Виробники обладнання, яке використовується в атомній енергетиці, суднобудуванні, нафтохімічної та інших галузях важкої промисловості знаходяться в безперервному пошуку процесів, що дозволяють ефективно виконувати зварювання компонентів з дуже великою товщиною стінки, стабільно забезпечуючи при цьому необхідні якості стику.

Процес зварювання під флюсом по вузькій обробленні стику використовується протягом останніх 30ти років, однак, - з вельми обмеженим успіхом. Найсерйозніші проблеми виникають при спробах використання дводуговими конфігурації цього процесу.

Безумовно, переваги дводуговими зварювання під флюсом, такі як істотне скорочення часу зварювання, зниження ризику виникнення дефектів, підвищення якості характеристик зварного з'єднання, неодноразово були продемонстровані наочно. Однак обмеження представленого на ринку позиціонує обладнання, лімітовані можливості джерел зварювального струму, систем управління і методів спостереження за обробленням шва не дозволяли досягти точності, надійності і повторюваності, необхідних при виконанні времеёмкіх зварних з'єднань.

Таким чином, і сам процес, і його переваги не були повністю реалізовані аж до теперішнього часу.

І тільки зараз, з появою нового покоління зварювальних апаратів і систем стеження за обробленням шва, а також цифрових процесорів, які підтримують як управління зварювальними апаратами по інтерфейсу ArcLink, так і повне управління усіма іншими елементами, що входять в систему, в реальному часі, надійні і міцні автоматизовані комплекси для зварювання товстостінних деталей під флюсом стають реальністю.

Прикладом тому є автоматизований зварювальний комплекс, що розглядається нижче.

При розробці і виробництві пропонованої вашій увазі системи головний упор був зроблений на забезпечення продуктивності і надійності зварювання по вузькій оброблення стику:
• гарантія точного і повторюваного управління і прецизійної подачі зварювального струму, зварювального дроту і флюсу при виконанні кожного зварювального проходу;
• забезпечення операторів комплексу та інженерів потужним, гнучким у використанні, наочним і зручним інструментом для програмування, управління, моніторингу, верифікації та документування процесу зварювання.

компоненти системи
Система являє собою повний зварювальний комплекс, до складу якого входять маніпулятори, які подають ролики, система подачі і регенерації флюсу. Однак основними її компонентами є:
• Унікальна зварювальний головка для гарантовано точною дводуговими зварювання під флюсом по вузькій обробленні стику - дизайн цієї масивної головки забезпечує не тільки власну міцність, але і - головне - Точні виконання зварювання.
• Унікальна система управління виконанням всіх операцій при зварюванні по вузькій обробленні, використовувана також для програмування і записи протоколу операцій.
• Джерела зварювального струму з керованою формою струму - потужні, точні, надійні і дуже ефективні джерела з цифровим управлінням.
• Система спостереження за обробленням стику, забезпечена лазерним сенсором - виняткова точність управління бічним зміщенням і стеження за глибиною.
• Кілька найсучасніших комбінацій системи «флюс-дріт», спеціально підібраних для даного виду робіт і, при дотриманні рекомендованих процедур зварювання, обепечивает чудові механічні властивості зварного з'єднання і хорошу форму валика.

Переваги використання системи
• мінімальний час підготовки стику;
• хороші механічні властивості зварного шва;
• низька розведення основного металу, невелика зона термовліянія;
• мінімальний обсяг для заповнення:
»» Менше в порівнянні з традиційними методами час виконання зварювання,
»» Зниження необхідного обсягу наплавляємого металу за рахунок вузької обробки кромок;
• низька тепловкладення;
• низька викривлення деталі.

зварювальний головка
Успішна зварювання стику з вузькою обробленням починається зі зварювальної головки. Для забезпечення точної подачі дроту в оброблення стику необхідна головка з великою жорсткістю, керована прецизійними сервоприводами. Головка також повинна розсівати тепло, що утворюється при виконанні безперервної тривалої зварювання на високих токах. Головка повинна забезпечувати плавний і точний переклад пальників до нового проходу і їх позиціонування по відношенню до крайок стику під час кожного проходу.

