By Чжан ВэйСтарший инженер по сварочным технологиям Команда инженеров-разработчиков приложений EVST · • Проверено инженерами по интеграции робототехники компании EVST.
Сварочная ячейка для многопроходной сварки толстостенных пластин сочетает в себе промышленного робота с системой отслеживания дуги и шва, фиксируя горелку на центральной линии соединения с точностью до ±0.5 мм в реальном времени, так что многопроходные швы наносятся с постоянными параметрами от первой детали до тысячной — а добавление внешних осей (позиционер сварки, направляющая) позволяет одному роботу обрабатывать тяжелые конструкционные стальные детали, для перепозиционирования которых опытному сварщику потребовались бы часы. В этом руководстве объясняются принципы отслеживания шва, многопроходного управления и выбора внешней оси, лежащие в основе работы ячейки, а также то, как EVST определяет область ее применения для конструкционной стали, строительной техники, сосудов под давлением и железнодорожных тележек.
Основные выводы
- Нанять квалифицированных сварщиков сложно, а еще сложнее обеспечить стабильное качество сварки длинных, многопроходных швов на толстых листах; робот с системой слежения за швом удерживает осевую линию в пределах заданного диапазона. ±0.5 мм (типично достижимо на ячейках, интегрированных с EVST, с калиброванным отслеживанием дуги и зрения) и достигает ~ 99% Процент приемки с первого раза для стандартных соединений толстых пластин (типичный для отрасли диапазон в соответствии со стандартом ISO 3834 Class B, размеры указаны для каждого проекта).
- Многослойная обработка не удается при изменении температуры между проходами или параметров плетения — робот поддерживает оба параметра на стабильном уровне, поэтому резко снижается количество включений шлака, недостаточное сплавление и подрезы.
- Двухосевой U-образный позиционер поворачивает деталь в оптимальное плоское положение для сварки под действием силы тяжести; направляющая рельса увеличивает радиус действия; вместе эта ячейка масштабируется до до 16 внешних осей.
- В каждой ячейке размещаются два квалифицированных сварщика. (типично для односменного базового режима; варьируется в зависимости от состава деталей и класса контроля), при двухсменном непрерывном режиме работы.
- Промышленное подразделение работает под охраной стандартами качества ISO 10218 внутри своей клетки.
Данная статья предназначена для руководителей производства, инженеров-сварщиков и владельцев предприятий, занимающихся автоматизацией сварки толстолистовых конструкций. В ней рассматриваются многопроходные соединения толстолистовых материалов с внешними осями; она не охватывает тонколистовые материалы или алюминиевые изделия, для которых характерны другие режимы параметров.
Что включает в себя многопроходная сварка толстых пластин?
На тяжелых стальных конструкциях — двутавровых балках, коробчатых балках, рамах, оболочках сосудов под давлением, железнодорожных тележках — швы длинные, листовой металл толстый, и одного прохода недостаточно для заполнения зазора или обеспечения полного проплавления. Сварщики наносят шов послойно: корневой проход, заполняющие проходы и верхний слой, каждый с контролируемым нагревом и расположением шва. На тысяче деталей человеческая рука колеблется: усталость в конце смены снижает скорость перемещения, осевая линия смещается, и контроль качества отбраковывает шов. Эта ячейка существует потому, что сварка слишком монотонна, чтобы человек мог придерживаться заданных параметров, и слишком критична, чтобы потом ее удалять при проверке.
Рисунок 1 — Поперечное сечение многопроходного сварного шва: корневой шов снизу, заполняющие швы и завершающий шов с видимым следом от термической обработки. Количество проходов и параметры между проходами определяют, проходит ли соединение контроль качества.
Когда автоматизация сварки толстолистовых материалов оправдывает себя — и когда нет.
Решающими факторами являются сложность соединения, размер детали и класс контроляИспользуйте эту рамку:
| Выбирайте многопроходную роботизированную ячейку, когда… | Пересмотрите свои планы, когда… |
|---|---|
| Толщина пластины достаточно велика, чтобы потребовалось несколько проходов. | Основная часть работы выполняется за один проход по тонколистовой обработке. |
| Сочленения длинные или повторяются на многих участках. | Геометрия меняет каждую деталь без всякой логики. |
| Контроль качества требует стабильно высокого качества с первого раза. | Визуальный осмотр при выполнении работ легкой нагрузки. |
| Квалифицированных сварщиков либо мало, либо они выходят на пенсию из-за старения. | Существующие сварочные аппараты легко справляются с поставленными задачами. |
| Крупные детали требуют переориентации между проходами. | Сварщик обрабатывает мелкие детали за один раз. |
EVST проводит диагностику толстопластинчатой ячейки с помощью того, что наши инженеры называют... Метод "Сначала осевая линия": зафиксируйте сварочный аппарат на центральной линии соединения с помощью отслеживания дуги и шва в реальном времени, затем выполняйте проход за проходом при постоянной температуре между проходами и переплетении — потому что многопроходное соединение выходит из строя из-за дрейфа параметров гораздо чаще, чем из-за положения робота.
