By Zhang Wei, vezető hegesztőalkalmazás-mérnök · EVST Alkalmazásmérnöki Csapat · · Az EVST robotikai integrációs mérnöki részlege által felülvizsgálva
Egy vastag lemezeket gyártó, többlépcsős hegesztőcella egy ipari robotot párosít az ív- és varratkövetéssel, amely valós időben ±0.5 mm-en belül rögzíti a pisztolyt a varrat középvonalához, így a többlépcsős varratokat az első alkatrésztől az ezredikig állandó paraméterekkel helyezik el – és külső tengelyek (hegesztőpozicionáló, mozgósín) hozzáadásával egyetlen robot lehetővé teszi, hogy olyan nehéz szerkezeti acélt is lefedjen, amelynek áthelyezéséhez egy képzett hegesztőnek órákra lenne szüksége. Ez az útmutató ismerteti a cella mögött álló varratkövetési, többmenetes vezérlési és külső tengelyekkel kapcsolatos döntéseket, valamint azt, hogy az EVST hogyan alkalmazza ezeket szerkezeti acél, gépészeti gépek, nyomástartó edények és vasúti forgóvázak esetében.
Legfontosabb elvitel
- Nehéz képzett hegesztőket felvenni, és még nehezebb biztosítani a megfelelő minőséget vastag lemezeken lévő hosszú, több menetes kötéseknél; egy varratkövető robot a középvonalat a belső vonalon belül tartja. ± 0.5 mm (tipikusan elérhető EVST-be integrált cellákon kalibrált ív + vizuális követéssel) és eléri a ~ 99% első menetes elfogadási arány szabványos vastaglemezes kötéseknél (iparágilag tipikus tartomány az ISO 3834 B osztályú gyártás során, projektenként méretezve).
- A többrétegű rétegek meghibásodnak, ha a rétegek közötti hőmérséklet vagy a szövési paraméterek eltolódnak – a robot mindkettőt stabilan tartja, így a salakbezáródás, a fúzió hiánya és az alámetszés mértéke meredeken csökken.
- Egy kéttengelyes U-típusú pozicionáló az alkatrészt az optimális síkgravitációs hegesztési pozícióba forgatja; egy mozgósín meghosszabbítja a hatótávolságot; a cella együtt méretezi a kívánt magasságot. akár 16 külső tengely.
- Két képzett hegesztőt kell kiszorítani cellánként (tipikus egyműszakos alapüzem esetén; az alkatrészkeveréktől és az ellenőrzési osztálytól függően változik), kétműszakos folyamatos üzemmel.
- Az ipari ág óvatosan fut ISO 10218 a sejtjében belül.
Ez a cikk termelésvezetőknek, hegesztőmérnököknek és üzemtulajdonosoknak szól, akik vastaglemezes szerkezeti hegesztést automatizálnak. A külső tengelyekkel ellátott, többrétegű vastaglemezes kötéseket tárgyalja; nem terjed ki a vékonylemezes vagy alumínium munkákra, amelyek eltérő paramétertartományokkal rendelkeznek.
Mit jelent a vastaglemezes többrétegű hegesztés?
Nehéz szerkezeti acélokon – H-gerendákon, szekrénytartókon, kereteken, nyomástartó edényhéjakon, vasúti forgóvázakon – a hézagok hosszúak, a lemez vastag, és egyetlen réteg nem tudja kitölteni a rést vagy teljes behatolást elérni. A hegesztők rétegekben helyezik el a varratot: gyökvarrás, töltőrétegek és sapka, mindegyiket szabályozott hőbevitellel és varratelhelyezéssel. Ezer alkatrészen sodródik az emberi kéz: a késői műszak okozta kifáradás csökkenti a haladási sebességet, a középvonal elvándorol, és az ellenőrzés elutasítja a varratot. A cella azért létezik, mert a hézag túl ismétlődő ahhoz, hogy egy személy a specifikációhoz ragaszkodjon, és túl kritikus ahhoz, hogy később megvizsgálja.
1. ábra – Többrétegű hegesztési varrat keresztmetszete: alul egy gyökvarrat, felépülő kitöltővarratok és egy látható hőelszíneződéssel ellátott fedővarrat. A varratok száma és a varratok közötti paraméterek döntik el, hogy a kötés átmegy-e az ellenőrzésen.
