2.11 Автоматизовані складально-зварювальні установки і верстати

Зварювальні автомати, забезпечуючи автоматизацію процесу зва­рювання, є складовою частиною установок і верстатів.

Зварювальна установка — це комплекс, який скла­дається із зварювального автомата з джерелом живлення стенда, що фіксує виріб у процесі зварювання. Установка забезпечує автоматиза­цію комплексу операцій, пов'язаних із зварюванням і фіксацією виробу.

Установка УД425 (рисунок 2.56, а) для зварювання великогабаритних металоконструкцій створена на базі автомата АД238 консольного типу для газоелектричного зварювання на струмах 630 А і обертача зварю­ваного виробу. Виріб складається на окремій позиції в кондукторі «супутника» (із урахуванням зварювальних деформацій) і передається до установки. На установці кондуктор «супутник» закріплюється в обертач, який забезпечує фіксований поворот виробу при зварюванні кожного з чотирьох багатопрохідних швів (рисунок 2.56, б). При кожному повороті здійснюється зварювання одного з валків багатопрохідного шва. Запрограмований цикл послідовності зварювання валків швів забезпечує мінімальні деформації виробу.

Зварювальні установки широко застосовують при створенні ма-лосерійних виробництв. Вони легко можуть бути переорієнтовані на зварювання подібних за формою і типорозмірами виробів через заміну кондукторів, стапелів і перепрограмування циклу роботи.

1 — зварювальний автомат;

2. — Кондуктор «супутник»;

3. — Обертач

Рисунок 2.56 – Установка УД425

Поряд із застосуванням високопродуктивних способів зварю­вання (багатодугових, багатоголовних) головними шляхами підви­щення продуктивності праці у виробництві зварних конструкцій є суміщення у просторі і у часі кількох

зварювальних, складальних і формувальних операцій. Із цією метою в умовах масового вироб­ництва використовують верстати — комплекси, в яких автомати­зовано вантажні, складальні, зварювальні і розвантажувальні опера­ції. Верстати дають істотну економію виробничих площ і підвищення у 2—5 разів продуктивності праці та коефіцієнта використання ус­таткування. При створенні спеціалізованих верстатів для великосе-рійного чи масового виробництв із жорстким програмним керуван­ням використовується принцип агрегатування та уніфікації. Крім модулів зварювального апарата, верстати містять пристрої заванта­ження І розвантаження деталей і зварних виробів, контролю якості зварних з'єднань тощо.

Основним масовим типом зварних конструкцій є зварні вузли невеликих габаритних розмірів і наплавлювані деталі. Наприклад, гальмові колодки, карданові вали, диски коліс, катки та інші деталі у вигляді тіл обертання, балансири, картери задніх мостів, підресорні опори, труби глушників та інші подібні вузли автомобілів, тракторів, причепів, дорожних і сільськогосподарських машин, з'єднання труб­них елементів хімічних та теплообмінних апаратів.

За приклад комплексного підходу до автоматизації складання і зва­рювання можуть правити верстати-автомати УД107, УД107-1, УД235 для виготовлення гальмових колодок автомобілів і сільськогоспо­дарських машин.

Гальмова колодка складається з ребра і обода (рисунок 2.57). Верстат (рисунок 2.58) містить два транспортери, перевантажу­вачі, обертач із кондуктором виробу і дві головки для зварювання у захисних газах плавким електродом на струмах до 500 А.

1 — обід; 2 — ребро

Рисунок 2.57 – Конструкція зварної гальмової колодки

У кондукторі обертача ребра центруються за діаметром і ши­риною. Захват перевантажувача розкривається і повертається у ви­хідне положення, де завантажується наступними ребрами, потім перевантажувач обода, який стиснув у своєму захваті обід, поверта­ється і притискує його до ребер, які затиснуто в кондукторі, підводиться притискний ролик, що утримує обід щодо обертача. Захват повертається до вихідного положення, де його завантажує конвейєр черговим ободом, вмикається обертання, зварювання здійснюється двома головками одночасно. Після закінчення зварювання і повернен­ня обертача до вихідного положення притиски розходяться, а гальмів­на колодка вивантажується з кондуктора, в цей час інша половина кон­дуктора завантажується ребрами і ободом. Увесь цикл роботи верстата, що містить подавання заготовок, складання і центрування їх на патроні, зварювання і вивантаження, повністю автоматизовано.

1, 6 — конвеєри; 2, 5 — зварювальні головки; 3 — обертач ; 4 — притискний ролик; 7, 8 — перевантажувачі

Рисунок 2.68 – Верстат для складання і зварювання гальмових колодок

Продуктивність верстата — до 120 шт. ко­лодок за 1 год.

