ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ КОТЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СВАРОЧНОГО КОМПЛЕКСА

Левчук Алексей Юрьевич

магистрант,
Новосибирский Государственный Технический Университет,

г. Новосибирск,

технолог, компания «Теплодар»,
РФ, г. Новосибирск

E -mail: ge.911@mail.ru

Скиба Вадим Юрьевич

канд. техн. наук, доцент,
Новосибирский Государственный Технический Университет,
РФ, г. Новосибирск.

Глейм Виктор Робертович

магистрант,
Новосибирский Государственный Технический Университет,

РФ, г. Новосибирск.

Плотников Кирилл Павлович

магистрант,
Новосибирский Государственный Технический Университет,

РФ, г. Новосибирск,

Ча Григорий Олегович

магистрант,
Новосибирский Государственный Технический Университет,

РФ, г.  Новосибирск.

PRODUCTION OF WATER HEATING BOILERS USING AUTOMATIC WELDING COMPLEX

Aleksey Levchuk

master’s Degree Student,
Novosibirsk State Technical Univeristy, Novosibirsk, Technologist, Company “Teplodar”,
Russia, Novosibirsk

Vadim Skiba

candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
Novosibirsk State Technical Univeristy,
Russia, Novosibirsk

Victor Gleym

master’s Degree Student,
Novosibirsk State Technical Univeristy,
Russia, Novosibirsk

Kirill Plotnikov

master’s Degree Student,
Novosibirsk State Technical Univeristy,
Russia, Novosibirsk

Gregory Cha

master’s Degree Student,
Novosibirsk State Technical Univeristy,
Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

В статье представлены: описания продукции, используемого оборудования и оснастки, часть технологического процесса изготовления продукции, способ усовершенствования конструкции изделий, подобранные расходные материалы и режимы сварки, способ автоматического отслеживания сварного шва. А так же опытно доказано увеличение производительности операции.

ABSTRACT

The article presents description of the product, used equipment and tool, part of technological process of manufacturing products, the method of improving products construction, selected consumables and welding conditions, the method of automatic seam following. Increase of productivity operations is also proved.

Ключевые слова : автоматизация; сварка; водонагревательный котел.

Keywords : automatization; welding; water heating boiler.

Введение

Вопросам автоматизации сварочных процессов уделялось и уделяется в настоящее время значительное внимание. Эти вопросы отражены в содержании ряда научно-технических программ страны на текущий период [7; 10]. Они рассматривались в качестве основных задач по ускорению научно-технического прогресса и развитию науки и связывались в первую очередь с широким внедрением автоматизированных систем управления в различных областях хозяйственной деятельности. Успешное решение указанных задач имеет важное значение и для дальнейшего развития всего сварочного производства [1; 6; 8]. Целью данной работы является разработка технологических рекомендаций, для внедрения в серийное производство автоматизированного сварочного комплекса.

Описание продукции и комплекса

В данной работе рассматривается автоматизация процесса сварки водогрейных котлов производства ООО «ПКФ Теплодар», схожих по конструкции и различающихся габаритами (Куппер ОК-15 – наименьшая модель, Куппер ПРО-42 – наибольшая). Корпус котла состоит из листовых деталей, толщиной 3 мм и трубного теплообменника, изготавливаемых из стали 08пс ГОСТ 9045-93, соединённых между собой посредством сварочного соединения тавровым и угловым односторонним швом без скоса кромок. Первоначальная технология изготовления продукции заключалась в полуавтоматической сварке, выполняемой работниками вручную. Далее представлены основные составляющие автоматизированного сварочного комплекса (рис. 1, 2):

·     Сварочный манипулятор FANUC ARC Mate 120iC/12L [4]

·     Контроллер FANUC R-30iB [3]

·     Двухосевой позиционер FANUC грузоподъёмностью 500 кг [9]

·     Источник питания KEMPPI KemparcPulse 450 (аппарат для сварки MIG/MAG) [2]

Рисунок 1. Сварочный манипулятор и двухосевой позиционер с установленным на него изделием

Рисунок 2. Контроллер и источник питания

Внедрение (интеграция)

Перед запуском проекта, в конструкцию изделий были добавлены соединения типа «шип-паз» для более точного позиционирования сварных швов в пространстве (рис. 3).