Mikor kifizetődő a vastaglemezes hegesztés automatizálása – és mikor nem
A döntő tényezők a következők illesztési komplexitás, alkatrészméret és ellenőrzési osztályHasználd ezt a keretet:
| Válasszon többmenetes robotcellát, ha… | Gondold át újra, mikor… |
|---|---|
| A lemez elég vastag ahhoz, hogy több menetet igényeljen | Az egymenetes vékonylemezes munka a legnagyobb rész |
| Az ízületek hosszúak vagy sok helyen ismétlődnek | A geometria minden alkatrészt logika nélkül megváltoztat |
| Az ellenőrzés állandó első menetes minőséget igényel | Kizárólag vizuális ellenőrzés könnyű munkáknál |
| Kevés a képzett hegesztő, vagy kiöregedtek a szakmájukból | A meglévő hegesztők könnyedén teljesítik az áteresztőképességi követelményeket |
| A nagy alkatrészeket újra kell orientálni a menetek között | Kis alkatrészek, amelyeket egy hegesztő egy mozdulattal megmunkál |
Az EVST egy vastag lemezű cellát vizsgál, amelyet mérnökeink a következőnek neveznek: Középvonal-első módszer: rögzítse a pisztolyt a csatlakozás középvonalához valós idejű ív- és varratkövetéssel, majd építsen fel menetet menetről menetre állandó menetek közötti hőmérsékleten és szövéssel – mivel egy több menetből álló kötés sokkal gyakrabban meghibásodik a paraméterek eltolódása miatt, mint a robot pózában.
Kézi vs. robot vastaglemezes többrétegű hegesztés
| Tényező | Kézi hegesztés | Robot többlépcsős hegesztés |
|---|---|---|
| Ízületi pozíció pontossága | Kézzel-szemmel, sodródik a fáradtságtól | Varratkövetéssel rögzíthető a középvonalhoz ±0.5 mm-rel |
| Rétegparaméterek konzisztenciája | Hegesztő becsüli a rétegek közötti hőmérsékletet | A program stabilan tartja; kevesebb salak és alávágás |
| Hibaarány (első menetes elfogadás) | Változó, késői műszakban csökken | ~99%-os varratkövetés és stabil paraméterek |
| Hegesztők elbocsátása | - | Cellánként kettő (tipikus) |
| Folyamatos futás | Egy műszak fáradtsággal | Két műszakos munkavégzés kezelői eltolódás nélkül |
| Nagy alkatrészek elérése | Hegesztő áthelyezése és újrarögzítése | A pozicionáló forog; a futósín kinyúlik |
Hogyan épül fel egy vastaglemezes cella
2. ábra – Középvonal-első módszer egyetlen cellában: a robot hegeszt, a pozicionáló vízszintes gravitációba forgatja az alkatrészt, a futósín kinyúlik. Mindhárom koordinált külső tengely egyetlen vezérlőn.
Három mérnöki részlet dönti el, hogy a cella hónapokig tartó gyártás során is bírja-e a tűréshatárokat:
- Valós idejű varratkövetés. Az ívkövetés és a látásalapú varratkövetés valós időben, a teljes varraton keresztül ±0.5 mm-en belül rögzíti a pisztolyt a varrat középvonalához. A robot nem csupán egy programozott útvonalat követ, hanem a tényleges varrathoz is korrigál, miközben a hegesztést elhelyezi. Ez az a szint, amely alatt a többmenetes minőség nem maradhat fenn.
- Többmenetes paramétervezérlés. A cellaszekvenciák gyök-, töltő- és fedőmeneteket végeznek szabályozott közbenső hőmérsékleten és szövés közben; a hőbevitel állandó marad. A salakbezáródás, az összeolvadás hiánya és az alámetszés – azok a meghibásodási módok, amelyek megakadályozzák a vastag lemezeken a többmenetes eljárást – meredeken csökkennek, ha a program ezeket állandó értéken tartja.
- Külső tengelyek, amelyek elérik az ízületet. Egy kéttengelyes U-típusú pozicionáló forgatja az alkatrészt az optimális síkgravitációs helyzetbe, így minden egyes menet lefelé lejtőn fekszik; egy sín mozgatja a robotot a gyártósor mentén, olyan kötéseknél, amelyek hosszabbak, mint ameddig egy fix alapú kar eléri. A cella akár 16 külső tengelyre is skálázható, ami elegendő ahhoz, hogy a nagy szerkezeti kereteket egyetlen beállítással körbehegeszteni lehessen.
