Плазменная сварка

Что такое робот-сварщик: назначение

Робот-сварщик – специализированного оборудование, которое используется при сварке транспорта и для изготовления различной металлической продукции в больших количествах. Такие аппараты выполняют однотипные операции с высокой скоростью. Они также способны выполнять различные виды задач как по отдельности, так и одновременно.

Fanuc cr-14ial

Коллаборативный робот Fanuc CR-14iA/L способен поднимать грузы весом до 14 кг и перемещать их на расстояние не более 82 см. Робот-сварщик способен работать среди людей без дополнительных ограждений или звуковых датчиков. Так как при контакте с человеком он останавливается. Это стало возможным благодаря встраиванию в конструкцию сенсорного стоп-датчика контактной безопасности.

Гибкость и небольшие габариты (296,5 ⨯ 235 мм) удлинённого корпуса позволяют роботу выполнять работы рядом со своим основанием, что особо актуально в небольших помещениях.

Программировать модель легко вручную при помощи панели управления iHMI.

Hyundai использует сварочных роботов в производстве кораблей

Hyundai Heavy Industries (HHI), одна из крупнейших судостроительных компании в мире, разработала миниатюрный сварочный робот для своих сотрудников. Устройство можно возить с собой, а потом прикрепить его к кораблю с помощью магнитов. Маленький робот увеличивает производительность труда в два-три раза.

Устройство весит всего 15 кг, высота — 15 см, длина — 50 см. Рабочая “рука” состоит из шести суставов, делающих её такой же подвижной, как и у человека. Устройство способно функционировать непрерывно, тем самым его производительность намного больше, чем у человека.

Небольшие размеры дают преимущество не только в транспортировке. Робот способен добраться до труднодоступных мест, где человек работать неспособен. HHI применяется не только в судостроении, но и в обслуживании морских нефтяных вышек. Поэтому робот получил несколько видов ПО, позволяющих ему выполнять различные действия на морских строительных площадках: резку стали, взрывные и покрасочные работы.

К тому же производительность увеличивается как минимум вдвое, так как один работник может одновременно контролировать двух-трех роботов.

Варианты плазменного оборудования по силе тока

По способу горения дуги плазменные аппараты делятся на прямые и косвенные. Мы уже рассмотрели это ранее. Теперь перейдем к ранжированию по величине тока дуги. Итак, оборудование образует 3 группы:

Микроплазменные устройства

Оборудование способно выдавать ток до 25 А. Аппараты предназначены для высокоточной сварки, в том числе для соединения тонких листов или деталей. Также микроплазменные приборы применяют для резки изделий.

Плазмотрон работает на постоянном токе. Внутренний диаметр горелки, как правило, меньше 3 мм. В таких устройствах ионизированный газ подают в рабочую зону с ацетиленовыми смесями.

Аппараты на средних токах

Оборудование выдаёт ток в пределах 50–150 А. Плазмотроны применяют для сварки и резки металлов. Защитный газ может быть любым, но чаще используют воздух как оптимальный по стоимости вариант. Горелки комплектуют дополнительной системой охлаждения анода. Некоторые устройства оснащают режимом с малым током.

Сильноточное оборудование

Плазмотроны генерируют токи выше 150 А. Это аппараты промышленного назначения, применяемые в судостроении, производстве ядерного оборудования и других сферах. Как правило, сильноточные приборы встраивают в роботизированные комплексы.

Возможности плазменных аппаратов

Дуга в сварочных аппаратах разогревается до 5000–7000 °С. У мощной плазменной дуги температура минимум в 2 выше. Энергия, сконцентрированная в одной точке, позволяет быстро плавить металл, не затрагивая структуру соседних участков.

Для защиты активной зоны от окисления одновременно с плазмой подаётся инертный газ аргон, азот, также используют пары ацетона. Такой подход позволяет вытеснить кислород из сварочной ванны. В результате удаётся предотвратить окисление, благодаря чему получается высококлассный сварочный шов.

Особенности процесса формирования шва:

• Металл плавится в небольшой зоне.Прилегающие участки не деформируются, поскольку не успевают нагреться.

• Брызги либо не образуются, либо их количество минимально.
• Высокие температуры в зоне расплава формируют тонкий, ровный, однородный шов.

С помощью плазмотронов выполняют высокоточную сварку, фигурную резку и пайку, и это существенно расширяет возможности оборудования. Современные плазменные сварочные аппараты позволяют работать с легированными и углеродистыми сталями, чугуном, с помощью устройств можно сваривать алюминий и цветные металлы.

