجيًا.
- يتم إزاحة اثنين من اللحامين المهرة لكل خلية (نموذجي على أساس وردية واحدة؛ يختلف باختلاف مزيج الأجزاء وفئة الفحص)، مع تشغيل مستمر بورديتين.
- يتم تشغيل الذراع الصناعية تحت حراسة مشددة. ISO 10218 داخل زنزانتها.
هذه المقالة موجهة لمديري الإنتاج ومهندسي اللحام وأصحاب المصانع الذين يعملون على أتمتة لحام الهياكل ذات الصفائح السميكة. وهي تغطي وصلات الصفائح السميكة متعددة الطبقات ذات المحاور الخارجية؛ ولا تتناول أعمال الصفائح الرقيقة أو الألومنيوم، والتي لها أنظمة معلمات مختلفة.
ما تتضمنه عملية اللحام متعدد الطبقات للصفائح السميكة
في الهياكل الفولاذية الثقيلة - كالعوارض على شكل حرف H، والعوارض الصندوقية، والإطارات، وأغلفة أوعية الضغط، وعربات السكك الحديدية - تكون الوصلات طويلة، والصفائح سميكة، ولا يمكن لعملية لحام واحدة أن تملأ الفجوة أو تحقق اختراقًا كاملًا. يقوم اللحامون بوضع اللحام على طبقات: طبقة أساسية، وطبقات تعبئة، وطبقة نهائية، مع التحكم في كل طبقة من حيث كمية الحرارة وموضع اللحام. ومع مرور الوقت، قد يتأثر عمل اللحام اليدوي: فالإرهاق في ساعات العمل المتأخرة يُبطئ سرعة اللحام، ويتغير خط المنتصف، ويرفض الفحص اللحام. تكمن المشكلة في أن الوصلة متكررة جدًا بحيث يصعب على الشخص ضبطها وفقًا للمواصفات، وحساسة جدًا بحيث لا يمكن فحصها لاحقًا.
الشكل 1 - مقطع عرضي لخرزة لحام متعددة الطبقات: طبقة أساسية في الأسفل، وطبقات تعبئة تتراكم تدريجيًا، وطبقة نهائية ذات لون حراري واضح. يحدد عدد الطبقات والمعايير بين الطبقات ما إذا كانت الوصلة تجتاز الفحص أم لا.
متى تؤتي أتمتة لحام الصفائح السميكة ثمارها - ومتى لا تؤتي ثمارها
العوامل الحاسمة هي تعقيد الوصلة، وحجم الجزء، وفئة الفحصاستخدم هذا الإطار:
| اختر خلية روبوت متعددة المراحل عندما... | أعد النظر في متى... |
|---|---|
| الصفيحة سميكة بما يكفي لتتطلب عدة تمريرات | تُشكل عملية تشكيل الصفائح الرقيقة بتمريرة واحدة الجزء الأكبر من العملية. |
| تكون الوصلات طويلة أو متكررة عبر أجزاء عديدة | تُغير الهندسة كل جزء دون أي منطق. |
| يتطلب الفحص جودة متسقة من المرة الأولى | الفحص البصري فقط في الأعمال الخفيفة |
| اللحامون المهرة نادرون أو يتقاعدون بسبب تقدمهم في السن | تلبي آلات اللحام الحالية متطلبات الإنتاجية بسهولة |
| تحتاج الأجزاء الكبيرة إلى إعادة توجيه بين عمليات المرور | أجزاء صغيرة يتعامل معها عامل اللحام دفعة واحدة |
يقوم برنامج EVST بفحص خلية ذات لوحة سميكة باستخدام ما يسميه مهندسونا بـ طريقة خط المنتصف أولاً: قم بتثبيت الشعلة على خط مركز المفصل مع تتبع القوس والدرزة في الوقت الحقيقي، ثم قم ببناء تمريرة تلو الأخرى عند درجة حرارة ثابتة بين التمريرات وقم بالنسج - لأن المفصل متعدد التمريرات يفشل بسبب انحراف المعلمات في كثير من الأحيان أكثر من فشله بسبب وضعية الروبوت.
