Технические новинки Vol.8

Типичные области применения роботных сварочных систем ARCMAN™ в строительном машиностроении.

Typical Applications of ARCMAN™ Robot Welding Systems for Construction Machinery

Введение

В статье, размещенной в предыдущем выпуске, была кратко описана деятельность компании Kobe Steel в области сварочных систем и представлены роботы для дуговой сварки серии ARCMAN™, а также источники сварочного питания серии SENSARC™, которые вместе составляют роботные сварочные системы. Особое внимание было уделено последним моделям и их характеристикам. Популярные сварочные роботы системы ARCMAN™ используются, в основном, клиентами в отраслях, где применяется сварка средних и толстых листов стали, в частности, в строительной технике, сооружении стальных конструкций, мостостроении и вагоностроении. В данном выпуске речь пойдет о примерах типичного применения сварочных роботов серии ARCMAN™ в производстве строительной техники.

Потребность в сварочных роботах в производстве строительной техники

Использование роботов для сварки средних/толстых пластин продвинулось наиболее далеко в производстве строительного оборудования. В качестве главной причины этого можно назвать малый ассортимент и большой объем производства в этой отрасли по сравнению с другими отраслями. Кроме того, коэффициент потребления сварочных материалов, необходимых для производства строительного оборудования, достигает почти 1% в весовом выражении. Это означает, что на производство одного гидравлического экскаватора класса 20-МТ (Иллюстрация 1), который выпускается в самом большом объеме, уходит около 200 kg сварочных материалов. Из-за большого объема потребления сварочных материалов, а также необходимости поддерживать высокое качество сварки, сварочные роботы, которые могут выполнять в 2-3 раза больший объем работ по сравнению со сварщиками, пользуются все большим предпочтением в отрасли строительной техники.

Требования, предъявляемые к сварке строительной техники

Объекты сварки в производстве строительного оборудования обладают рядом особых характеристик, поэтому сварочный робот должен быть способен работать при определенных ограничениях, а именно:

(1) Сложные формы объектов сварки требуют выполнения швов с разделкой кромки и многопроходной сварки.

(2) Сварка в нижнем положении часто применяется для повышения эффективности работ, лучшего проплавления и получения более ровного валика. Поэтому объект сварки должен быть закреплен в такой позиции, которая наиболее оптимально подходит для сварки в нижнем положении.

(3) Крупные объекты сварки требуют многих часов для завершения рабочих операций, и на сварку приходится значительая часть производственного времени. Чтобы сократить время, затрачиваемое на сварку, предпочтение отдается процессам с высокой скоростью наплавки, в частности, тандемной дуговой сварке.

Иллюстрация 1: Для производства гидравлического экскаватора класса A20-MT требуется почти 200 kg сварочных материалов.

Иллюстрация 1: Для производства гидравлического экскаватора класса A20-MT требуется почти 200 kg сварочных материалов.


Использование роботной сварки для стрелы гидравлического экскаватора

Сварка стрел гидравлических экскаваторов является хорошим примером применения ARCMAN™-MP - пользующейся самым большим спросом модели Kobelco - в производстве строительной техники. Использование этой системы сварки позволяет сократить продолжительность цикла сварочных работ и повысить качество сварных швов. Ниже приведены технические характеристики этой системы.

Иллюстрация 2:  Двойная роботная система сокращает время сварки благодаря одновременной работе.

Иллюстрация 2: Двойная роботная система сокращает время сварки благодаря одновременной работе.

Два робота

Эта система позволяет использовать два робота одновременно для сварки одного объекта, как показано на Иллюстрации 2, и тем самым сократить время работы. Для того, чтобы максимально увеличить эффект сварки двумя роботами, каждый из роботов отвечает за сварку заранее определенных отрезков, так, чтобы оба закончили работу за одинаковый промежуток времени.

Система отслеживания ширины кромок

Использование сенсора дуги для измерения ширины кромок во время сварки дает возможность последовательно корректировать скорость и поперечные колебания горелки в соответствии с полученными измерениями. Эта функция позволяет получить сварные швы с равномерной высотой валика и достаточным проплавлением даже на объектах с варьирующейся шириной кромки.

Иллюстрация 3: В части компонента руки виден однородный шов (в середине) и три образца макроструктуры среза шва (сверху и снизу) демонстрируют достаточное проплавление.

Иллюстрация 3: В части компонента руки виден
однородный шов (в середине) и три образца
макроструктуры среза шва (сверху и снизу)
демонстрируют достаточное проплавление.

На Иллюстрации 3 показаны результаты тестирования сварных швов, выполненных с применением функции отслеживания ширины кромок и многослойной сварки. Форма кромки - v-образный угол в 50 градусов. Ширина кромки варьировалась за счет изменения корневого зазора перед началом сварки вдоль сварочной оси: 2,3 mm в начале, 4 mm в середине и 6,9 mm в конце шва. Сварка была выполнена в три слоя. Последний слой был сварен в последовательном режиме, установленном в ходе начального обучения, независимо от последовавших измерений ширины кромок. Далее, тестирование показало, что на объектах сварки с варьирующейся шириной кромок многопроходные швы могут быть выполнены с хорошим проплавлением и практически равномерной высотой усиления. Следует отметить, что последний уровень сварных швов обладает является обычной шириной сварного валика, независимо от колебаний ширины кромок.

