Технические новинки Vol.7

Kobelco's ARCMAN™ welding robots and SENSARC™ power sources: unsurpassed performance across many applications

Подразделение сварочных материалов компании Kobe Steel, Ltd. - это производитель мирового масштаба, который предоставляет комплексные решения в области сварки, в том числе поставляет сварочные материалы, сварочные роботы и сварочные системы питания собственной разработки и производства.

За многие годы компания Kobe Steel разработала полные системы роботной сварки, в которые входит не только робот, но и источник питания и периферальное оборудованин, такое как позиционер и слайдер. Помимо этого, пользователям представлены сварочные процессы, отвечающие их уникальным потребностям. Это одна из сильных сторон, отличающих компанию Kobe Steel. В данном выпуске мы представим и обсудим характеристики сварочных роботов серии ARCMAN™ , а также систем сварочного питания SENSARC™.


Первоначальные модели ARCMAN™

Сварочные роботы из серии ARCMAN™ обычно используются для сварки средних и толстых пластин, применяемых в таких областях, как строительное оборудование, стальные соружения, мосты и вагоны. Имеется четыре модели сварочных роботов ARCMAN™, в том числе недавно разработанная модель ARCMAN™-GS.

1. ARCMAN™-SR

Этот компактный и легкий робот снижает вес всей системы и требует меньше пространства для установки. Этот робот с большим по сравнению с моделями стандартной серии ARCMAN™-MP моментом силы в запястье может оснащаться более тяжелыми водоохлаждаемыми и тандемными горелками.

2. ARCMAN™-MP

Самая продаваемая модель компании Kobe Steel, ARCMAN™- MP задействует стандартную водоохлаждаемую горелку и применяется для сварки средних и толстых пластин. Возможна установка программного обеспечения для сварочного процесса, а также датчиков для нахождения сварочных кромок. Этот робот может быть оснащен длинной горелкой для работы в ограниченном пространстве, и кроме того, благодаря его большой полезной грузоподъемности и силе момента запястья , тандемной горелкой и горелкой плазменной резки.

Этот сварочный робот оснащен самой большой рукой из всех существующих роботов такого типа, и диапазон его движения может превышать три метра, что позволяет конфигурировать эту роботную систему на простой системе осей без слайдера. Еще одно преимущество длинной руки этого робота заключается в способности достигать большой глубины в таким месте сварки, как ковш гидравлического экскаватора.

Новая модель ARCMAN™-GS

Иллюстрация 1:  Система роботной сварки ARCMAN™-GS, непревзойденная для сварки средних и толстых пластин.

Иллюстрация 1: Система роботной сварки ARCMAN™-GS, непревзойденная для сварки средних и толстых пластин.

Роботная система ARCMAN™-GS, отлично подходящая для сварки средних и толстых пластин - это продукт, созданный на основе богатейшего опыта Kobe Steel в создании систем роботной сварки. Она поступила в эксплуатацию в сентябре 2011 года. Хотя длина руки этого робота равна длине руки модели ARCMAN™-MP, ее дизайн усовершенствован, и у нее имеется внутренняя кабельная проводка, как показано на Иллюстрации 1.

1. Предпосылки для разработки систем роботной сварки ARCMAN™-GS

Системы роботной сварки серии ARCMANTМ получили высокую оценку, в особенности в отрасли строительного оборудования, где в роботных системах все больше задействутся роботы, установленные на подвесных слайдерах. Предполагатся, что подвесная установка получит еще большее распространение в будущем, так как она дает лучший доступ к крупным участкам работы, а также высочайшую степень безопасности и эффективности операций, так как оборудование устранено с площадки. При сварке строительного оборудования сварочная горелка должна доставать глубоко внутрь полости свариваемого объекта. Кроме того, операция обучения робота должна происходить без коллизий между горелкой и объектом, а также между кабелем горелки и объектом. Поэтому кабельная проводка горелки должна быть расположена внутри руки робота. Поскольку ARCMAN™-GS обладает достаточным диапазоном движения для подвесной системы, а также рукой с внутренней кабельной проводкой, позволяющей обучение в режиме офф-лайн, он является отличным роботом для столь сложных операций.

2. Характеристики ARCMAN™-GS

Иллюстрация 2:  ARCMAN™-GS с верхней частью руки, в которую интегрирован кабель.