Автоматизація складання заготовок, позиціювання виробу та зварювального інструменту — це потрібна умова запобігання деяким технологічним і кінематичним збуренням. Однак досягнення заданої якості зварного з'єднання можливе лише на основі раціонального ке­рування параметрами зварювального режиму з урахуванням усієї сукупності збурень, які визначаються умовами зварювання кожного стику.

За приклад сучасного підходу до автоматизації керуванням зварю­вальним режимом може правити САК зварюванням кільцевих не­поворотних стиків труб із титану 8 мм із стінкою завтовшки 1,5 мм

1 — заварювальний пальник; 2 — корпус камери; 3 — трубна заготовка; 4, 5 — су­порти вертикальних і горизонтальних установочних переміщень відповідно; 6 — присаджувальний дріт; 7 — планшайба; 8 — привод планшайби

Рисунок 2.59 – Складально-зварювальна головка верстата-автомата типу «Вос-ток» :

для теплообмінних апаратів енергетичного і хімічного машинобуду­вання. Труби зварюють у камерах, заповнених аргоном (рис. 2.59), що ускладнює візуальний контроль за процесом зварювання і, поряд з малим перерізом труб, робить практично недосяжним контроль якості формування шва з внутрішнього боку труби відомими техніч­ними засобами (див. 2.7). Потрібна експлуатаційна надійність таких зварних з'єднань забезпечується відповідністю розмірів поперечного перерізу шва, заданих на всьому периметрі стику, відсутністю у швах дефектів кристалізаційного характеру і дефектів формування: під­різів, пропалів, непроварів при допустимій

нестабільності опуклості кореня шва ±0,2 мм. Встановлені показники якості швів в умовах, неминучих при зварюванні збурень, досягаються раціональним вибо­ром способу зварювання, мінімально чутливого до характерних для заданих умов зварювання збурень, і автоматичною корекцією режиму за визначальними показниками якості швів.

Запобігання впливу на якість швів випадкових збурень, які визначаються відхиленнями довжини дути або параметрів живильної системи, несиметричністю положення стику відносно осі електрода і деякими іншими, досягається застосуванням для зварювання сти­ків труб малого діаметра імпульсно-дугового зварювання (ІДЗ) вольфрамовим електродом з ЕМВ. Стаціонарні збу­рення, спричинені зміною просторового положення зварювальної ванни і розігріванням труби у процесі зварювання зустрічним те­пловим потоком від головної частини ванни, достатньо повно компен­суються програмним керуванням параметрами зварювального режиму по периметру стику і використанням для цього систем керування з розімкненим циклом дій.

Найбільші складності виникають із компенсацією впливу тех­нологічних збурень, які визначаються як якістю підготовки торців заготовок та складанням їх, так і можливими відхиленнями товщини стінок труб, які стикуються. Нестабільність товщини стінки за твір­ною труби (поздовжня різнотовщинність) при достатньо високій стабільності товщини стінки у кожному поперечному перерізі є не­минучим нестаціонарним збуренням, що визначається типовою тех­нологією виготовлення труб малого діаметра методом волочіння. Непостійність товщини стиків труб, що надходять для зварювання, при збереженні встановлених параметрів зварювального режиму призводить до зміни розмірів зварювальної ванни і з'явленню не-проварів, або надлишкової опуклості металу у корені шва, непри­пустимо знижує прохідний переріз труби.

Запобігання подібним дефектам вимагає застосування у системі керування засобів адаптації зварювального режиму з урахуванням перш за все технологічних збурень при зварюванні кожного стику. Сумарний вплив технологічних збурень на умови зварювання можна оцінити за кількістю енергії, яка витрачається на зварювання з пов­ним проплавленням початкової ділянки стику, що слушно перш за все для стиків, автоматичне складання яких гарантує відсутність збурень типу «злам осі» і які мають постійну товщину поперечного перерізу [35]. При цьому момент досягнення наскрізного проплавлення визначають по з'явленню у спектрі напруги дуги коливань із часто­тою вимушених пульсацій захисного газу всередині трубки.

Основний контур адаптивної САК (рисунок 2.60) верстата для зва­рювання неповоротких стиків труб малого діаметра містить зада-вальний 3, програмуючий ПП, коректуючий КП, виконавчий ВП пристрої і об'єкт керування ОК, який, у свою чергу, є складною динамічною системою «зварювальне джерело живлення (ЗДЖ) — дуга — зварювальна ванна» (див. рисунок 1.2). За контрольований (вихід­ний) параметр у САК взято досягнення наскрізного провару стику труб.

