Klasyfikacja procesów spawalniczych: 7 rodzajów

Ten artykuł rzuca światło na siedem głównych rodzajów procesów spawalniczych. Rodzaje to: 1. Spawanie ręczne 2. Półautomatyczne spawanie 3. Automatyczne spawanie 4. Automatyczne spawanie 5. Sterowanie adaptacyjne 6. Zdalne spawanie 7. Spawanie robotyczne.

Typ nr 1. Ręczny spawanie:

Oznacza to, że wszystkie osiem operacji zgrzewania odbywa się ręcznie. Należy jednak zauważyć, że stopień 4, czyli "ruch względny pomiędzy głowicą zgrzewającą a pracą", może obejmować pewne wspomaganie mechaniczne, takie jak manipulator spawalniczy, który porusza obrabiany przedmiot z mniej więcej odpowiednią prędkością do spawania.

Jeden z takich manipulatorów, nazywany silnikiem grawitacyjnym, pokazano na rys. 21.1, w którym spawacz nawija masę, a następnie kontroluje prędkość stołu, przytrzymując krawędź i pozwalając jej przebiegać przez palce z pożądaną prędkością, umożliwiając mu wytwarzanie dokładniejszych, ciągłych spawów. cykliczne oszustwa w pozycji spawania downhand.

Spawanie ręczne jest najbardziej popularne w przypadku spawania SMAW, GTAW, spawania gazowego i spawania plazmowego.

Typ # 2. Półautomatyczne spawanie:

Na tym etapie systemowym 5, czyli "kontrola zmiennych spawalniczych, takich jak prędkość podawania drutu w GMAW lub czas trwania prądu w zgrzewaniu oporowym z spawarką, jest automatyczny", ale środki spawania są trzymane w ręku. Etap 4, czyli ruch względny pomiędzy głowicą zgrzewającą a pracą, jest zwykle ręczny, ale można zastosować środki mechaniczne, takie jak taśma przenośnika lub manipulator roboczy. W związku z tym proces GMAW może być stosowany w połączeniu z silnikiem grawitacyjnym w celu poprawy jakości i wydajności spawania.

Różne operacje na etapach 3 i 6, czyli "inicjowanie i zatrzymywanie pracy", mogą być wykonywane automatycznie sekwencyjnie za pomocą pojedynczego przełącznika.

Półautomatyczny system spawania jest najbardziej popularny w GMAW i FCAW. Chociaż możliwe jest zastosowanie tej techniki w procesach GTAW, SAW i ESW, ale jest ona rzadko używana.

Typ nr 3. Automatyczne spawanie:

Jest to układ, w którym co najmniej etap 5, który jest "kontrolą zmiennych spawalniczych", a etap 4, tj. "Względny ruch pomiędzy głowicą zgrzewającą a pracą", jest automatyczny. Zwykle pojedynczy przełącznik działający za pomocą urządzenia sekwencyjnego steruje zasilaniem i materiałami eksploatacyjnymi, takimi jak drut i gaz. Może to również automatycznie doprowadzić do automatycznego napełnienia urządzenia do napełniania kraterów. Rys. 21.2 przedstawia schemat blokowy typowego automatycznego systemu spawalniczego.

W automatycznym systemie spawalniczym etapy 1, 2, 7 i 8 wykonywane są ręcznie lub inicjowane ręcznie. Zgodnie z powyższą logiką spawanie grawitacyjne jest klasyfikowane jako przenośna metoda automatycznego spawania.

Automatyczny system spawania jest najbardziej popularny w procesach SAW i ESW. Stosuje się go również w ograniczonym zakresie przy użyciu GTAW, GMAW, FCAW i procesów spawania łukiem plazmowym.

Typ # 4. Zautomatyzowane spawanie:

Zautomatyzowany system spawalniczy wykonuje wszystkie osiem etapów od montażu i przenoszenia części do głowicy spawalniczej bez regulacji sterowania przez operatora spawalniczego. Spawanie, które może być zakończone w jednym lub w zwykłych etapach, i ostateczne wyrzucenie gotowego produktu odbywa się mechanicznie bez ręcznej interwencji. Ważnym aspektem zautomatyzowanego spawania jest to, że operator nie musi stale monitorować pracy. W porównaniu z automatycznym spawaniem powoduje to zwiększenie produktywności, poprawę jakości i zmniejszenie zmęczenia operatora.