Технология использования высокотемпературного ионизированного газа даёт возможность работать не только с металлами и их сплавами, но и практически с любым материалом, включая бетон и природный камень (последние два поддаются резке).

Газовые

Преимуществом такого вида сварки является быстрое схватывание материала. Во время работы устройства газ непрерывно подаётся к сварочному наконечнику. Получается пламя, которое и служит источником нагрева. Металл раскаляется до температуры 2500-3000 градусов.

Газовая сварка — один из самых популярных видов соединения металлов в промышленности. Она легко интегрируется в роботизированные системы, поэтому автоматические устройства уже давно вошли в массовое производство. Благодаря роботам этот тип сварки — самый быстрый из существующих.

Дуговые

Дуговой сварочный робот. Фото fanuc.eu.

Дуговая сварка — это обобщённый термин, включающий в себя такие методы, как MIG, TIG, MMA и другие. Во время работы устройства между электродом и металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет материал заготовки на свариваемых краях.

Наиболее популярным методом дуговой нерасходуемой сварки является TIG с вольфрамовым электродом. Поскольку элемент не расплавляется, для защиты металла от окисления используют инертный газ, обычно аргон.

Главная проблема таких роботов — ПО, способное заставить машину правильно выполнить соединение деталей. Лучшие дуговые машины выпускают Kuka, Fanuc, Hanwha.

Зависимость силы тока от толщины материала

Основной параметр — показатель силы тока. Чем больший ток выдаёт устройство, тем с большей толщиной материала может справиться оборудование.

Применительно к стали и чёрным металлам можно ориентироваться на следующие значения: на 1 мм толщины нужен ток 4 А. Для цветных металлов на каждый миллиметр необходимо 6 А.

У аппарата должен быть запас по силе тока не менее 25%, чтобы оборудование не работало на пределе. Например, если требуется разрезать сталь толщиной 5 мм, выбирайте не двадцатиамперный плазменный резак, а прибор на 25 А.

Как работает сварочный робот

Принцип работы устройств зависит от их типа, но всех роботов объединяет похожее строение.

Основу механизма составляет “рука” — нескольких металлических балок, соединённых с помощью подвижных элементов. На конце манипулятора находится рабочая головка, которая и осуществляет сварку.

Коллаборативный робот fanuc cr-15ia

Работа робота Fanuc CR-15iA осуществляется при помощи сенсорного датчика FANUC Force, который встроен в основание оборудования. За распознание предметов ответственны датчики: пространственный 3D FANUC и зрения Vision FANUC.

Запрограммировать роботизированное устройство можно различными способами:

• используя FANUC Teach Pendant или автономное устройство;
• применив руководство FANUC Hand Guidance, при помощи которого можно провести робота через точки движения или по определённой траектории, необходимой для выполнения задачи и записи пути.

Модель CR-15iA очень компактна, поэтому идеально подходит для погрузочно-разгрузочных работ. Максимальная грузоподъемность аппарата составляет 15 кг. По вертикали аппарат может поднять детали и ящики на высоту 2,41 м, горизонтально – вытянуться на расстояние 1,44 м.

Коллаборативный робот hanwha hcr-3a

Робот Hanwha HCR-3A подходит для выполнения задач с малым весом (не более 3 кг). При помощи данного роботизированного оборудования легко автоматизируются различные виды повторяющихся действий, таких как: проверка, сборка, полировка, складирование и паллетирование (укладка) объектов; завинчивание деталей; обслуживание станков.

В связи с большим количеством выполняемых операций робот может использоваться в различных отраслях промышленности:

• сварочное производство;
• металлургия;
• производство микросхем;
• сборка и комплектовка на складах;
• литье;
• лакокрасочное производство.

Модель изготовлена согласно стандартам безопасности, которые позволяют использовать роботизированный аппарат для совместной с человеком работы. Наличие большого количества сенсоров позволяет создать удобную рабочую среду для сотрудников, так как при обнаружении малейшего столкновения с любым объектом робот мгновенно останавливается.

Мини-робот от kuka — один из самых маленьких и производительных аппаратов для автоматической сварки

Компактный размер этой модели позволит сэкономить рабочую площадь. Фото maschinenmarkt.vogel.de

Компания Kuka выпустила один из самых небольших стационарных сварочных роботов — WTG 1200. Размеры его рабочей ячейки всего 1200×800 мм — это самый маленький автоматический сварочный аппарат с технологией дуговой сварки.