اللحام اليدوي مقابل اللحام الآلي متعدد الطبقات للصفائح السميكة
| عامل | اللحام اليدوي | اللحام الآلي متعدد المراحل |
|---|---|---|
| دقة وضع المفاصل | يدًا إلى عين، تنحرف مع التعب | مثبت على خط المنتصف ±0.5 مم بواسطة تتبع الدرزة |
| اتساق معلمات الطبقة | يقوم عامل اللحام بتقدير درجة الحرارة بين اللحامات | تم تثبيته بواسطة البرنامج؛ خبث أقل وتآكل أقل |
| معدل العيوب (القبول من المحاولة الأولى) | متغير، ينخفض في الوردية المتأخرة | تتبع تحت الدرزة بنسبة 99% تقريبًا ومعايير ثابتة |
| تم تسريح عمال اللحام | - | اثنان لكل خلية (نموذجي) |
| تشغيل مستمر | نوبة عمل واحدة مع الإرهاق | نظام ورديتين بدون إهمال من جانب المشغل |
| الوصول إلى الأجزاء الكبيرة | يقوم عامل اللحام بإعادة التموضع وإعادة التثبيت | يدور جهاز تحديد الموضع؛ ويمتد قضيب الحركة |
كيفية بناء خلية ذات لوح سميك
الشكل 2 - طريقة "الخط المركزي أولاً" في خلية واحدة: يقوم الروبوت باللحام، ويقوم جهاز تحديد الموضع بتدوير القطعة إلى وضع أفقي تحت تأثير الجاذبية، ويقوم سكة الحركة بتمديد نطاق الوصول. يتم تنسيق المحاور الخارجية الثلاثة جميعها على وحدة تحكم واحدة.
ثلاثة تفاصيل هندسية تحدد ما إذا كانت الخلية ستحافظ على مستوى تحملها على مدى أشهر من الإنتاج:
- تتبع الدرزات في الوقت الفعلي. يضمن تتبع القوس وتتبع اللحام باستخدام الرؤية تثبيت الشعلة على محور الوصلة بدقة ±0.5 مم، في الوقت الفعلي، على امتداد اللحام بالكامل. لا يكتفي الروبوت باتباع مسار مُبرمج، بل يُصحح مساره ليُطابق الوصلة الفعلية أثناء عملية اللحام. هذا هو الحد الأدنى الذي لا يُمكن معه تحقيق جودة اللحام متعدد الطبقات.
- التحكم في المعلمات متعددة المراحل. تُنفذ مراحل تشكيل الخلايا، من الجذر إلى التعبئة والتغطية، عند درجة حرارة ونسيج مضبوطين بين المراحل؛ ويبقى مدخل الحرارة ثابتًا. تنخفض بشكل حادّ نسبة شوائب الخبث، وعدم الانصهار، والتقويض - وهي أنماط الفشل التي تُفشل عملية التشكيل متعدد المراحل على الألواح السميكة - عندما يُحافظ البرنامج على ثبات هذه العوامل.
- المحاور الخارجية التي تصل إلى المفصل. يقوم جهاز تحديد المواقع ثنائي المحور من النوع U بتدوير القطعة إلى الوضع الأمثل في حالة الجاذبية الأرضية، بحيث يتم وضع كل تمريرة باتجاه الأسفل؛ وينقل سكة متحركة الروبوت على طول الخط للمفاصل التي يتجاوز طولها مدى ذراع القاعدة الثابتة. تتسع الخلية لما يصل إلى 16 محورًا خارجيًا، وهو ما تحتاجه الهياكل الكبيرة للحام من جميع الجوانب في عملية واحدة.
في الواقع، يكمن الخلل الأكثر شيوعًا في اعتبار جهاز تحديد المواقع اختياريًا: فالروبوت الذي يلحم في أوضاع غير مستوية أو غير دقيقة يعمل ببطء ويتراكم فيه عيوب دقيقة، بينما يلحم الروبوت نفسه بشكل نظيف عند تدوير القطعة. يُحدد نظام EVST حجم جهاز تحديد المواقع والسكك الحديدية وفقًا لحجم القطعة الفعلي، وليس وفقًا لفئة معينة.
العائد على الاستثمار: الجودة، والإنتاجية، والاستغناء عن العمالة الماهرة
الرافعة الأولى هي عائد الفحصيؤدي تثبيت خط المنتصف عند ±0.5 مم وثبات المعايير إلى قبول النتائج من المحاولة الأولى بنسبة تقارب 99%، مما يقلل من الحاجة إلى إعادة العمل التي قد تفرضها الأشعة السينية أو الموجات فوق الصوتية في المراحل اللاحقة. أما الثاني فهو الإنتاجيةيؤدي اللحام المستمر بنظام ورديتين دون إجهاد المشغل إلى زيادة الإنتاج من نفس نطاق الخلية. أما الثالث فهو نزوح العمالة الماهرةيتم توفير عاملَي لحام لكل خلية، مما يساهم في معالجة النقص الهيكلي في العمالة المعتمدة. يعتمد العائد على فئة الفحص، ومزيج الأجزاء، والعدد الحالي للموظفين، وتقوم شركة EVST بتحديده لكل مشروع على حدة.
