Роботизированная сварка представляет собой полностью автоматизированный процесс, который реализуется за счёт использования специальных роботов-манипуляторов, сварочного оборудования, оснастки и его рабочего пространства. Основные преимущества сварки роботом заключаются в первоклассном качестве готовых изделий и высокой производительности сварочного производства. Как и у любого современного и высокотехнологичного производства, в области сварки роботом существует масса важных особенностей, знание которых позволит достичь наилучшего результата и запустить действительно безопасный, высокоэффективный сварочный процесс [1]. Об основных особенностях технологии сварки роботом и пойдёт речь в данной статье.
Как уже отмечалось, главным достоинством роботизированной сварки является её высокая точность: так, современные роботы для сварки имеют технические характеристики, предоставляющие возможность добиться точности позиционирования сварочной горелки с минимальными допусками порядка 0.03–0.05 мм, что является достаточным для подавляющего большинства сварочных задач.
Однако необходимо отметить некоторый недостаток робота, который заключается в том, что, в отличие от человека, при недостаточно точном позиционировании детали он не может самостоятельно изменить траекторию и найти правильную точку для сварки, и в этом случае погрешность позиционирования и сборки заготовок не должна превышать ±0.5 мм [2].
Чтобы достичь данной точности позиционирования используются методы коррекции сварочной траектории, например, использовать лазерную систему слежения за швом. Коррекция траекторий дает возможность при сохранении качества обеспечить высокую точность сварного изделия, но, с другой стороны, при её использовании ожидается падение производительности процесса вплоть до 30 % времени изготовления.
Благодаря использованию технологической оснастки, технологический процесс сварки с применением роботов позволяет сократить потери времени на коррекцию сварочной горелки.
Наряду с этим, сварочная оснастка должна фиксировать свариваемую заготовку на устройстве позиционирования и предоставлять роботам свободный доступ к местам сварки. Нет необходимости использования сварочной оснастки в качестве инструмента правки геометрии свариваемой заготовки до её попадания на линию последующей автоматизированной сварки. Исключением может служить использование гидравлических зажимов. Суть применения гидравлических зажимов заключается не только в фиксации, но и в обеспечении определённой геометрии заготовки при сварке.
Поскольку сварочные роботы — это современное, высокоточное и высокотехнологичное оборудование, то и заготовка, поступающая на операцию роботизированной сварки, должна удовлетворять высоким требованиям точности и качества, что выражается в необходимости использования соответствующего оборудования на всех этапах, предшествующих сварке [2]. Использование современных станков плазменной и лазерной резки с ЧПУ является отличным решением для раскроя листов металла под последующую обработку автоматизированной сваркой.
Кроме достойного качества сборки заготовки и правильного её позиционирования, обязательным условием точной сборки, сварки роботом является калибровка узлов самого робота. В общем случае, калибровка роботизированного комплекса включает в себя три этапа: калибровку осей, включая внешние, настройку координат инструмента, настройку координат окружения [3].
Калибровка осей и настройка координат окружения являются обязательными. Калибровку осей, как правило, производят единожды перед первым запуском системы и регулярно проверяют во время планового техобслуживания. Калибровка инструмента необходима для установки связи между инструментальной и базовой системами координат робота-манипулятора, что, в свою очередь, требуется для корректного движения горелки по заданной траектории, а также для точной работы системы коррекции этих траекторий. Координаты окружения необходимы для создания виртуальной модели комплекса в CAM-системе, позволяющей создавать сварочные программы для робота [3].
Выбор метода сварки
Метод роботизированной сварки и, соответственно, сварочное оборудование, выбирается исходя из условий производственной задачи. Поскольку контактная и электродуговая сварка считаются наиболее универсальными и доступными, именно им и будет посвящён наш обзор.
Дуговая сварка представляет собой процесс получения необходимой для нагрева и расплавки металла теплоты за счёт дугового разряда, который возникает между электродом и свариваемым металлом.