Rys. 21.3 pokazuje schematyczny diagram dla zautomatyzowanego systemu spawalniczego wykorzystującego minikomputer, programator i moduł śledzenia oszustw. Zautomatyzowane systemy spawalnicze są popularne w procesach SAW, GMAW i FCAW. W ograniczonym zakresie GTAW, PAW i ESW są również używane w trybach automatycznych.

Rys. 21.3 Schemat ideowy dla zautomatyzowanego systemu spawalniczego

Wpisz # 5. Kontrolki adaptacyjne:

Przy zwiększonym wykorzystaniu automatycznych i zautomatyzowanych systemów spawalniczych konieczne jest utrzymywanie głowicy spawalniczej w ruchu dokładnie wzdłuż ścieżki połączenia i uzyskanie spoin o pożądanych parametrach i jakości. Zwykle odbywa się to za pomocą urządzeń zwanych kontrolami adaptacyjnymi.

Sterowanie adaptacyjne w systemach spawalniczych realizuje zatem dwa cele, mianowicie śledzenie oszustw i kontrolę jakości.

Istnieje kilka rodzajów urządzeń do śledzenia szwów. Najprostszy pokazany na ryc. 21.4. jest mechanicznym popychaczem, który wykorzystuje sprężynowe koła, aby fizycznie podążać za spoiną. System ten działa w zadowalający sposób na długich poziomych lub pionowych ścieżkach, ale może nie być przydatny do śledzenia szwów wzdłuż zakrzywionej ścieżki, co widać z dwóch pozycji tego typu trackera oszustw pokazanego na rysunku 21.5.

Inne systemy śledzenia szwów obejmują urządzenia elektromechaniczne wykorzystujące lekkie sondy elektroniczne. Jednak mają one ograniczoną zdolność do śledzenia spoin wieloprzebiegowych i spoin z kwadratowymi rowkami. Negatywny wpływ na ciepło ma również ciepło spawania.

Niektóre inne systemy stosowane w procesie GTAW opierają się na wykrywaniu łuku za pomocą kontroli napięcia łuku, aby utrzymać ścieżkę. Bardziej zaawansowane wersje śledzenia łuku wykorzystują mechanizm oscylacji łuku i interpretują zmiany charakterystyki łuku, aby wyczuć położenie złącza. Taki system może, ale nie musi być pożądany w konkretnym procesie spawania i może być ograniczony w prędkości podróżowania dzięki wymaganiom oscylacji.

Zdecydowanie najbardziej wyrafinowane systemy śledzenia oszustw są typu optycznego, które wykorzystują kamery wideo, jak pokazano na rys. 21.6 lub w innych urządzeniach, aby uzyskać dwu- lub trójwymiarowy obraz złącza spawanego. Te obrazy są wykorzystywane przez system komputerowy, aby głowica spawalnicza podążała bardzo dokładnie po torze łączenia.

Optyczny system śledzenia wiązki za pomocą wiązki laserowej jest najnowszą metodą uzyskania wysokiej dokładności w śledzeniu pożądanej ścieżki spawania. Jednak ostre naroża i efekt spawania ciepła i dymu nadal stwarzają problemy, które nie są całkowicie pokonane.

Sterowanie adaptacyjne stosowane do kontroli jakości podczas procesu w zgrzewaniu oporowym pozwala na kontynuowanie procesu aż do uzyskania bryłki o odpowiedniej wielkości.

Kiedy stosuje się jakąś formę kontroli adaptacyjnej, słowa "ze śledzeniem oszustwa" lub "z kontrolą adaptacyjną" dodaje się do głównego trybu procesu, na przykład "zautomatyzowane spawanie ze śledzeniem oszustw lub zgrzewanie oporowe punktowe z wewnętrzną kontrolą jakości procesu" .

Typ # 6. Zdalne spawanie:

Zdalne spawanie i automatyczne spawanie mają wiele wspólnego. W obu przypadkach spawanie odbywa się bez bezpośredniej obecności operatora spawalniczego. W przypadku spawania automatycznego operator może znajdować się tylko kilka metrów od operacji spawania, ale spawacz może równie dobrze znajdować się w odległości wielu metrów.

Wynika to z faktu, że monitorowanie i korekty nie są wymagane podczas operacji. W wielu przypadkach operacja spawania odbywa się za zasłonami, tak że operator nie może nawet zobaczyć operacji lub nie jest pod wpływem łuku.