Иллюстрация 2: ARCMAN™-GS с верхней частью руки, в которую интегрирован кабель.

(1) Модели с интегрированным кабелем или горелкой соответствуют системным требованиям.

В ARCMAN™-GS имеются две разновидности: одна с кабельной системой, интегрированной с верней частью руки, как показано на Иллюстрации 2, а другая - с горелкй, интегрированной с осью запястного шарнира, как показано на Иллюстрации 3.

В системах с кабелем, интегрированным с верхней частью руки, механизм подачи проволоки устанавливается сзади верхней части руки; кабели горелки проходят от механизма подачи проволоки через углубление для кабеля, проходящее вдоль верхней части руки. Корпус горелки поддерживается на оси запястного шарнира.

В системах с горелкой, интегрированной с осью запястного шарнира, механизм подачи проволоки устанавливается не на роботную систему, а периферально. Кабели горелки проходят от механизма подачи проволоки на подвеску кабеля и подсоединяются к корпусу горелки, которая поддерживается на оси запястного турнира.

Иллюстрация 3:  ARCMAN™-GS с горелкой, интегрированной с осью запястного шарнира.

Иллюстрация 3: ARCMAN™-GS с горелкой,
интегрированной с осью запястного шарнира.

На Иллюстрации 4 показаны последствия того, что кабель горелки не интегрирован с верхней частью руки: кабель свисает в опасной близости к внутренней поверхности свариваемого объекта, что может привести к коллизии кабеля с объектом и со временем сократить срок службы кабеля.

В этом случае, внутренняя прокладка кабеля может предотвратить коллизии между кабелем и объектом сварки, что позволяет легко производить операцию обучения робота. Модели с интегрированным кабелем также позволяют проводит обучение робота на персональном компьютере в режиме офф-лайн, так как непредвиденных движений кабеля не происходит.

Figure 4 : Example of robotic welding where
the interference between torch cable and workpiece is about to occur.

Иллюстрация 4: Пример роботной сварки, когда может произойти коллизия между кабелем горелки и объектом сварки.

Если внутренняя прокладка кабеля нежелательна, может быть выбрана модель с горелкой, интегрированной с осью запястного шарнира. В данной модели корпус горелки установлен по центру 6-й оси, что позволяет точно координировать движения горелки с движением робота, сводя коллизии к минимуму, даже когда горелка помещена в узкую и глубокую часть объекта сварки.

В модели с интегрированной горелкой запястье руки робота имеет один свободный конец, что не дает кабелю горелки запутывался на нем, а мотор оси запястья расположен в раме запястья, так что край запястья не выступает. Это сводит к минимуму запутывание кабеля, а также коллизии между кабелем и объектом сварки во время работы.

(2) Положение реверс-локоть дает самый большой рабочий диапазон в этом классе приборов

В подвесной системе роботной сварки робот должен быть способен сверху достичь как можно большей части объекта сварки. Поэтому рабочий диапазон робота должен быть большим и охватывать пространство как спереди, так и позади робота. В ARCMAN™-GS положение реверс-локоть позволяет верхней части руки сгибаться за корпус робота, как показано на Иллюстрации 5, что увеличивает диапазон движения. Эта усовершенствованная функция ARCMAN™-G возможна только благодаря тому, что длина его руки такая же, как и в ARCMAN™-MP.

Иллюстрация 5: Положение реверс-локоть (слева) может предотвратить коллизии между рукой робота и объектом сварки в подвесных системах роботной сварки.

Иллюстрация 5: Положение реверс-локоть (слева) может
предотвратить коллизии между рукой робота и объектом
сварки в подвесных системах роботной сварки.

Как показано на Иллюстрации 5, полжение реверс-локоть в ARCMAN™-GS дает простой доступ к линиям сварки, расположенным позади препятствий без коллизий между рукой робота и объектом сварки. В противоположность этому, традиционные системы роботной сварки требуют сложных движений слайдера для достижения подобных результатов и избежания коллизий. Так как ARCMAN™-GS способен достигать труднодостижимых участков без скольжения, слайдер, которым он оснащен, короткий, что упрощает и облегчает всю систему.

Иллюстрация 6: Многофункциональный сварочный робот ARCMAN™-GS с автоматическим устройством замены инструментов.