Грузоподъёмность устройства — 6 кг, при этом оно оптимизировано для работы на особо высоких скоростях. Управление осуществляется с помощью пульта, можно включить автоматический или ручной режим.

Разработчики реализовали защиту для работников. Пока двери в камеру хранения материалов открыты, машина не запустится.

Устройство уже внедрено на различные производства. Как показала практика, с помощью этого робота производительность увеличилась до 50% благодаря высокой скорости работы системы.

Наличие компрессора

Работа аппаратов зависит от подачи воздуха. Часть моделей имеет встроенный компрессор, другие плазменные аппараты нуждаются в соединении с внешним источником. У приборов без компрессорного блока есть собственные плюсы:

• Небольшой вес.
• Мобильность.
• Компактный размер.

Обратите внимание! Выбор компрессора зависит от параметров самого плазмотрона. Необходимо учитывать два показателя:

• Производительность: требуется брать компрессор с запасом минимум на 25% выше, чем показатель в паспорте плазменного устройства.

• Рабочее давление: значение должно быть больше или равно давлению плазмотрона.

Особенности дуги

Сварочная дуга плазменных аппаратов склонна к распаду. Чтобы избежать негативного эффекта перед началом сварки дугу стабилизируют («закручивают»), формируя мощный тонкий поток ионов.

Плазменный аппарат способен формировать три типа дуги:

• прямой;
• косвенный;
• смешанный.

Прямая дуга возникает между электродом и обрабатываемой деталью. В стабильном состоянии она может поддерживаться как постоянным, так и переменным током.

Косвенная дуга зажигается между электродом и соплом горелки. Интенсивность ионизированного потока контролируется давлением подаваемого газа. Вариант позволяет получить:

• Устойчивую дугу на малом токе.
• Меньшее потребление газа.
• Нулевое разбрызгивание.

Смешанная дуга формируется между катодом, соплом и деталью.

Особенности сварочных роботов и принцип работы

Сварочные роботы состоят из нескольких частей:

1. Блок управления. Он может быть как выносным (пульт управления), так и встроенным. При помощи электронного блока управления задаются различные параметры: координаты перемещения робота-сварщика, движение горелки по определённой траектории, определяются необходимые подготовительные действия (например, зачистка металла, обезжиривание), выставляются настройки процесса сварки (температура, вид обрабатываемого металла и т. д.).
2. Источник питания. В качестве элементов питания для электрических роботов-сварщиков могут выступать аккумуляторы (передвижные сварщики) или непосредственный источник электричества (стационарные модели). В газовых сварщиках используются баллоны с газом.
3. Преобразователь вольт-амперных характеристик.
4. Подающее устройство. Чаще всего в качестве такого устройства выступает управляемая рука-манипулятор. Она состоит из нескольких отрезков (от 3 до 6), соединённых поворотными узлами, и газовой горелки или сварочного электрода, при помощи которых производится сварка. Простые по конструкции манипуляторы способны поднимать до 25 кг веса.
5. Табло. Оно отражает выставленные характеристики, время, оставшееся до конца сварки, количество израсходованного газа или электричества и другие параметры.

Принцип работы робота-сварщика зависит от его типа и конструкции. В основном все подобные устройства имеют подвижную руку со сварочным устройством на конце. Чем больше на руке у робота узлов, тем больше операций он сможет выполнять. При наличии в конструкции оптического наводчика роботизированный аппарат может сам точно выбирать место для наложения шва.

Обычно после установки необходимых параметров и запуска машины оператор не принимает никакого участия в процессе сварки. При необходимости он может отключить машину или некоторые модели сделают это самостоятельно.

Перспектива

Специалисты обещают, что сварочные роботы будут управляться с помощью мысли.

Перспектива использования роботов-сварщиков

Максимально автоматизированный процесс сварки позволит получать заготовки идеального качества в короткие сроки. При этом исключаются риски травматизма и непосредственного участия человека в процессе.

Учёные и инженеры считают оптимальным вариантом внедрение в робота-сварщика нейроинтерфейса, задействуя который, можно управлять процессом при помощи силы мысли вдали от опасного производства. Нейроинтерфейс работает по принципу электроэнцефалограммы: к человеку присоединяются датчики ЭЭГ, и в тот момент, когда он просматривает изображения сварных соединений, ПО робота распознаёт и запоминает необходимый результат.

Важно! Использование нейроинтерфейса позволит совсем не программировать робота-сварщика. Достаточно будет только силой мысли передать ему изображение. Благодаря такой технологии экономятся время и средства, затрачиваемые на программирование и написание программы для конкретного вида сварки. Вследствие этого стоимость готовой детали значительно уменьшается.