Zdalne spawanie jest bardzo podobne do spawania automatycznego, ponieważ operator spawalniczy nie znajduje się w miejscu spawania i może znajdować się w dużej odległości od niego. Różnica polega jednak na tym, że zautomatyzowane spawanie jest projektowane normalnie tak, aby za każdym razem uzyskać identyczny czas zgrzewania. Zdalne spawanie wymaga zwykle czynności konserwacyjnych, w których każda spoina może różnić się od poprzedniej.

Tam gdzie ten sam spaw jest wykonywany raz za razem, zdalne spawanie staje się podobne do spawania automatycznego. Zdalne spawanie jest coraz szerzej stosowane przy zwiększaniu liczby elektrowni jądrowych. Na ogół wykonuje się go tam, gdzie ludzie nie mogą być obecni z powodu wrogiej atmosfery, na przykład tam, gdzie istnieje wysoki poziom radioaktywności. Jednostki konserwacyjne muszą zatem obejmować pracę zdalną, w tym spawanie.

Niektóre z typowych zastosowań zdalnego spawania obejmują uszczelnianie radioaktywnych materiałów w metalowych pojemnikach. Uszczelnianie elementów paliwowych i prętów docelowych odbywa się również w przemyśle jądrowym poprzez zdalne spawanie, jak pokazano na rys. 21.12.

Zdalne spawanie znajduje zastosowanie w niektórych zakładach przetwarzania chemii falami radiowymi, w których obsługiwane są roztwory o wysokiej korozyjności. Robi się to również wokół reaktorów jądrowych, w których warunki eksploatacyjne wymagają najwyższej możliwej jakości spoiny. Zatykanie przeciekających rurek wymiennika ciepła w elektrowniach jądrowych to kolejna aplikacja do zdalnego spawania za pomocą zautomatyzowanego urządzenia GTAW.

Połączenia rurowe w atmosferze radioaktywnej są również zdalnie wykonywane za pomocą automatycznych głowic GTAW. Zdalne spawy w rurach i rurach są wykonane tak, jak w normalnych warunkach.

Typ # 7. Robotic Spawanie:

Zrobotyzowane spawanie jest w zasadzie częścią zautomatyzowanego systemu spawalniczego, ale jest rozważane osobno, ponieważ spośród wszystkich obecnie dostępnych technologii roboty są prawdopodobnie najbardziej ekscytujące i dlatego wymagają specjalnego odniesienia w automatyzacji spawania. Przegubowe roboty mogą dokładnie naśladować produktywne działania człowieka w środowisku spawalniczym, a w ramach limitów stanowić dopuszczalną alternatywę dla wykonywania wielu monotonnych, a tym samym męczących zadań, które napotykają w przemyśle w obfitości. W tym kontekście robot może być opłacalnym rozwiązaniem dla wielu zadań spawania łukowego.

W najprostszym przypadku robot jest manipulatorem, który można zaprogramować do woli. Manipulator napędzany jest przez siłowniki takie jak silniki elektryczne i jest sterowany przez komputer. Większość robotów spawalniczych ma pięć lub sześć osi, którymi się poruszają. Niektóre z tych osi są liniowe, a inne rotacyjne.

Kombinacja osi liniowych i obrotowych sprawia, że ​​robot jest mniej lub bardziej odpowiedni do określonego zadania lub zakresu zadań. Sterownik robota ma pamięć, w której można zapisywać programy, a te programy można odtwarzać do woli. W ten sposób nauczane programy można przechwytywać do przyszłego użytku. Ponieważ roboty mają tę elastyczność, różnią się od stałej automatyzacji, która jest przeznaczona tylko dla jednego zadania. Rys. 21.13 pokazuje zasadnicze elementy zrobotyzowanego systemu spawalniczego za pomocą przegubowego robota.

Bez wątpienia roboty nie mogą wykonywać całej pracy wykonywanej obecnie przez ludzi i wątpliwe jest, czy kiedykolwiek będą. W przypadku, gdy materiały egzotyczne mają być spawane lub gdy dostęp jest poważnie ograniczony, gdy tolerancja procesów zgrzewania wstępnego nie jest wystarczająco lekka lub gdy elementy nie mogą być odpowiednio zaciśnięte podczas spawania, zmniejsza się zakres stosowania robota.