Иллюстрация 6: Многофункциональный сварочный робот ARCMAN™-GS с автоматическим устройством замены инструментов.

(3) Автоматическая замена между тандемной и одиночной горелкой

Компания Kobe Steel поставила большое количество роботных систем сварки серии ARCMAN™ для тандемной дуговой сварки, и роботы серии ARCMAN™-GS особенно эффективны для этого вида работ. С тандемной горелкой, установленной в центре оси запястного шарнира, рука, с которой интегрирован кабель, может вытягиваться и проникать в тесные пространства, где невозможно выполнять тандемную сварку с помощью традиционных систем роботной сварки. Кроме того, тандемная горелка и одиночная горелка могут взаимозаменяться автоматически с помощью установленного устройства замены инструментов, специально спроектированного для ARCMAN™- GS. Эта система позволяет выбрать между тандемной и одиночной сваркой, в зависимости от формы объекта сварки и конфигурации свариваемых соединий. На Иллюстрации 6 показан робот с автоматическим устройством замены инструментов. На Иллюстрации 7 представлены формы и измерения роботов серии ARCMAN™, а в Таблице 1 - характеристики манипуляторов серии ARCMAN™.

Иллюстрация 7: Линия сварочных роботов серии ARCMANTМ (диаграммы с измерениями)

Иллюстрация 7: Линия сварочных роботов серии ARCMANTМ (диаграммы с измерениями)


Источник сварочного питания, специально предназначенный для сварочных роботов: SENSARC™ AB500

Таблица 1: Технические характеристики манипуляторов ARCMAN™
Пункты Характеристики
Соответствующий регулятор Регулятор типа CA
Максимальный диапазон
движения для каждой оси
S1 ±170 deg
S2 -100/+155 deg
S3 -210/+80 deg
S4 ±180 deg
S5 ±127 deg
S6 ±360 deg
Максимальная скорость
для каждой оси
S1 2.09 rad/s, 120 deg/s
S2 2.71 rad/s, 155 deg/s
S3 2.71 rad/s, 155 deg/s
S4 6.98 rad/s, 400 deg/s
S5 6.11 rad/s, 350 deg/s
S6 10.47 rad/s, 600 deg/s
Грузоподъемность На конце запястья: 15kgs
В месте установки механизма
подачи проволоки: 20kgs
Допустимый момент
поворота для каждой оси
S4 38.9 Nm
S5 38.9 Nm
S6 7.35 Nm
Допустимый момент
инерции поворота
для каждой оси
S4 1.05 kg•m2
S5 1.05 kg•m2
S6 0.038 kg•m2
Позиция установки Напольный или
подвесной
Вес манипулятора 286 kgs
Цвет краски Тускло-желтый

Серия SENSARC™ компании Kobe Steel - это линия источников сварочного питаня для сварки MAG в защитной среде CO2, подходящая для самых разных операций. Например, SENSARC™ AB500 - усовершенствованный источник сварочного питания, предназначенный специально для систем роботной сварки ARCMAN™ для сварки средних и толстых пластин (См. Илл.8), считается лучшей многофункциональной моделью серии SENSARC™.

1. Инновации в ключевых возможностях

SENSARC™ AB500 предлагает в 8 раз более быстрые арифметические возможности и в 2,5 раза более высокую частоту контроля по сравнению с традиционными источниками питания, что дает инновационный контроль формы выходного сигнала посредством усовершенствованного правила управления. Комбинированный механизм подачи проволоки оснащен четырьмя тянущими роликами, что обеспечивает в 1,5 раза большую силу подачи проволоки, тем самым повышая максимальную скорость подачи проволоки до 30 m/min, что на 20% превышает этот показатель для традиционных моделей. Кроме того, стабильность подачи проволоки улучшена благодаря использованию кодера, который улавливает вращение мотора, четырехваликового метода движения, высокоточного цифрового контроля и быстрореагирующего мотора. Эти усовершенствованные функции, наряду со стабильным и быстрым зажиганием дуги и гладким проходом проволоки благодаря контактному распознаванию проволоки, сокращают время простоев и тем самым повышают качество сварочных работ, выполненных с помощью роботов ARCMAN™. В Таблице 2 представлены технические характеристики SENSARC™ AB500.

