Воскресенье, 28 ноября, 2021

Роботизированная сварка труб и трубопроводов

Инвестпроекты

До недавнего времени автоматизированная технология сварки для труб и трубопроводов в значительной степени не дотягивала до технологии, применяемой для сварки листового металла. Сегодня развитие и достижения в области повышения чувствительности различных датчиков, разработки автоматизированных систем управления дуговой сваркой и программного обеспечения для сварки труб и трубопроводов помогают сократить этот разрыв.

Роботизированная сварка труб существует уже более 30 лет. Роботы прочно заняли эту нишу, потому что они могут работать в жаркой, токсичной или другой опасной среде. Также у них есть другие важные «способности», такие как возможность делать стабильный сварной шов в положениях, которые будут неудобными или вообще невозможными для человека. Кроме того, роботизированная сварка может достигать скорости осаждения в 3–5 раз больше, чем ручная сварка.

Качество соединения – еще один «побочный продукт» роботизированной сварки. Большой радиус действия робота уменьшает количество запусков и остановок процесса, а равномерность его движения обеспечивает постоянство сварных швов. Все это уменьшает вероятность дефектов и сводит к минимуму необходимость что‑то потом переделывать. Робот может снизить тепловое воздействие на шов и основной металл, улучшая металлургические свойства и снижая (или вовсе устраняя) необходимость в термической обработке после сварки.

Для большинства применений листового металла и пластин требуются прямые сварные швы, поэтому программирование робота не будет особенно сложным. Напротив, большинство труб и изделий для них круглого сечения и, следовательно, требуют изогнутых сварных швов, а разнообразие диаметров делает программирование немного более сложным.

Различные аппаратные и программные разработки помогли решить и преодолеть многие проблемы, связанные со сваркой труб и трубопроводов.

Детекторы и сенсорные системы. Сенсоры позволяют экономично определять профили труб и соединения для мелкосерийного производства, включая отдельные детали. Быстродействующие, бесконтактные датчики расширяют возможности поиска наилучшего расположения точек соединений. Тактильный и бесконтактный датчики в комбинации позволяют роботу быстро находить начальную позицию сварного шва или разреза.

Некоторые роботизированные системы тактильного восприятия используют напряжение для регистрации положения в пространстве. Оно подается на газовое сопло или сварочную проволоку. Прикосновение к детали сокращает напряжение, позволяя контроллеру робота распознавать начало соединения, измерять объем соединения, перемещать детали или выполнять программы. Диапазон напряжений может колебаться от 40 до 200 В постоянного тока, при этом верхний предел диапазона напряжений обеспечивает лучшее проникновение.

Одним из ярких примеров являются пластины для настила моста, приваренные к опорной двутавровой балке. При этом сама двутавровая балка находится в пределах производственных допусков, но ее высота после сварочных операций изменилась и превысила допустимый допуск сварного шва. Простое касание сенсора в плоскости Z позволит контроллеру быстро установить высоту.

Дальнейшие касания в плоскостях X и Y – и контроллер определит угол расположения пластины в пространстве для начала сварки.
Сквозное отслеживание. В последние годы отслеживание по сварочной дуге значительно эволюционировало и теперь широко распространено в роботизированных приложениях. Чаще всего после того, как робот определит начальную точку, контроллер автоматически включит функцию отслеживания.

Сквозное отслеживание имеет три основные функции. Во-первых, его можно использовать для отслеживания соединения вдоль всего пути, несмотря на отклонения в геометрии объекта или теплового воздействия. Например, если программисты пропишут точки начала и конца сварного шва на кривой длиной 30 сантиметров, сварочный агрегат будет отсчитывать их согласно рельефу поверхности.

Полученные данные также можно использовать для отсчета смещений на следующем этапе сварки. Во-вторых, сквозное отслеживание может «на лету» измерять ширину шва и регулировать скорость подачи проволоки, скорость перемещения, ширину сварного шва, напряжение и ток для компенсации изменений ширины шва. В-третьих, некоторые системы слежения могут использовать эти атрибуты для контроля пути плазменной резки. Одним из примеров является резка трубы для Т-образного соединения.

После того как программист закладывает в программу робота точки пути лазера, система поддерживает постоянную высоту резака. Данные могут использоваться для процедуры сварки на том же роботе после смены инструмента или для отдельной роботизированной ячейки.