Для забезпечення зазначених вище вимог пропонована нами головка має такі конструктивні особливості:

• масивний корпус, що забезпечує необхідну жорсткість, необхідний підведення струму і розсіювання тепла;
• програмовані сервоприводу, керуючі кутом нахилу пальників, що забезпечують прецизійне ведення дуги і плавний її переклад від проходу до проходу;
• спеціалізоване здвоєний пристрій випрямлення дроту, яке гарантуватиме прямолінійну траєкторію і постійну швидкість подачі дроту в вузьку оброблення;
• оснащені серводвигунами напрямні осей X і Z, що забезпечують прецизійне і плавне управління позиціонуванням головки як по висоті, так і в поперечному напрямку.

Специфікація зварювальної головки
• Максимальна глибина оброблення стику - 350мм;
• Оброблення кромок стику - стандартно 1,5º (хв. 1,2º);
• Габарити головки:
»» Товщина токоподачі - 13мм,
»» Загальна вага - 530кг, в тому числі,
>> вага самої головки - 280кг,
>> вага направляючої штанги - 250кг;
• Індивідуальне і прецизійне виставляння кута нахилу кожного пальника:
»» Здійснюється за допомогою сервоприводу з прецизійним редуктором,
»» Діапазон регулювання - до 3º включно;
• Управління рухом зварювальної головки по осях:
»» Горизонтальний хід - 150мм,
»» Вертикальний хід - 450мм;
• Прецизійний серводвигун для автоматичної підтримки зварювального зазору і система лазерного стеження;
• Відстань між пальниками регулюється в діапазоні 30мм;
• Ручне регулювання кута нахилу всієї головки - +/- 10º від центру оброблення (можливо механізоване регулювання);
• Виконані з непровідного матеріалу корпусу обох пальників - і провідною і другий;
• Діючі по 2-м осях пристрої для випрямлення дроту в обох пальниках - і в провідній, і в другій;
• Здвоєний механізм подачі дроту з кріпленням для установки котушок зварювального дроту вагою 25кг; можливі й інші способи подачі дроту;
• Вбудована кольорова камера спостереження за процесом зварювання з лампою підсвічування і кольоровим дисплеєм;
• Сопло подачі і збору флюсу, бункер і система кріплення;
• Додаткові опції по довжинах напрямних, способу нахилу головки і виставлення кута нахилу пальників - за запитом.

Система управління
Повторюваність процедур зварювання, мінімізація помилок оператора при підготовці до зварювання і в ході самої зварювання, легкість програмування позиціонування, зварювальних параметрів і параметрів автоматичного спостереження, надійність процесу збору та верифікації даних про виконання всієї операції - всі ці характеристики пов'язані з дизайном і якістю системи управління.

Пропонована система управління є результатом 20тілетніх розробок, виготовлення і обслуговування багатопроцесорних мережевих цифрових систем управління зварюванням.

Система являє собою модульний комплект промислових мікроконтролерів на базі ЦСП (цифровий сигнальний процесор), кожен з яких керує або одним джерелом зварювального струму, або одним вузлом позиціонування. Кожен з зварювальних параметрів управляється за допомогою окремого ЦСП в режимі реального часу. Це дозволяє системі практично миттєво реагувати на будь-які зміни умов зварювання і команди оператора.

Синхронізація роботи модулів здійснюється за допомогою шини CANBUS, добре зарекомендувала себе в подібних програмах. Модульність конструкції дозволяє легко адаптувати її до періодично мінливих виробничим завданням. Незважаючи на те, що модулі виконують різні завдання, вони є взаємозамінними. Обмеження на число модулів, що підключаються до системи, практично відсутня.

Основним компонентом, що визначає функцію модуля, є легко оновлюється програмне забезпечення. Управління мережею модулів здійснюється з єдиного пульта оператора. При необхідності модулі можуть комплектуватися силовими приводами, що забезпечують безпосереднє управління серводвигунами зі зворотним зв'язком по оптичних і іншим датчикам. Особливу увагу приділеною відпрацювання аварійних ситуацій, які можуть бути наслідками несправностей важкого устаткування і помилок операторів.

Шина CANBUS дозволяє підключати до операторського пульта широкий асортимент різних пристроїв, вироблених сторонніми компаніями.

Вся система може бути підключена до звичайної комп'ютерної локальної мережі по каналах Ethernet, що забезпечує передачу програм, даних, протоколів, а також передачу протоколів стану системи.

Для кожного проходу індивідуально можуть бути запрограмовані всі параметри переміщень, все зварювальні параметри і всі параметри стеження. Підтримка всіх параметрів здійснюється централізовано і скоординовано.