A gyakorlatban a leggyakoribb hiba az, hogy a pozicionálót opcionálisnak tekintik: egy nehézkes, nem sík pozíciókat hegesztő robot lassabban működik és mikrohibákat halmoz fel, míg ugyanaz a robot egy elforgatott alkatrészen tisztán hegeszt. Az EVST a pozicionálót és a sínt a tényleges alkatrész burkológörbéhez méretezi, nem pedig egy kategóriához.
A megtérülés: minőség, áteresztőképesség és a szakképzett munkaerő eltolódása
Az első kar ellenőrzési hozamA középvonal ±0.5 mm-es értéken tartása és a paraméterek állandó értéke az első menetes elfogadást 99% felé viszi, ami kiküszöböli az utólagos röntgen vagy ultrahangvizsgálat által egyébként kikényszerített utólagos megmunkálást. A második a áteresztőképességA kétműszakos folyamatos hegesztés a kezelő fáradsága nélkül ugyanabból a cellából emeli ki a teljesítményt. A harmadik a képzett munkaerő elvándorlásaKét hegesztő szabadul fel cellánként, amivel orvosolható a minősített hegesztők strukturális hiánya. A megtérülés az ellenőrzési osztálytól, az alkatrész-összetételtől és a jelenlegi személyzettől függ, az EVST pedig projektenként méretezi azt.
Ahol alkalmazható az iparágakban
- Acélszerkezeti és előregyártott épületek — H-gerendák, szekrénytartók, oszlop-gerenda kapcsolatok; hosszú, ismétlődő hegesztések, ahol a varratkövetés a megkülönböztető jellemző.
- Gépészet és földmunka — nehéz vázak és alvázak többmenetes illesztésekkel vastag lemezen.
- Nyomástartó edények — vastag héjakon lévő kerületi és hosszanti varratok, ahol az ellenőrzési osztály könyörtelen, és az állandóság kifizetődő.
- Vasúti forgóvázak és gördülőállomány — ismételt vastaglemezes kötések szigorú első menetes elfogadási követelményekkel.
Ugyanez a logika érvényesül, mivel a munkaterhelés azonos: egy hosszú, több menetből álló, teljes áthatolású illesztés egy olyan lemezen, amely túl vastag az egyetlen menethez. Amíg ez a három feltétel teljesül, a cella kifizetődő.
A cella működésére vonatkozó szabványok
A vastaglemezes szerkezeti munkákhoz használt robothegesztő cellákat három szabványcsalád szerint vizsgálják:
- ISO 3834 — Fémes anyagok ömlesztőhegesztésének minőségi követelményei. Az ISO 3834-2 (átfogó), 3834-3 (szabvány) és 3834-4 (elemi) osztályok dokumentációs, eljárásminősítési és ellenőrzési követelményeket határoznak meg, amelyeknek a cella WPS-ét (hegesztési eljárásspecifikációját) teljesíteni kell.
- ISO 14732 — Hegesztőszemélyzet képesítése fémes anyagok teljesen gépesített és automatikus hegesztésére. Lefedi a robothegesztő cellák kezelői és beállítói képesítését; számos EU és OEM specifikáció előírja.
- AWS D1.1 — Szerkezeti hegesztési szabályzat: Acél. Észak-amerikai acélszerkezeti szabvány, előminősített WPS-sel, minősítési vizsgálatokkal és ellenőrzési szabályokkal. A legtöbb amerikai acélszerkezeti és hídépítési munka D1.1-et ír elő.
- ISO 10218 — Robotbiztonság. Az ipari kar az ISO 10218-1 (robot) és az ISO 10218-2 (rendszerintegráció) szabványoknak megfelelően védetten fut a celláján belül.
A varratkövetés és a többmenetes paramétervezérlés olyan eszközök, amelyek segítenek teljesíteni ezeket a szabványokat – nem helyettesítik a WPS-t, a kezelői minősítést vagy az ellenőrzési tervet.