Pomimo tych ograniczeń istnieje wiele zastosowań, w których system robota udowadnia swoją wartość, ponieważ spawanie nie może okazać się obszarem wzrostu, ponieważ operacja jest z natury rzeczy pracochłonna, często wysoce powtarzalna i stanowi nieprzyjemne środowisko pracy, dlatego wymaga umiejętności który może być łatwo przeniesiony do robota Zbieg okoliczności jest taki, że spawanie często wymaga użycia manipulatora roboczego, urządzenia, które z racji własnych ruchów może uprościć program, który musi zostać nauczony robotowi i może być łatwo połączone z tym drugim.

Tak więc efektywne spawanie zrobotyzowane jest nie tylko kwestią prawidłowego połączenia elektroniki sterującej i pakietu spawalniczego, ale również opiera się na precyzyjnie wyprodukowanym, programowalnym sprzęcie do obróbki przedmiotu, pracującym w bardzo wąskich pasmach.

Rodzaje robotów spawalniczych:

W dziedzinie spawania najpierw wprowadzono roboty do spawania punktowego w przemyśle motoryzacyjnym i mają one ugruntowaną pozycję w tej dziedzinie. Jednak obecny nacisk kładziony jest na rozwój robotów spawalniczych MIG. Ostatnio opracowano nawet roboty spawalnicze TIG, ponieważ spawanie TIG jest trudną, powolną, a tym samym męczącą pracą, w której palnik spawalniczy musi być trzymany dokładnie na swoim miejscu, a spawacz musi znosić intensywnie pulsujący łuk elektrody wolframowej.

W przypadku, gdy połączenie wymaga drutu wypełniającego, sytuacja jest jeszcze gorsza, ponieważ druga strona musi podawać drut pod właściwym kątem iz jednakową dokładnością. Gdy przedmiot obrabiany ma złożony kształt z kilkoma krótkimi połączeniami pod różnymi kątami lub w przypadku niesymetrycznego połączenia rurowego, jak dotąd nie było odpowiedniego sprzętu. Ponieważ spawanie TIG jest stosowane tylko wtedy, gdy materiał macierzysty jest stopem specjalnym lub gdy pełna penetracja bez żadnych wad spawalniczych musi być przyznana w produkcji, jest powszechna tylko w niektórych specjalnych zastosowaniach.

Jednakże, ponieważ jest on używany do produkcji krytycznych połączeń w przemyśle, w tym w inżynierii lotniczej, produkcji maszyn spożywczych, inżynierii przemysłowej procesów chemicznych oraz produkcji ramienia i narzędzi precyzyjnych, roboty spawalnicze TIG zostały opracowane do użytku przemysłowego, w którym zajmuje się pistolet spawalniczy i wprowadza drut napełniający do złącza. Rys. 21.14 pokazuje podstawowe elementy systemu spawania TIG, wykorzystujące skaner podczerwieni do śledzenia szwów.

Rys. 21.14 System robota spawalniczego TIG wykorzystujący skaner podczerwieni do śledzenia oszustw

Najnowszym osiągnięciem w branży robotów spawalniczych jest wprowadzenie robota wykorzystującego laserowy system wizyjny do spawania łukowego, gdy części do spawania wykazują duże nieregularności. Taki robot może wyczuć wariacje i poprawić je tak, jak robiliby to ludzie w czasie rzeczywistym.

Aby efektywnie używać robota spawalniczego, należy postępować zgodnie z ustawioną procedurą, w przeciwnym razie może dojść do przesunięcia łuku z następującymi złą jakościowo spoinami, jak wskazano dla spoin czołowych i pachwinowych odpowiednio na rys. 21.15 i 21.16. Ponadto, zła procedura może pociągać za sobą dodatkowy ruch przedmiotu obrabianego, jak pokazano na Fig. 21.17, powodując opóźnienie w wytwarzaniu i zwiększony koszt produktu.

Środki ostrożności w korzystaniu z robotów :

Użycie robota w żaden sposób nie eliminuje istniejących wymagań bezpieczeństwa dotyczących jakichkolwiek ustawień spawania. Robot z pewnością pomoże, ponieważ jego użycie pozwala na usunięcie ludzi z niebezpiecznych lub niezdrowych sytuacji. Poprawia to nie tylko stosunki pracy, ale może także zwiększyć produktywność poprzez eliminację przerw na odpoczynek, które często są wymagane przez prawo w pewnych okolicznościach.

Ryzyko, że robot wprowadza się do środowiska, najlepiej zrozumieć, jeśli robot jest uważany za ślepą, głuchą i niemy automatyzację, która reaguje tylko na sygnały wstrzyknięte bezpośrednio do mózgu. Jednak roboty mogą dokładnie naśladować umiejętności człowieka, ale dzieje się tak tylko wtedy, gdy środowisko pozostaje stałe.