Зварювальний цикл починають із умикання задавальним пристро­єм пристрою ВП, далі починається вироблення коректувальної дії кон­туром адаптації, який забезпечує відновлення невідомої характерис­тики об'єкта (рівня технологічних збурень). Контур містить вимірю­вальний В, перетворюючий П і порівнюючий (компаратор КОМП) пристрої, які дають змогу визначити наявність наскрізного провару

Рисунок 2.60 – Функціональна схема адаптивної САК зварювання непово­ротних труб малого діаметра

за способом, розглянутим у 2.7 (див. рисунок 2.31). Поточний резуль­тат через комутатор К надходить до обчислювального пристрою ОП, який, працюючи за моделлю М, провадить обчислення енергії, витраченої на досягнення наскрізного проплавлення при ІДЗ пер­ших трьох точок. Після досягнення провару з виходу КОМП сигнал надходить до запам'ятовуючого пристрою — тригера Т, який за до­помогою комутатора К вимикає пристрій 3 від ВП і коло В—П— КОМП від пристрою ОП. Вироблення коректувальної дії здійснює ОП на основі роботи з моделлю, що визначає зв'язок між енергією, яку витрачено на зварювання початкової ділянки шва (ділянки іденти­фікації), і законом зміни зварювального струму від просторового положення зварювального пальника при зварюванні частини стику, що залишилася. Математична модель — це лінійна функція з нелі­нійними параметрами, які відбивають залежність зварювального стру­му від положення зварювального пальника для граничних випадків дії технологічних збурень:

де п — номер ділянки; І (п) — струм на n-й ділянці стику зварюва­ної труби; Е — енергія, яку витрачено на зварювання із заданим проваром першої ділянки стику; Е_тах — енергія, яку витрачено на зварювання з наскрізним проваром першої ділянки стику труб при дії збурень максимального рівня; Е_min — енергія, яку витрачено на зварювання із заданим проваром першої ділянки стику труби при дії збурень мінімального рівня; I_(п)max — струм на п-й ділянці сти­ку труби, який відповідає максимальній енергії, витраченій на зва­рювання із заданим проваром першої ділянки стику труб при дії збурень; I_(п)min — струм на n-й ділянці стику труби, який відпові­дає мінімальній енергії, витраченій на зварювання з наскрізним проваром першої ділянки труб при дії у процесі зварювання збурень.

Рисунок 2.61 – Структура САК зварюванням стиків труб

Складний програмно-логічний цикл керування технологічним про­цесом і потреба виконання математичних перетворень визначають використання як ядра САК керуючої мікроЕОМ із розвинутою пе­риферією. Швидкість протікання процесів і взятий алгоритм керу­вання дають змогу обмежитися для керування у реальному часі фор­муванням зварного шва 8-розрядною мікроЕОМ.

МікроЕОМ, яку взято за ядро САК (рисунок 2.61), має у своєму складі пульт для зв'язку з оператором (зварником) і периферійні пристрої.

Виділення з напруги дуги сигналу досягнення наскрізного про­плавлення (рисунок 2.31) і визначення витраченої для цього енергії, що забезпечує попереднє часткове заглушення завад, здійснюють із по­передньою аналоговою обробкою інформації вимірювачем-перетворюва-чем ВП. Пристрій аналогового введення ПАВ має потрібний протокол зв'язку з центральним процесором мікроЕОМ.

Спряження мікроЕОМ із об'єктом керування виконане за допо­могою ПЦВВ через відповідні канали інтерфейса: 1 — зварювального джерела живлення ЗДЖ; 2 — пневмосистеми верстату ПСВ; 3 — привода подавання присаджувального дроту ППД; 4 — привода перемі­щення зварювального пальника ППП.

Інтерфейс має власне джерело живлення, вмикання якого забезпе­чує мікроЕОМ.

Високий рівень електричних перешкод, характерніш для техноло­гічного процесу зварювання (робота пристрою підпалювання дуги, тиристорних перетворювачів у зварювальних джерелах живлення та ін.), визначає використання імпульсного керування виконавчими пристроями складально-зварювального верстата (електропневмокла-панами, приводами технологічного модуля) і регулятором ЗДЖ. Під­вищення перешкодостійкості вимагає також застосування значного рівня керуючих та інформаційних сигналів (24 В), що визначає кон­структивні особливості пристрою цифрового введення — виведення ПЦВВ, який спряжує мікроЕОМ із виконавчими пристроями САК.

Контрольні питання до розділу 2.

1. З яких елементів складається структурна схема об’єкту керування при дуговому зварюванні.

2. Що називається циклограмою пристрою керування дуговим зварюванням?

3. Які функції повинні виконувати САК дуговим зварюванням?

4. Які функції виконує пристрій програмного керування дуговим зварюванням?

5. Які функції виконує регулятор напруги?

6. Які функції виконує регулятор струму?

7. Привести схему пристрою для імпульсно-дугового зварювання.

8. Які ви знаєте параметри поперечного перерізу шва?

9. Які функції виконують слідкуючі САК дуговим зварюванням?

10. Які функції виконують універсальні зварювальні автомати?

11. Які функції виконує модуль системи керування?

12. Які ви знаєте типи зварювальних автоматів?

13. Дайте визначення зварювальної установки?