Структура системи керування зварювальним комплексом

Джерела зварювального струму
Якісне адаптивне управління зварювальним процесом можливе лише при часу реакції джерела зварювального струму менш 50мксек; при цьому реакція повинні бути м'якою, а перехідні процеси зведені до мінімуму і укладатися в 20мксек.

Використаний в системі джерело зварювального струму Power Wave AC / DC 1000SD , Виробництва компанії Lincoln Electric, є останнім досягненням науки і техніки і значно випереджає всі вироблені сьогодні апарати для зварювання під флюсом. Це джерело спочатку спроектований під використання в автоматизованих зварювальних системах з цифровим програмним управлінням, що докорінно відрізняє його від інших представлених на ринку джерел зварювального струму, де управління ведеться за допомогою імітатора пульта оператора. Саме завдяки використанню цього джерела з цифровим керуванням формою епюри при частоті управління в 100кГц стала можлива реалізація глибокого керування зварювальним процесом.

Цей, зроблений на базі інвертора, апарат відрізняється зниженим майже на 50% споживанням електроенергії в порівнянні з традиційними апаратами для зварювання під флюсом. Основна його перевага - можливість практично моментально, без переривання зварювання і без порушення властивостей зварного з'єднання, змінювати режим і параметри зварювання як в залежності від номера проходу, так і в залежності від положення протягом одного проходу, що дозволяє виконувати безперервну автоматичне зварювання і верифікацію в Під час її виконання - від кореневого проходу до облицювального.

Система лазерного стеження

Cистема стеження, забезпечена сканирующим лазерним сенсором, була розроблена компанією Meta Vision спеціально для точного визначення профілю стику при глибокій і вузькій обробленні кромок.

Для взаємодії цієї системи стеження з системою управління був розроблений повністю інтегрований інтерфейс, що забезпечує обмін всією інформацією про профілі стику і позиції електродів при зварюванні. Ця інтеграція дозволяє системі визначати точку перетину зварювального дроту і заготовки і витримувати зміщення дроту щодо бічних стінок.

Спеціально розроблені методи визначення профілю стику в сукупності з можливостями системи управління дозволяють змінювати швидкість переміщення блоку пальників і, отже, як відпрацьовувати геометрію, так і компенсувати похибки, допущені при виконанні оброблення і складання стику, забезпечуючи однорідне постійне заповнення.

Можливо також виконання системи, що дозволяє компенсувати змінний зазор в корені.

Система лазерного стеження дозволяє:
• істотно скоротити час налаштування зварювальних процедур;
• гарантувати обозреваемость зварювальної ванни;
• поліпшити якість виконання зварювання за рахунок виключно точного керування положенням зварювального дроту;
• забезпечити безпеку і зручність роботи оператора.

особливості системи

Програмоване бічний зсув
Поєднання точного лазерного слідкування за обробленням стику і прецизійний сервопривід управління кутом нахилу зварювальних наконечників забезпечують можливість запрограмувати і забезпечувати при роботі системи необхідне бічний зсув. Система управління дозволяє оператору при необхідності перевизначити це зміщення в ході зварювання.

Завдання технологічної карти виконання багатопрохідної зварювання
Так як блок управління забезпечує всеосяжне управління системою, то такі параметри як необхідну кількість проходів, положення точок зміни траєкторії проходів, положення і протяжність зон нахлестов повністю програмовані.

адаптивне заповнення
Система лазерного стеження забезпечує можливість вимірювання об'єму заповнення стику. У поєднанні з повним керуванням зварювальними параметрами і швидкостями переміщення це дозволяє автоматично регулювати зварювальні параметри для отримання однорідного заповнення стику.

Незалежне регулювання кутів нахилу пальників
Кути нахилу провідною і другий пальників програмуються незалежно і кожна з них забезпечена серводвигуном і енкодером для забезпечення точного і узгодженого управління становищем зварного валика.

Управління швидкістю повороту при зміні кута нахилу пальника
Швидкість повороту пальника при зміні траєкторії проходу також програмовані, що дозволяє забезпечувати гладку траєкторію стику від однієї бокової стінки до іншої.

Програмований нахлест проходів
Так як блок управління керує і обертальної і лінійної швидкостями переміщення, так само як і позиціонуванням обладнання, нахлест також програмуємо таким чином, щоб виключити суміщення точок зміни траєкторії зварювальних проходів.

Завантажити презентацію в форматі PDF