FAQ
Mennyire pontos a varratkövetés vastag lemezen? Az ív- és látásalapú varratkövetés valós időben, EVST-be integrált cellákon keresztül ±0.5 mm-en belül rögzíti a pisztolyt a varrat középvonalához (tipikusan elérhető kalibrált követés mellett; a felület állapotától, az illesztéstől és az eljárástól függően változik), a tényleges varrathoz korrigálva a varrat lefektetésekor, ahelyett, hogy csak a programozott útvonalra hagyatkozna.
Miért éri el az első körben történő elfogadás aránya a 99%-ot? Mivel a középvonal-eltolódás és a paraméter-eltolódás – a két meghibásodási mód – egyaránt megszűnik. A varratkövetés az elsőt, a programozott rétegek közötti hőmérséklet és a szövésvezérlés a másodikat rögzíti. Ezek együttesen a többrétegű kötést minden alkalommal ugyanúgy fektetik le. Az érték egy iparágilag tipikus tartomány, amely az ISO 3834 B osztályú gyártásnál elérhető; a tényleges sebességet projektenként határozzák meg.
Szükségem van pozicionálóra és futósínre? Egy pozicionálót szinte mindig a hozam alapján fizetnek: az alkatrész vízszintes gravitációs helyzetbe forgatása elvágja a mikrohibákat, és lehetővé teszi a robot számára a gyorsabb hegesztést. Egy mozgósínt a kinyúlás alapján fizetnek ki – akkor van rá szükség, ha a kötés hosszabb, mint a robot munkaterülete. A cella akár 16 külső tengelyig is skálázható, ha mindkettő alkalmazható, például nagy szerkezeti vázak esetén.
Milyen szabványok szerint működik? Az ipari ág óvatosan működik ISO 10218 a celláján belül; a hegesztési eljárásokat projektenként állítják be ISO 3834, ISO 14732 or AWS D1.1 ahogyan az ügyfél ellenőrzési osztálya megköveteli. A nyomon követés egy eszköz, amely segít teljesíteni ezeket a szabványokat, nem helyettesíti azokat.
Működik az alkatrésztípusok közötti váltás? Igen – egy új alkatrész program- és készülékcserét jelent, és a hegesztési eljáráskönyvtár újrafelhasználható hegesztési eljárásokat tartalmaz. A varratkövetés korrigálja az alkatrészcsaládon belüli illesztési eltéréseket, de a lépésenkénti geometria valódi újraprogramozási menetet igényel.
Behozni a növényedbe
A vastaglemezes, többmenetes robothegesztés a nehézgépgyártó műhely legkeményebb, legnehezebben tömöríthető kötéseit egy következetes, kétműszakos, ellenőrzési minőségű szabványos folyamattá alakítja – a pisztolyt a középvonalhoz rögzítik, a paramétereket állandó értéken tartják, és külső tengelyeket használnak annak eléréséhez, amit egy fix alapú kar nem tud. A döntés a lemezvastagságon, a kötés hosszán és az ellenőrzési osztályon múlik, nem a robot márkáján. EVST vastaglemezes cellákat tervez a Centerline-First módszerrel, és egyetlen cellába integrálja a hegesztőrobotot, a varratkövetőt, a kéttengelyes U-típusú pozicionálót és a mozgatósínt – lásd útmutatóinkat a következőkről: Hogyan válasszunk robot utazósínt, hegesztőpozícionáló kiválasztása és a robot + sín + pozicionáló cella koordináció, vagy beszéljen az EVST-vel egy vastag lemezcella hatókörének meghatározásáról.
A szerzőről - Zhang Wei vezető hegesztési alkalmazásmérnök a vállalatnál EVST Alkalmazásmérnöki Csapat, több mint 12 éves tapasztalattal rendelkezik robothegesztő cellák integrálásában vastaglemez szerkezeti acélhoz, gépészethez, nyomástartó edényekhez és vasúti gördülőállományhoz. A fent leírt Középvonal-Első módszerrel vezeti a cella hatókörének meghatározását a csatlakozások összetettsége, az ellenőrzési osztály és az elérhetőség – varratkövetés méretezése, többmenetes programvezérlés, pozicionáló és síntengelyek alkatrész burkológörbénként – szerint. Az EVST robotikai integrációs mérnöki részlege felülvizsgálta a műszaki pontosság szempontjából; az adatok tipikus elérhető tartományok, nem garanciák, és projektenként értendők. Javítások és frissítések: lásd az utolsó frissítés dátumát.