Переключение функции в зависимости от параметров процесса сварки и инструментов

Большинство линий сварки в объекте могут быть сварены с применением стандартного провода-удлинителя и защитного газа. Однако для получение глубокого v-образного углового шва вокруг главной детали, провод-удлинитель дожен быть удлинен, чтобы избежать коллизий между горелкой и свариваемым объектом, что расширяет диапазон применения роботной сварки на объектах.

Использование системы тандемной сварки для стрелы гидравлического экскаватора

Система тандемной сварки может способствовать сокращению времени сварочного цикла и сводить к минимуму число устанавливаемых систем - благодаря этим преимуществам, многие производители строительного оборудования используют такие системы. Здесь представлен образец системы тандемной сварки Kobelco в комбинации с ARCMAN™ -SR, компактным сварочным роботом, который может быть легко установлен в подвешенном состоянии, что максимально повышает возможности роботной сварки. В этой системе слайдер и позиционер интегрированы, что сокращает занимаемую системой площадь, а позиционер оснащен осью движения вверх-вниз, которая повышает эксплуатационность при обустройстве рабочего места. На Иллюстрации 4 показана эта система в работе.

Иллюстрация 4: Робот  ARCMAN™-SR (подвесной) в процессе работы на стреле в наклонном положении

Иллюстрация 4: Робот ARCMAN™-SR (подвесной) в процессе работы на стреле в наклонном положении

Более высокая производительность при тандемной сварке

Благодаря использованию поворотного/наклоняющего позиционера система тандемной сварки позволяет производить сварку всех соединений в нижнем положении, что максимально увеличивает производительность, а также дает хорошее проплавление и внешний вид валика сварного шва. Тандемная дуговая сварка может сократить продолжительность сварочных работ на 30-50% по сравнению с традиционной одиночной дуговой сварки. Эта система тандемной сварки позволяет получить и повышенную скорость сварки, и прочные сварочные соединения, благодаря технологии сварки с двумя электродами и одной сварочной ванной. На Иллюстрации 5 показан внешний вид валика сварного шва и макроструктура поперечного сечения сварных соединений, полученных с помощью одиночной и тандемной дуговой сварки в типичных условиях, для угловых сварочных соединений, выполненных в нижнем положении, со стороной катета в 9 мм. Как показано на этой иллюстрации, скорость тандемной дуговой сварки может почти 2 раза (в 1,75 раза) превышвть скорость традиционной одиночной дуговой сварки.

Иллюстрация 5: Внешний вид валика сварного шва и макроструктура разреза сварных швов одиночной дуговой сварки и тандемной дуговой сварки.
  Условия сварки Внешний вид сварного валика Макроструктура
разреза шва
Одиночная
сварка
▪ Сила тока: 380A
▪ Скорость сварочной тележки:
40 cm/min
Тандемная
сварка
▪ Сила тока:
Ведущий эдектрод: 340A
Замыкающий электрод: 320A
▪ Скорость сварочной тележки:
 70 cm/min

Крайне низкий уровень разбрызгивания при тандемной дуговой сварке

Иллюстрация 6: Компактная интегрированная тандемпая горелка дает легкий доступ в ограниченном пространстве и предотвращает запутывание сварочного кабеля вокруг запястного шарнира робота.

Иллюстрация 6: Компактная интегрированная тандемпая горелка дает легкий доступ в ограниченном пространстве и предотвращает запутывание сварочного кабеля вокруг запястного шарнира робота.

Для повышения стабильности сварочной дуги и сокращения разбрызгивания применяется импульсная сварка, при которой базовый ток и максимальный ток синхронизируются между ведущим и замыкающим электродом с помощью особой системы контроля сварочного тока. Благодаря этому контролю сварочного тока новая система может сократить разбрызгивание при сварке на целых 75%, при этом она дает меньшие по размеру капли разбрызгивания по сравнению с традиционными системами сварки.

Более широкое применение благодаря компактной интегрированной тандемной горелке

Как показано на Иллюстрации 6, в этой системе задействована компактная интегрированная тандемная горелка, которая способна легко достигать линий сварки в ограниченном пространстве объекта сварки и предотвращать запутывание кабелей горелки вокруг запястного шарнира робота. Таким образом, интегрированная тандемная горелка дает обеспечивает широкий диапазон применения этого робота по сравнению с роботами, оснащенными традиционной тандемной горелкой.

Повышенное качество сварных соединений с помощью функции контроля двойной дуги (отслеживание замыкающего электрода).