حيث ينطبق ذلك على مختلف الصناعات
- الهياكل الفولاذية والمباني الجاهزة — عوارض على شكل حرف H، عوارض صندوقية، وصلات بين الأعمدة والعوارض؛ لحامات طويلة متكررة حيث يكون تتبع خط اللحام هو العامل المميز.
- الآلات الهندسية وأعمال الحفر — إطارات ثقيلة وهيكل سفلي بوصلات متعددة الطبقات على صفيحة سميكة.
- أوعية الضغط — الدرزات المحيطية والطولية على الأغلفة السميكة، حيث يكون معيار الفحص صارماً والاتساق هو الأساس.
- عربات السكك الحديدية وعربات القطارات — وصلات متكررة من الصفائح السميكة مع متطلبات قبول صارمة من المرة الأولى.
ينطبق المنطق نفسه لأن عبء العمل متطابق: وصلة طويلة متعددة المراحل ذات اختراق كامل على صفيحة سميكة جدًا بحيث لا يمكن إنجازها في مرحلة واحدة. وطالما تحققت هذه الشروط الثلاثة، فإن الخلية مربحة.
المعايير التي تعمل الخلية بموجبها
تم تحديد نطاق خلايا اللحام الروبوتية لأعمال الهياكل ذات الصفائح السميكة وفقًا لثلاث مجموعات من المعايير:
- ISO 3834 — متطلبات الجودة للحام الانصهاري للمواد المعدنية. تحدد فئات ISO 3834-2 (الشاملة) و3834-3 (القياسية) و3834-4 (الابتدائية) متطلبات التوثيق وتأهيل الإجراءات والتفتيش التي تم تصميم مواصفات إجراءات اللحام (WPS) الخاصة بالخلية لتلبيتها.
- ISO 14732 — تأهيل العاملين في مجال اللحام للحام الآلي والآلي الكامل للمواد المعدنية. يغطي هذا البرنامج تأهيل المشغلين والمُعدِّلين على خلايا اللحام الروبوتية؛ وهو مطلوب بموجب العديد من مواصفات الاتحاد الأوروبي ومواصفات الشركات المصنعة الأصلية.
- أوس دسنومكس — كود اللحام الإنشائي: الفولاذ. معيار أمريكا الشمالية للهياكل الفولاذية، مع إجراءات اللحام المعتمدة مسبقًا، واختبارات التأهيل، وقواعد الفحص. معظم أعمال الهياكل الفولاذية والجسور في الولايات المتحدة الأمريكية تستخدم المعيار D1.1.
- ISO 10218 — سلامة الروبوتات. يعمل الذراع الصناعي محميًا داخل خليته وفقًا لمعيار ISO 10218-1 (الروبوت) ومعيار ISO 10218-2 (تكامل النظام).
يعد تتبع اللحام والتحكم في المعلمات متعددة المراحل أدوات تساعد على تلبية هذه المعايير - فهي ليست بدائل عن إجراءات اللحام القياسية أو تأهيل المشغل أو خطة الفحص.
الأسئلة الشائعة
ما مدى دقة تتبع اللحامات على الألواح السميكة؟ يقوم نظام تتبع اللحام القائم على القوس والرؤية بتثبيت الشعلة على خط مركز المفصل في حدود ±0.5 مم في الوقت الحقيقي على الخلايا المتكاملة مع EVST (عادةً ما يمكن تحقيق ذلك في ظل التتبع المعاير؛ يختلف باختلاف حالة السطح والتركيب والإجراء)، وتصحيح اللحام الفعلي أثناء وضع الخرزة بدلاً من الاعتماد على المسار المبرمج وحده.