Таблица 2: Технические характеристики SENSARC™ AB500
Пункты Характеристики
Номинальное
напряжение на входе
AC200V/AC220V
Число фаз 3 фазы
Номинальная частота 50Hz/60Hz
Расчетная потребляемая
мощность
28.1kVA, 26.6kw
Номинальная сила тока 81A/74A
Номинальный выходной ток 500A
Номинальное напряжение
источника питания
45V
Ток на выходе 30-500A
Напряжение на выходе 12-45V
Максимальное напряжение
без нагрузки
86V/95V
Цикл нагрузки 450A-100%
400A-100%
(Импульсная сварка)
Outer dimension (WxHxD) 370x685x665 (mm)
(Головная часть вводного
терминала, рымболт и
болт с шестигранной головкой
не входят )
Вес 69kgs
Figure 8 : SENSARC™ AB500: a multifunctional power source for ARCMAN™ welding robots.

Иллюстрация 8: SENSARC™ AB500:
многофункциональный источник питания для сварочных
роботов серии ARCMAN™ .


2. Разнообразие оптимальных моделей для сварки средних и толстых пластин

Таблица 3: Режимы сварки для SENSARC™ AB500
Защитный
газ
Метод
сварки
Тип проволоки Диаметр
проволоки
(mm)
Углекислый
газ CO2
Одиночная,
Без
импульса
Сплошная проволока
для малоуглеродистой
стали
1.2
Проволока с флюсовым
сердечником для
малоуглеродистой стали
1.2, 1.4
Проволока с флюсовым
сердечником для
нержавеющей стали
1.2
Одиночная,
REGARC™*1
Сплошная проволока
для малоуглеродистой
стали
1.2
Смесь аргона
и углекислого
газа Ar+CO2
Одиночная,
импульсная
Сплошная проволока
для малоуглеродистой
стали
1.2, 1.4,
1.6
Одиночная,
импульсная
Сплошная проволока
для малоуглеродистой
стали
1.2, 1.4
Тандемная,
импульсная
Сплошная проволока
для малоуглеродистой
стали
1.2
*1: REGARC™ - уникальный процесс контроля
формы колебаний импульсного тока.

Помимо описанных выше новшеств, SENSARC™ AB500 оснащена несколькими новыми режимами сварки, в том числе разработанным Kobe Steel процессом дуговой сварки с уникальным контролем формы колебаний импульсного тока. Эти модели специально приспособлены для сварки средних и толстых пластин, а значит, сварочные операции могут быть усовершенствованы даже в некоторых более традиционных режимах, как показано в Таблице 3.

3. Применение тандемной импульсной сварки MAG

В 2001 году компания Kobe Steel начала маркетинг системы роботной сварки, котоая дает высокую скорость сварки и прочные сварочные швы за счет применения технологии тандемной дуговой сварки с двумя электродами и одной сварочной ванной, которая дает высокую производительность наплавки. В результате упорной работы по исследованиям и разработке метода тандемной дуговой сварки была разработана и применена передовая система контроля сварочного тока на выходе. С помощью этой технологии две тандемные импульсные дуги контролируются таким образом, что уровни верхнего и нижнего сварочного тока синхронизированы между двумя дугами, что позволяет увеличить устойчивость дуги и сократить разбрызгивание.

В SENSARC™ AB500 длина дуги замыкающего электрода оптимизируется с помощью недавно разработанного контроля синхронной модуляции амлитуды, который увеличивает или уменьшает верхний и нижний сварочный ток, как показано на Иллюстрации 9.

Иллюстрация 9: Концептуальная схема контроля синхронной модуляции амплитуды

Иллюстрация 9: Концептуальная схема контроля
синхронной модуляции амплитуды

Благодаря этому механизму, SENSARC™ AB500 допускает более широкий диапазон сварочных параметров, так как длина дуги ведущего и замыкающего электрода адекватно контролируется, что предотвращает помехи и поддерживает постоянную длину дуги. Более того, в отличие от традиционных источников питания, изменение сварочных параметров ведущего электрода не влияет на параметры замыкающего электрода, а значит сварочные параметры легко регулировать.

Для получения стабильной дуги и прочного шва при тандемной дуговой сварке с одной сварочной ванной, крайне важен контроль за образованием сгустка расплавленного металла между двумя электродами в сварочной ванне.