Ручная и роботизированная многопроходная сварка толстых пластин
| фактор | Ручная сварка | Роботизированная многопроходная сварка |
|---|---|---|
| Точность позиционирования сустава | Рука к глазу, усталость отступает | Фиксация относительно центральной линии ±0.5 мм путем отслеживания шва. |
| Согласованность параметров слоя | Сварщик оценивает температуру между проходами. | Стабильность благодаря программе; меньше шлака и подрезки. |
| Процент брака (приемка с первого раза) | Переменные, падение в поздную смену | Отслеживание швов с точностью до ~99% и стабильные параметры. |
| Сварщики остались без работы | - | Две ячейки на ячейку (обычно) |
| Непрерывный ход | Одна смена с усталостью | Двухсменная работа без отклонения оператора от графика. |
| Доступ к крупным деталям | Перестановка и повторная фиксация сварщиком металла. | Позиционер вращается; направляющая направляющая выдвигается. |
Как строится клетка толстопластины
Рисунок 2 — Метод «сначала осевая линия» в одной ячейке: робот сваривает, позиционер поворачивает деталь в плоское положение под действием силы тяжести, направляющая рельса увеличивает дальность действия. Все три внешние оси скоординированы на одном контроллере.
Три технических параметра определяют, сохранит ли элемент заданные параметры в течение нескольких месяцев производства:
- Отслеживание швов в реальном времени. Отслеживание дуги и визуальное отслеживание шва позволяют точно и с точностью до ±0.5 мм фиксировать сварочную горелку на центральной линии шва в режиме реального времени по всей длине сварного шва. Робот не просто следует запрограммированному маршруту — он корректирует траекторию в соответствии с фактическим швом во время сварки. Это тот минимальный уровень, ниже которого качество многопроходной сварки уже не может существовать.
- Многопроходное управление параметрами. Последовательность ячеек обеспечивает закрепление, заполнение и покрытие проходов при контролируемой температуре между проходами и переплетении; подвод тепла остается стабильным. Включение шлака, несплавление и подрез — виды разрушения, препятствующие многопроходной обработке толстых листов, — резко снижаются, когда программа поддерживает эти параметры постоянными.
- Внешние оси, достигающие сустава. Двухосевой U-образный позиционер поворачивает деталь в оптимальное плоское положение под действием силы тяжести, так что каждый проход выполняется под уклон; направляющая перемещает робота вдоль линии для соединений большей длины, чем может достичь манипулятор с неподвижным основанием. Размер ячейки может достигать 16 внешних осей, что соответствует необходимому количеству крупных несущих конструкций, которые необходимо сварить за одну установку.
На практике наиболее распространенная ошибка, которую мы наблюдаем, заключается в том, что позиционер рассматривается как необязательный элемент: робот, сваривающий детали в неудобных, неровных положениях, работает медленнее и накапливает микродефекты, в то время как тот же робот на повернутой детали сваривает чисто. EVST подбирает размеры позиционера и направляющей в соответствии с фактическими габаритами детали, а не по какой-либо категории.
Рентабельность инвестиций: качество, производительность и вытеснение квалифицированной рабочей силы.
Первый рычаг — результат проверки: поддержание осевой линии с точностью ±0.5 мм и стабильных параметров обеспечивает приемку с первого раза на уровне 99%, что исключает необходимость доработки, которая в противном случае потребовалась бы при последующем рентгеновском или ультразвуковом исследовании. Второй способ заключается в следующем: пропускная способностьДвухсменная непрерывная сварка без утомления оператора повышает производительность при той же габаритной емкости. Третий вариант — перемещение квалифицированной рабочей силы: В каждом цехе освобождаются два сварщика, что решает проблему нехватки квалифицированных специалистов. Срок окупаемости зависит от класса контроля качества, состава выполняемых работ и текущего кадрового состава, и компания EVST рассчитывает его для каждого проекта отдельно.
Где это применимо в различных отраслях
- Стальные и сборные здания — Двутавровые балки, коробчатые балки, соединения колонн и балок; длинные повторяющиеся сварные швы, где ключевым фактором является точность выравнивания шва.
- Инженерная техника и землеройная техника — Тяжелые рамы и шасси с многопроходными соединениями на толстой пластине.
- Сосуды под давлением — кольцевые и продольные швы на толстых оболочках, где класс инспекции не прощает ошибок, и последовательность имеет решающее значение.
- Железнодорожные тележки и подвижной состав — Многократные соединения толстых пластин со строгими требованиями к приемке с первого раза.
Та же логика применима и в том случае, поскольку объем работы идентичен: длинный, многопроходный, полностью проходящий шов на пластине, слишком толстой для однопроходного метода. Пока выполняются эти три условия, предприятие получает прибыль.
Стандарты, в соответствии с которыми работает ячейка.
Роботизированные сварочные ячейки для обработки толстостенных конструкций оцениваются в соответствии с тремя группами стандартов:
- стандартами качества ISO 3834 — Требования к качеству сварки плавлением металлических материалов. Стандарты ISO 3834-2 (комплексный), 3834-3 (стандартный) и 3834-4 (элементарный) устанавливают требования к документации, квалификации процедур и контролю, которым должна соответствовать спецификация сварочной процедуры (WPS) цеха.