Роботизированный комплекс для сварки электродуговым методом использует непокрытую электродную проволоку, а также флюс для защиты дуги и сварочной ванны от воздуха. Благодаря тому, что часть слоя флюса, общая толщина которого составляет 30–35 мм, расплавляется, вокруг дуги образуется газовая полость и происходит глубокое проплавление металла заготовки. При сварке под флюсом на поверхности расплавленного металла, помимо сварочной ванны, образуется и ванна жидкого шлака, поэтому при их застывании сварной шов оказывается покрыт твёрдой шлаковой коркой.
Ещё одна разновидность электродуговой сварки — сварка в среде защитных газов, при которой расплавленный металл электрической дуги и сварочной ванны защищается от воздействия атмосферного воздуха одноатомными аргоном или гелием, нейтральными двухатомными азотом или водородом, или же углекислым газом.
Преимущества сварки в среде защитных газов перед сваркой под флюсом заключается в получении более чистого и визуально более красивого сварного шва без шлаковых включений. Кроме того, дуговая сварка в среде защитных газов считается более производительной и эффективной, по сравнению с обычной дуговой.
При контактной точечной сварке детали соединяются друг с другом не по прямой, а точечно — в одном или нескольких местах одновременно. Прочность сварного соединения при этом обуславливается размером и структурой сварной точки, которые, в свою очередь, зависят от характеристик контактной поверхности электрода, силы и времени протекания тока через заготовку, усилия сжатия и качества поверхностей деталей.
Организация рабочего пространства
Требует к себе повышенного внимания размещение и планировка комплекса для сварки роботом. Необходимо предусмотреть специальные буферные зоны для изделий после сварки. Выбирая место для расположения сварочного комплекса, важно помнить, что стандартные требования к территории включают в себя качественный бетонный пол, толщина которого не должна быть менее 300 мм, с перепадами, не превышающими 5 мм на 1000 мм. На территории расположения роботизированного сварочного комплекса желательно спроектировать подводку осушенного воздуха, а при проектировании электропитания необходимо предусмотреть использование стабилизаторов.
Контроль сварочного цикла
Для того чтобы иметь возможность осуществлять контроль над сварочным циклом, важно представлять себе весь набор операций сварочного комплекса и знать, сколько по времени длятся эти операции. Этот набор данных удобно организовать в виде циклограммы, которая позволит выявить узкие места в работе сварочного комплекса и понять, насколько удачно та или иная операция вписывается в производственный процесс.
Ещё на этапе проектирования роботизированного комплекса необходимо рассчитать оптимальную схему его работы, которая сводила бы к минимуму простой роботов и согласовывалась с реальной загрузкой комплекса, то есть с тем количеством заготовок, которые приходят с предыдущих производственных узлов.
Таким образом, несмотря на трудоемкость организации рабочего места сварочного робота, его настройки, значительной потребности в обучении персонала, программирующего и обслуживающего робота, необходимо отметить следующие основные преимущества современных сварочных роботов перед человеком:
– увеличенная производительность и скорость сварки (фактор времени дуги достигает 60–80 %);
– уменьшение числа рабочих мест (один оператор сварочного робота заменяет 2–4 сварщиков);
– высокое качество сварных швов;
– улучшение условий труда (оператору нет необходимости стоять в непосредственной близости от дуги);
– полная безопасность операторов сварки благодаря минимизации вредного воздействия ядовитых испарений расплавленного металла, радиации и удара электрическим током;
– сокращение ошибок производства, а значит, минимизация брака и переработки.
Литература:
- Сварка и резка металлов, М. Д. Банов, Ю. В. Казаков 2006 г — 400 с.
- Роботизированная сварка. http://vektor-grupp.ru/articles/1114/
- Роботизированная сварка: особенности применения. http://robo-weld.com/technology/welding_method/robotizirovannaya_svarka_osobennosti_primeneniya.html