В перспективе использование сварочных роботов будет широко распространено в отраслях, в которых требуется исключение участия человека из процесса производства. Роботизированные механизмы способны проводить сварку любой сложности, а также работать при неблагоприятных для человека условиях.

Плазменная сварка paw

Плазменная сварка: защитные газы

Малый диаметр плазменного сопла не обеспечивает должной защиты сварочной ванны – процесс PAW требует значительно большего кольца экранирующей смеси, чем прочие виды сварки.

Базовые защитные композиции для плазменной сварки: аргон-водород (20%), аргон-водород-гелий.

Плазменная сварка: нормативная документация

ГОСТ Р ИСО 857-1-2009. Сварка и родственные процессы. Термины.
ГОСТ 27776-88. Производственные гибкие модули. Электродуговая и плазменная сварка.
ГОСТ 10594-80. Оборудование для плазменной обработки металлов. Сварка, резка.
ГОСТ 12.2.007.8-75. Устройства электросварочные для плазменного процесса.

Популярные модели плазменных аппаратов от плазмореза до универсального устройства

Многофункциональное оборудование австрийской компании

PMI 50 TL

подходит для использования в следующих вариантах работ:

• PSW: точечная плазменная сварка.
• PAW: микроплазменная.
• TIG DC: аргонно–дуговая с питанием от постоянного тока.
• MMA: электродуговая.

Используя PMI 50 TL, можно сваривать легированные и нержавеющие стали, цветные металлы, включая медь, сплавы, серебро.

Плазмотрон позволяет работать со стальными листами толщиной до 0,1 мм. В оборудовании предусмотрена удобная индикация рабочих параметров на сенсорном ЖК–экране. Развитая программная часть даёт возможность пользователям сохранять параметры процессов. Память плазмотрона PMI рассчитана на 50 программ.

После того как на панели выставлены настройки, часть устройства закрывается прозрачной крышкой. Такая конструкция позволяет избежать случайных изменений параметров в ходе работы.

Оборудование может подключаться к передвижной электростанции, что позволяет им пользоваться вдали от цивилизации.

Плазмотрон Горыныч 37–10 предназначен для работы с нержавеющей сталью, медью, алюминием и их сплавами. Допускается сваривать стальные листы толщиной до 0,3 мм. Глубина реза достигает 7 мм, при этом область металла с изменяемой структурой не превышает 1,5 мм, что соответствует ширине реза.

Компактное оборудование может работать от стационарной розетки на 220 В, а также подключаться к автономному генератору.

Возможности плазменных аппаратов позволяют работать с разными металлами. Даже учитывая большую стоимость в сравнении с обычными сварочниками, такие вложения оказываются оправданными, если на первое место выходит качество сварного шва.Тем не менее, многое в использовании оборудования зависит от квалификации сварщика и его навыка.

Продолжительность работы

Время показывает, как долго оборудование способно работать в непрерывном режиме на максимальных значениях тока в течение одного цикла (всего 10 минут). Например, если стоит значение 50%, то устройство должно работать 5 минут и ещё 5 потребуется на перерыв. Для несложных работ по разрезанию металла 50% хватает.

Рекомендуемое оборудование

Производством автоматического оборудования занимаются следующие компании:

Они выпускают роботов всех видов: от промышленных (Kuka, Fanuc и Hanwha) до коллаборативных (все упомянутые) и образовательных (uFactory). Это и портативные устройства для ускоренной работы, и крупные аппараты, позволяющие обрабатывать огромные пласты материалов.

Технологии плазменной сварки

Полуавтоматическая (ручная). Микроплазма (переменный ток 0.1-15 А), толщина рабочей поверхности 0.1-1 мм. Беспучковое сопло (переменный ток 15-100 А), толщина базовой плоскости 1-3.5 мм.

Автоматическая (плазмотрон). Интенсивный переменный ток свыше 100 А.

Сварка с проникающей дугой — формирование сквозного отверстия в металле, преобразование сварочной ванны в шов. Толщина металла 3.5-10 мм (в один проход). Сварка с подачей присадочной проволоки (толщиной от 1.5 мм).

Плазменная технология применяется для сварки: сталей (включая нержавейку), чугуна, титана, алюминия и меди (в том числе сплавов на их основе).

Оборудование для PAW-процесса: сварочный инвертор, трансформатор, аппарат плазменной резки.