لماذا تصل نسبة القبول من المحاولة الأولى إلى 99%؟ وذلك لأن انحراف خط المنتصف وانحراف المعلمات - وهما نمطا الفشل - يتم التخلص منهما. يعمل تتبع اللحام على إصلاح الأول، بينما تعمل برمجة التحكم في درجة الحرارة بين الطبقات والنسيج على إصلاح الثاني. وبذلك، يتم تركيب الوصلة متعددة الطبقات بنفس الطريقة في كل مرة. يمثل هذا الرقم نطاقًا نموذجيًا في الصناعة يمكن تحقيقه باستخدام تصنيع مكافئ لمعيار ISO 3834 من الفئة B؛ ويتم تحديد المعدل الفعلي لكل مشروع على حدة.
هل أحتاج إلى جهاز تحديد المواقع وقضيب نقل؟ يُعتمد في الغالب على الإنتاجية عند استخدام جهاز تحديد المواقع: فتدوير القطعة إلى وضعية أفقية تحت تأثير الجاذبية يقلل من العيوب الدقيقة ويُسرّع عملية اللحام للروبوت. أما سكة الحركة، فتُعتمد على مدى الوصول، وهو أمر ضروري عندما يكون طول الوصلة أكبر من نطاق حركة الروبوت. ويمكن توسيع نطاق الخلية لتشمل ما يصل إلى 16 محورًا خارجيًا عند تطبيق كلا العاملين، كما هو الحال في الهياكل الكبيرة.
ما هي المعايير التي يتم العمل بموجبها؟ يعمل الذراع الصناعي تحت حراسة مشددة. ISO 10218 داخل خليتها؛ يتم تحديد إجراءات اللحام لكل مشروع على حدة. ISO 3834, ISO 14732 or أوس دسنومكس وفقًا لمتطلبات فئة فحص العميل. يُعدّ نظام التتبع أداةً تساعد على تلبية هذه المعايير، وليس بديلاً عنها.
هل يعمل ذلك عند تغيير أنواع الأجزاء؟ نعم، يتطلب تركيب جزء جديد تغييرًا في البرنامج والتجهيزات، وتحتوي مكتبة عمليات اللحام على إجراءات لحام قابلة لإعادة الاستخدام. يعمل تتبع اللحام على تصحيح اختلافات التركيب ضمن مجموعة الأجزاء، لكن تغيير هندسة القطع يتطلب إعادة برمجة كاملة.
إدخاله إلى مصنعك
يحوّل اللحام الروبوتي متعدد المراحل للصفائح السميكة أصعب وصلة وأكثرها صعوبة في العمل اليدوي في ورشة التصنيع الثقيلة إلى عملية قياسية متسقة تعمل بنظام ورديتين وتخضع لمعايير فحص دقيقة، وذلك من خلال تثبيت الشعلة على خط المنتصف، والحفاظ على ثبات المعايير، واستخدام محاور خارجية للوصول إلى ما لا يستطيع ذراع ثابت الوصول إليه. ويعتمد القرار على سمك الصفيحة وطول الوصلة وفئة الفحص، وليس على ماركة الروبوت. EVST تصمم خلايا الألواح السميكة باستخدام طريقة "الخط المركزي أولاً"، وتدمج روبوت اللحام، ونظام تتبع اللحام، وجهاز تحديد المواقع ثنائي المحور من النوع U، وسكة الحركة كخلية واحدة - راجع أدلتنا لـ كيفية اختيار سكة سفر آلية, اختيار جهاز تحديد موضع اللحام و تنسيق الروبوت + السكة + خلية تحديد المواقعأو تحدث إلى EVST حول فحص خلية ذات لوحة سميكة.
عن المؤلف - تشانغ وى يشغل منصب مهندس تطبيقات لحام أول في فريق هندسة تطبيقات EVSTيتمتع بخبرة تزيد عن 12 عامًا في دمج خلايا اللحام الروبوتية للفولاذ الإنشائي السميك، والآلات الهندسية، وأوعية الضغط، وعربات السكك الحديدية. يقود عملية تحديد نطاق الخلية فيما يتعلق بتعقيد الوصلات، وفئة الفحص، ومدى الوصول - بما في ذلك تحديد أبعاد تتبع اللحام، والتحكم في البرنامج متعدد المراحل، ومحاور الموضع وسكة الحركة لكل جزء - باستخدام طريقة "الخط المركزي أولًا" الموضحة أعلاه. تمت مراجعة هذه البيانات من قبل قسم هندسة تكامل الروبوتات في EVST للتأكد من دقتها الفنية؛ الأرقام المذكورة هي نطاقات نموذجية قابلة للتحقيق، وليست ضمانات، ويتم تحديد أبعادها لكل مشروع على حدة. التصحيحات والتحديثات: انظر تاريخ آخر تحديث.