При использовании традиционных источников сварочного питания, когда на одном из электродов возникают помехи, дуга колеблется, что вызывает изменения в длине дуги, влтяющие на мощность дуги. Это может сделать сгусток расплавленного металла нестабильным. Дестабилизированный сгусток расплавленного металла влияет на мощность дуги второго электрода, тем самым создавая нестабильную дугу.

В противоположность этому, SENSARC™ AB500 может поддерживать стабильные дуги и устранять помехи с помощью передовой системы высококачественного контроля характеристик нагрузки.

Figure 10 : One-pool tandem arc welding with (top)/without (bottom) high quality load-characteristic control.

Иллюстрация 10: Тандемная дуговая сварка с одной сварочной ванной с высоким контролем характеристик нагрузки (сверху) и без него (снизу).

В верхней части Иллюстрации 10 показан стабильный сгусток расплавленного металла, образовавшийся между двумя электродами в результате высококачественного контроля характеристик нагрузки, котрый поддерживает стабильные дуги с малым разбрызгиванием. Когда контроль характеристик нагрузки не задействуется, как показано в нижней части иллюстраци, сгусток меняет форму, что приводит к появлению нестабильной дуги и сильного разбрызгивания.

В источниках сварочного питания SENSARC™ AB500 высокий контроль характеристик нагрузки сокращает разбрызгивание максимум на 70%, по сравнению с традиционным источником питания, а также уменьшает размер брызг, как показано на Иллюстрации 11.

Figure 11: Spatter generation in tandem arc welding with SENSARC™ AB500 and conventional power sources.

Иллюстрация 11: Разбрызгивание при тандемной
дуговой сварке с использованием SENSARC™ AB500
и традиционных источников питания.


4. Улучшенная работа в других приложениях

При импульсной сварке MAG со сплошной сварочной проволокой для малоуглеродистой стали, стабильность дуги и разбрызгивание модет быть улучшено (Илл.12) с помощью новых технологий. Например, непосредственный контроль характеристик нагрузки, а также высококачественный контроль для устранения помех может удалять мгновенные колебания, связанные с колебаниями в токопроводной точке и в точке появления дуги на сварочной проволоке, тем самым сокращая избыточные колебания в давлении дуги.

Благодаря подобным передовым технологиям, SENSARC™ AB500 может снизить коэффициент разбрызгивания максимально на 45% и уменьшить размер брызг даже при сильном сварочном токе в 300 А и выше, который обычно применяется при сварке средних и толстых пластин.

При сварке MAG в защитной среде CO2 в среднем диапазоне сварочного тока, при которой зачастую образуются крупные капли разбрызгивания, передовая технология сдерживания вибрации расплавленных капель может сократить коэффициент разбрызгивания максимально на 25% по сравнению с традиционным источником сварочного питания, как показано на Иллюстрации 13. Эта технология сдерживает излишнее увеличение и вибрацию капель, путем изменения рабочих характеристик в зависимости от объема капель. В результате она предотвращает разлет капель и снижает коэффициент разбрызгивания.

Иллюстрация 12: Сравнение коэффициента разбрызгивания SENSARC™ AB500 и традиционного источника сварочного питания при импульсно-дуговой сварке MAG.

Иллюстрация 12: Сравнение коэффициента
разбрызгивания SENSARC™ AB500 и традиционного
источника сварочного питания при импульсно-дуговой
сварке MAG.

Иллюстрация 13: Сравнение коэффициента разбрызгивания SENSARC™ AB500 и традиционного источника сварочного питания при сварке в среде углекислого газа CO<small>2</small>.

Иллюстрация 13: Сравнение коэффициента разбрызгивания SENSARC™ AB500 и традиционного источника сварочного питания при сварке в среде углекислого газа CO2.

В следующих выпусках будут описаны примеры опробованных на практике приложений сварки средних и толстых пластин с использованием систем роботной сварки серии ARCMAN™ и источников сварочного питания SENSARC™.

Источники:
[1] Kobe Steel, Welding Technical Report, Том 50, 2010-6
[2] Kobe Steel, Welding Technical Report, Том 51, 2011-9


Верх страницы

ТОВАРЫ

Cварка руководство Технические новинки промышленность видео Paisaje Japonés KOBELCO ARC over the last decade (2008~)