- стандартами качества ISO 14732 — Квалификация сварочного персонала для полностью механизированной и автоматической сварки металлических материалов. Охватывает квалификацию операторов и специалистов по настройке роботизированных сварочных комплексов; требуется в соответствии со многими спецификациями ЕС и производителей оборудования.
- AWS D1.1 — Норматив по сварке металлоконструкций: сталь. Североамериканский стандарт для конструкционной стали, включающий предварительно утвержденные технологические карты, правила квалификационных испытаний и инспекции. В большинстве работ по строительству из конструкционной стали и мостов в США используется стандарт D1.1.
- стандартами качества ISO 10218 — Безопасность роботов. Промышленный манипулятор работает под охраной внутри своей ячейки в соответствии со стандартами ISO 10218-1 (робот) и ISO 10218-2 (системная интеграция).
Отслеживание швов и многопроходный контроль параметров — это инструменты, которые помогают соответствовать этим стандартам, но они не заменяют технологическую карту сварки, квалификацию оператора или план инспекции.
FAQ
Насколько точна проверка точности шва на толстой пластине? Отслеживание шва на основе дуги и визуального контроля позволяет в режиме реального времени фиксировать горелку на центральной линии шва с точностью до ±0.5 мм на интегрированных в EVST ячейках (типичная точность достигается при калиброванном отслеживании; зависит от состояния поверхности, посадки и процедуры), корректируя траекторию в соответствии с фактическим швом по мере его нанесения, а не полагаясь только на запрограммированный путь.
Почему процент одобрения с первого раза достигает 99%? Поскольку смещение осевой линии и смещение параметров — два основных вида отказов — устранены. Отслеживание шва устраняет первый, а запрограммированная межпроходная температура и контроль плетения — второй. В совокупности многопроходное соединение каждый раз выполняется одинаково. Приведенная цифра представляет собой типичный для отрасли диапазон, достижимый при изготовлении изделий, соответствующих стандарту ISO 3834 класса B; фактическая скорость рассчитывается для каждого проекта отдельно.
Нужен ли мне позиционер и направляющая для перемещения? Позиционер почти всегда окупается за счет повышения выхода годной продукции: поворот детали в плоское положение под действием силы тяжести устраняет микродефекты и позволяет роботу быстрее сваривать. Направляющая для перемещения окупается за счет увеличения вылета — она необходима, когда длина соединения превышает габариты робота. При необходимости, например, при работе с крупными несущими конструкциями, масштаб ячейки может достигать 16 внешних осей.
В соответствии с какими стандартами осуществляется его работа? Промышленное подразделение работает под охраной стандартами качества ISO 10218 внутри своей ячейки; процедуры сварки устанавливаются для каждого проекта отдельно. стандартами качества ISO 3834, стандартами качества ISO 14732 or AWS D1.1 в соответствии с требованиями класса проверки заказчика. Отслеживание — это инструмент, который помогает соответствовать этим стандартам, а не заменяет их.
Работает ли это при переналадке между различными типами деталей? Да — создание новой детали требует изменения программы и приспособлений, а библиотека сварочных процессов содержит многократно используемые процедуры сварки. Отслеживание шва корректирует отклонения в посадке внутри семейства деталей, но для ступенчатого изменения геометрии требуется полноценная перепрограммировка.
Перенесите это на ваше растение.
Многопроходная роботизированная сварка толстых листов превращает самый сложный и трудоемкий для персонала вид сварки в цехе тяжелых металлоконструкций в стабильный, двухсменный, стандартный процесс контроля качества — фиксация горелки по центральной линии, поддержание постоянных параметров и использование внешних осей для достижения того, что недоступно для стационарного манипулятора. Выбор зависит от толщины листа, длины соединения и класса контроля, а не от марки робота. ЭВСТ проектирует производственные ячейки для толстолистового проката, используя метод Centerline-First, и объединяет сварочного робота, систему отслеживания шва, двухкоординатный U-образный позиционер и направляющую в единую ячейку — см. наши руководства по как выбрать направляющую для робота, выбор позиционера сварки и координация ячейки робот + рельс + позиционерили обратитесь в EVST по поводу обследования ячейки с толстой пластиной.
Об авторе - Чжан Вэй является старшим инженером по сварочным технологиям. Команда инженеров-разработчиков приложений EVSTОбладая более чем 12-летним опытом интеграции роботизированных сварочных ячеек для толстостенных стальных конструкций, строительной техники, сосудов под давлением и железнодорожного подвижного состава, он руководит определением параметров ячеек с учетом сложности соединений, класса контроля и зоны охвата — отслеживанием швов, многопроходным программным управлением, осями позиционера и направляющими рельсами для каждой детали — используя описанный выше метод определения центровки. Данные проверены инженерами по интеграции робототехники EVST на предмет технической точности; цифры представляют собой типичные достижимые диапазоны, а не гарантии, и рассчитаны для каждого проекта отдельно. Исправления и обновления: см. дату последнего обновления.