Największą siłą robota jest to, że może on zignorować ciepło, światło, promieniowanie itd. Jego największą słabością jest to, że nie ma żadnej naturalnej reakcji, którą my, ludzie, mamy do naszego otoczenia. W świetle tych faktów należy uznać, że roboty i ludzie nie mieszają się dobrze i że przepustki muszą być wydawane tym pracownikom, którzy mogą mieć kontakt z systemem robota.

Systemy robotów są złożonymi interakcjami elektroniki komputerowej, układów mechanicznych i sterowania. Mogą się one rozpaść w nieoczekiwany sposób i należy podjąć środki ostrożności w celu ochrony otaczających ludzi i procesów. Jest to określane jako bezpieczne w razie awarii. Zawsze musi istnieć możliwość ręcznego przestawiania w sytuacjach awaryjnych.

Aplikacje:

Roboty same wchodzą w pracę, która może być niebezpieczna dla ludzi lub na brudnych lub męczących miejscach pracy, gdzie trudno jest utrzymać wydajność. Oprócz redukcji kosztów dzięki zwiększonej produktywności, inne zalety robotów polegają na stałej dokładności, minimalnym marnowaniu materiałów, stabilizowanych kosztach pracy, ponieważ żadna praca nie oznacza braku zapłaty, a na końcu brak wykwalifikowanego personelu nie stanowi problemu.

Teoretycznie robot może być użyty nawet do jednorazowej pracy, ale byłoby oczywistym stratą czasu na ciągłe programowanie robota, gdy zadanie można wykonać w tym samym czasie tradycyjnymi metodami. Jeśli jednak jest to produkcja seryjna i partia powtarza się z jakąkolwiek regularnością, powiedzmy cotygodniowo lub miesięcznie, i jeśli urządzenia mogą być dokładnie zlokalizowane, a następnie wykorzystywane do pierwszego spawania, wówczas użycie robota może być rozłożone na wiele komponentów .

Kiedy wielkość partii staje się zbyt duża, również robot musi zostać ponownie zbadany, aby sprawdzić, czy stała automatyzacja nie może być lepszą propozycją. W tych okolicznościach roboty mogą być uzasadnione, jeśli partia zmienia się co roku, co pozwala ograniczyć koszty ponownej obróbki narzędzi.

Rozmiar spawania zwykle nie sprawia trudności w obsłudze, pod warunkiem, że można utrzymać dostęp. Z drugiej strony, grubość materiału, który ma być spawany, narzuca wiele ograniczeń, na przykład, gdy metal staje się bardzo cienki, na przykład mniej niż 1 mm, spawanie staje się coraz bardziej krytyczne.

Spoina musi być układana bardzo szybko, aby uniknąć przepalenia, a spaw może ulegać silnym zniekształceniom podczas spawania. Te niepożądane warunki nie są odpowiednie dla robota, który zasadniczo oczekuje stosunkowo stabilnego zestawu warunków spawania. W przypadku napotkania trudności czasami możliwe jest przeprojektowanie produktu lub ponowne zaplanowanie pracy w celu dopasowania do robota. Dlatego wykorzystanie robota spawalniczego może również stymulować zmiany w projekcie produktu, dzięki czemu dostęp do połączeń jest łatwiejszy, a dzięki poprawionej jakości powierzchni spoiny można określić więcej spawów zewnętrznych.

Koszty robota :

Koszt systemu automatycznego spawania łukowego może być różny w granicach od Rs. 25 lakh do Rs.30 lakh. Oczekuje się, że system spawania łukiem robotowym zapewni trwałość od 10 do 20 lat. Jeśli system starzeje się, prawdopodobnie będzie nieaktualny i stosunkowo nieefektywny. Nie można też oczekiwać, że dostawcy robota będą utrzymywać części zapasowe robotów każdego modelu w nieskończoność.

Pod względem produktywności roboty powinny zapewnić wzrost o 200 do 300 procent w stosunku do najlepszej wydajności ręcznej.

W normalnych warunkach robot będzie płacił za siebie przez okres od 2 do 3 lat. Koszty utrzymania są stosunkowo niskie i przeciętny robot działa przez około 500 godzin lub około 3 miesięcy czasu pracy pomiędzy awariami.