Для того, чтобы получить сварные швы высокого качества, при дандемной дуговой сварке ведущий и замыкающий электроды должны проходить точно по линии сварки. Если один из электродов отклоняется от линии сварки, в сварочном шве могут образоваться такие дефекты, как подрезы и недостаточное проплавление. Даже если операция обучения робота проведена должным образом на средней/толстой пластине, сварочная проволока может отходить от линии сварки из-за ошибок в обработке, тепловых деформаций или искривления сварочной проволоки. Отслеживание дуги является одним из способов решения этой проблемы. Однако традиционные сенсоры дуги эффективны только тогда, когда степень отклонения от сварочной линии почти одинакова для ведущего и замыкающего электродов. В процессе производства, однако, неправильно заложенная в память во время операции обучения траектория замыкающего электрода или искривление замыкающего электрода можут вызвать неравномерное отклонение от траектории ведущего и замыкающего электрода. Такие отклонения замыкающего электрода могут вызывать дефекты сварки, так как традиционные сенсоры дуги не способны улавливать отклонения замыкающего электрода. Чтобы решить эту проблему, компания Kobe Steel разработала уникальный "сенсор двойной дуги", который может отслеживать и замыкающий электрод. Результаты тестирования сенсора двойной дуги продемонстрировали его отличную работу в тандемной дуговой сварке с отклонением замыкающего электрода от линии сварки на 5 mm. Основные условия сварки следующие:
▪ Горизонтальный угловой шов с катетом в 8 mm
▪ Сварочный ток: 320A для ведущего электрода; 270A для замыкающего электрода
▪ Скорость сварки: 72 cm/min.

На Иллюстрации 7 представлены результаты, полученные при тандемной сварке с традиционным сенсором дуги (не отслеживающим замыкающий электрод). Как показано на иллюстрации, отклонение замыкающего электрода привело к образованию большого нижнего подреза на вертикальной пластине. Кроме того, крупные капли разбрызгивания видны на опорной пластине, что еще более снижает качество сварного шва.

Иллюстрация 7: Внешний вид валика сварного шва при тандемной дуговой сварке с традиционным сенсором дуги.

Иллюстрация 7: Внешний вид валика сварного шва при
тандемной дуговой сварке с традиционным сенсором
дуги.

Иллюстрация 8: Внешний вид валика сварного шва при тандемной дуговой сварке с сенсором двойной дуги.

Иллюстрация 8: Внешний вид валика сварного шва при тандемной дуговой сварке с сенсором двойной дуги.

На Иллюстрации 8 показан результат тестирования, проведенного в тех же условиях, что и выше, но с применением сенсора двойной дуги, способного улавливать отклонения замыкающего электрода и направлять данные на контролирующее устройство, которое немедленно корректирует ход проволоки, что в результате позволяет получить валик сварного шва с хорошим внешним видом без дефектов.

Сенсор двойной дуги был также протестирован в условиях, когда как ведущий, так и замыкающий электрод отклонялись от линии сварки (как показано на Иллюстрации 9). Результаты испытаний показали, что и ведущий, и замыкающий электрод проходили точно по траектории, давая сварное соединение приемлемого качества, как показано в Таблице 1.

Иллюстрация 9: Отклонения от реальной линии сварки для испытаний работы сенсора двойной дуги

Иллюстрация 9: Отклонения от реальной линии сварки
для испытаний работы сенсора двойной дуги

Результаты тестов отслеживания шва с помощью сенсора двойной дуги
Тип сварки Величина
катета
Сварочный
ток
Скорость
сварки
Результат
сварочных
работ
Нормальный
угловой шов
8 mm Ведущий: 400A
Замыкающий:
350A
80cm/min Хороший
Нижний
угловой шов
8 mm Ведущий: 350A
Замыкающий:
300A
75cm/min Хороший
Нормальный
угловой шов
6 mm Ведущий: 350A
Замыкающий:
300A
90cm/min Хороший

Послесловие

Как описано в данной статье, сварка стрел и ковшей экскаваторов является одной из распространенных областей применения роботных сварочных систем в строительном машиностроении. Компания Kobe Steel - поставщик систем роботной сварки производителям оборудования (помимо других отраслей) - ставит целью сокращение времени сварочного процесса и повышение качества сварных швов, продолжая разрабатывать сварочные роботы с улучшенными характеристиками и предлагая клиентам оптимальные решения в области сварки. В следующем выпуске мы представим роботные системы, используемые для сварки средних и толстых пластин в других отраслях, в частности, в вагоностроении. Kobe Steel продолжает помогать клиентам совершенствовать их производственную деятельность в целом, через работу сварочных систем Kobelco, установленных на предприятиях. Наше участие в производственном процессе и тесные рабочие связи с производителями призваны достичь высокой степени удовлетворенности клиентов. Поэтому, если сварочные роботы испытывают частые паузы во время работы или вызывают дефекты сварных швов, что снижает стабильность производственного процесса, причины этого должны быть тщательно проанализированы и обучение роботов усовершенствовано. В следующем выпуске мы обсудим меры, принимаемые компанией Kobe Steel для того, чтобы соответствовать ожиданиям клиентов.


Верх страницы

ТОВАРЫ

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