Роботизированная сварка стыковых соединений с пазами

На протяжении многих лет была написана статья за статьей о том, как робототехника может помочь улучшить качество и эффективность процесса сварки. Большинство этих статей посвящено применениям, в которых легкие компоненты свариваются в приспособлениях жесткой конструкции, обеспечивающих превосходную посадку и минимальные отклонения при сварке соединений от детали к детали.

Но что, если ваши компоненты слишком велики, чтобы их можно было закрепить, и вам приходится мириться с большими допусками, возникающими в результате процессов резки, формовки и ручной подгонки? Что делать, если вы свариваете стыковые соединения пластин толщиной 3 дюйма, а края пластины были обработаны пламенем? Может ли робототехника повысить качество и эффективность этих приложений? Короткий ответ: да.

Одним из наиболее сложных аспектов этих применений является выполнение стыковых сварных швов на соединениях с разделками, поскольку они, как правило, имеют большие различия, требующие как позиционных, так и объемных изменений для создания сварных швов хорошего качества.

Традиционный подход к программированию роботов

При традиционном подходе к настройке роботизированной сварки робот программируется путем манипулирования механической рукой (толчковым ходом) и записи (обучения) серии положений (точек) в пространстве и вдоль сварного шва (см.Рисунок 1 ). В зависимости от используемого робота и сварочного оборудования параметры сварки можно настроить в файлах или таблицах в структуре данных робота. Их также можно запрограммировать непосредственно в программе робота или установить непосредственно в сварочном аппарате как «задание» (последний вариант является наименее гибким).

После завершения программы робот просто воспроизводит эту структуру с высокой степенью повторяемости. Если нет различий в подгонке и расположении деталей, традиционный подход работает идеально.

Дело в том, что при сварке крупных компонентов редко можно применить традиционный подход, если только сварные узлы не очень просты и не могут быть легко закреплены. Любой, кто когда-либо сваривал пазовые соединения на пластине с помощью любого типа автоматизации, может подтвердить, что различия в посадке могут нанести ущерб общему качеству сварки. Несовпадение швов и различия в подготовке кромок и отверстиях канавок могут привести ко многим проблемам с качеством и, в конечном итоге, к выходу шва из строя, если не обращаться с ним должным образом. Изменения в монтаже также могут привести к увеличению затрат на сварку, в том числе к увеличению времени сварки и увеличению расхода сварочного присадочного металла и газа.

Проблема автоматизации этих сварных швов в основном связана с различиями в посадке от детали к детали.

Если мы посмотрим на обычную конструкцию канавок, например, V-образную канавку со следующими размерами, площадь поперечного сечения сварного шва (исключая сварной колпачок) показана на рисунке.фигура 2.

Если корневое отверстие этого соединения увеличить всего на 1/16 дюйма, объем сварного шва увеличится на 11,2 процента, что эквивалентно примерно двум полным ¼ дюйма. угловые сварные швы. Эта информация ни в коей мере не нова; однако понимание этой проблемы является ключом к разработке успешной операции роботизированной сварки.

Рисунок 1

Ограничения по отслеживанию швов и сенсорному распознаванию

Традиционная роботизированная обработка крупных сварных деталей, на которых обычно встречаются эти соединения, обычно использует функции отслеживания шва по всей дуге и сенсорного распознавания (см.Цифры 3и4 ). Эти функции используются для поиска соединения и последующего отслеживания его во время сварки. Они также доступны в большинстве роботов через программное обеспечение и некоторое оборудование.

Хотя этот подход очень распространен и до сих пор считается усовершенствованной технологией обработки, его реализация для сварки соединений с разделками имеет серьезное ограничение. Как отмечалось ранее, соединения с пазами на крупных компонентах чаще всего имеют большие различия в посадке, что приводит к изменению объема сварного шва. Вот несколько дополнительных проблем, которые робот должен решить: • Увеличенный объем шва приведет к недостаточному заполнению сварного шва. • Уменьшенный объем шва приведет к переполнению сварного шва. • В зависимости от серьезности изменений в посадке, возможно, потребуется изменить последовательность сварных проходов и слоев, чтобы избежать холодного притира между проходами. Холодная притирка может привести к отсутствию провара и включениям. • Изменения в посадке соединения могут привести к сопротивлению сопла. • Могут возникнуть проблемы со сваркой боковых стенок.