Программное обеспечение. Новое автономное программное обеспечение может эмулировать и моделировать сценарии роботизированных сварочных процедур. Программа устанавливает контроллер робота на ПК, что повышает надежность и точность кода. Автономное программирование может прописать все направления, логику и инструкции сварочного процесса для всех деталей. Это также позволяет непрерывно продолжать производство, пока программисты разрабатывают новые программы.

Новые процессы. Трубная промышленность продолжает экспериментировать с экзотическими материалами, новыми конструкциями соединений и экстремальными значениями толщины стенок.

Некоторые процессы были разработаны специально для робототехники, такие как дуговая сварка с модифицированным газом и металлом и CMT (передача холодного металла, процесс Фрониуса), и подходят для тонких материалов. Регулируемое осаждение металла, разработанное в США, лазерные системы и лазерно-гибридные системы открывают еще больше производственных возможностей, как и использование беспрерывной подачи электродов и комбинаций разнородных сплошных проволок.

Несколько кратких тематических исследований, два из которых касаются сварки, а другое посвящено вопросам резки и сварки, иллюстрируют недавний прогресс, достигнутый в робототехнике в области изготовления труб.

Сварка под флюсом. По заказу одной американской компании, которая производит фитинги для водной и энергетической промышленности, а также сваривает трубы различных размеров, немецкий инжиниринговый холдинг начал разработку робота для сварки под флюсом (SAW). Интерес заключался в том, чтобы приварить на конце каждой трубы скругленный край, чтобы они легко фиксировались на месте. Предыдущий метод заключался в том, чтобы каждый раз состыковывать и сваривать концы на месте.

В итоге в Германии разработали производственную ячейку для сварки труб, в которой используются два робота рядом друг с другом, смонтированные на головках SAW. Сенсорная система в данном случае оказалась особенно важна для диагностики качества шва и обеспечения точного пути сварки в этом многопроходном приложении. Еще одним преимуществом являлось то, что в систему включили вакуумную установку для восстановления флюса, которая снижает его потребление. Ранее компания ежегодно выбрасывала тонны флюса.

Идеальная резка для нетипичных деталей. Производители часто сталкиваются с одной проблемой, когда режут отверстие в металлической пластине, прежде чем соединить его с геометрически неидеальной структурной формой. Некоторые отклонения между отпечатком детали и его фактической формой довольно распространены, что делает автоматическую резку отверстий нереальной, поэтому большинство изготовителей полагаются на ручное исполнение. Что трудоемко и также совершенно не страхует от возможных ошибок и приближений.

Чтобы решить эту проблему, была разработана технология Cut-toFit, которая использует измерение с помощью лазера для измерения геометрии трубы любой формы или конструктивной формы. Затем система генерирует путь резака, чтобы соответствовать этой геометрии. Робот может подогнать отверстие под размер с помощью плазменной резки на базовой станции, переключиться на импульсную сварку GMAW на станции смены инструмента; а затем выполнить двусторонний сварной шов с полным проникновением, соответствующий геометрической форме конструкции.

Гибридная лазерно-дуговая сварка (HLAW). Целых три европейских компании-производителя сварочной робототехники разработали систему для высокопрочных трубопроводов большого диаметра как для наземных, так и для морских применений.

Стоимость сварки является основным экономическим фактором при производстве труб большого диаметра. HLAW категорически решает эту проблему. Роботизированная система обеспечивает платформу для выполнения высокоскоростных корневых проходов (приблизительно 5 см/сек), GMAW с помощью лазера обеспечивает проходы заполнения и покрытия и однопроходное полное проникновение в соединение (около 3,5 см/сек). Большинство систем лазерной сварки требуют жестких допусков при подготовке стыков; потому что HLAW использует GMAW, он требует менее критической подготовки стыков. HLAW также снижает потребление присадочного металла, а при оснащении источником питания мощностью 10 кВт обеспечивает однопроходную сварку толщиной до 2,5–5 см и двухпроходную сварку толщиной до 33–40 см. Система использовалась для производства труб из стали X80 и X100, включая сварку в положении 5G.

spot_img

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

spot_img

Новости

С «Омскшины» взыскали 6 миллионов долга за услуги ЖКХ

Судебные приставы взыскали Омской области взыскали с АО «Омскшина» 5,9 миллионов рублей задолженности.
spot_img

Читайте также:

spot_img