Рисунок 3. Соединение типа «шип-паз»

Перед установкой свариваемых элементов на позиционер, необходимо обеспечить их однозначное положение друг относительно друга, предварительно собрав сборочную единицу на «прихватки». Далее корпус устанавливается на специальное приспособление, установленное на двухосевом позиционере, при помощи кран-балки. Приспособление обеспечивает базирование котла при помощи четырёх цилиндрических пальцев, через отверстия в опорах, фиксация осуществляется при помощи четырёх рычажных зажимов (рис. 4).

Рисунок 4. Приспособление для установки котла, располагающееся на двухосевом позиционере

В процессе программирования особое внимание уделяется очерёдности сварки швов, для максимального снижения остаточных напряжений и деформаций.

В качестве расходных материалов используется присадочная проволока СВ-08Г2С ГОСТ 2246-70 (с омеднённым покрытием), рекомендуемая для сварки деталей из стали 08пс ГОСТ 9045-93, а так же смесь защитных газов аргона и углекислого газа в количестве 82% и 18 % соответственно.

Назначение режимов сварки заключается в выборе напряжения, величины сварочного тока, расхода защитного газа, скорости перемещения сопла и траектории движения сопла вдоль шва. Так как типы швов на котле различны, то все параметры будут представлены в виде диапазонов. Для различных швов применяются 3 разные траектории движения сопла вдоль шва: прямая, линейное и радиусное поперечное колебание [5] (рис. 5, 6).

Рисунок 5. Траектория линейного поперечного колебания

Рисунок 6. Траектория радиусного поперечного колебания

От траектории зависит и скорость перемещения сопла, для линейного она составляет 9–10 мм/сек, а для линейно-колебательного и циркуля 5–7,5 мм/сек. Расход смеси защитных газов зависит от скорости сварки и варьируется от 10 до 15 л/мин. Для поддержания постоянного сопротивления дуги напряжение и сила тока варьируются от 18 до 25 В и от 80 до 200 А соответственно. Все эти значения были получены экспериментально.

В процессе сварки используется система отслеживания шва по дуге (TAST). TAST может осуществлять управление роботом для поддержания тока постоянной величины между сварочной проволокой и деталью. Поэтому, если деталь располагается от проволоки на расстоянии, отличающемся от установленного программой, то робот автоматически исправляет собственную траекторию и обеспечиваются оптимальные режимы сварки. Система TAST позволяет роботу отслеживать сварной шов как по вертикали (между горелкой и деталью), так и по горизонтали (поперёк шва), посредством контроля изменения сварочного тока [5].

Так как к сварным швам предъявляются требования по герметичности, то контроль осуществляется методами капиллярной дефектоскопии.

Для снижения штучного времени изготовления, был приобретён и внедрен в технологический процесс второй двухосевой позиционер. Благодаря этому появилась возможность производить установку следующего изделия одновременно со сваркой.

Вывод

Таким образом, внедрение в технологический процесс автоматизированного сварочного комплекса позволило увеличить производительность процесса сварки (один сварщик за 8-ми часовую смену изготавливает 6 внутренних корпусов котла, робот за такой же период времени – 12 шт.). Экспериментально установлено, что использование данной автоматизированной системы способствует улучшению качества сварных швов, что, в свою очередь, также сказывается на экономии времени, поскольку не требуется дополнительная доработка изделия после дефектоскопии.

Список литературы:
1. Гладков Э.А. Автоматизация сварочных процессов: учебник / Э.А. Гладков, В.Н. Бродягин, Р.А. Перковский. – М.: Издательство ИГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – 421 с.
2. Каталог продукции компании Kemppi [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.kemppi.com/inet/kemppi/ru/akp.nsf/frameset/Frameset?OpenDocument&left=/inet/kemppi/ru/akp.nsf/WEB_Nav?OpenView&navcat=Search&main=/inet/kemppi/frontpage.nsf/0/D19B6356C7D4C536C22574570038B542?opendocument&top=/inet/kemppi/ru/akp.nsf/Top?ReadForm&topcat=Product%20Info (дата обращения: 18.12.2015).
3. Контроллер R-30iB компании Fanuc [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.fanuc.eu/ru/ru/роботы/принадлежности/контроллер-r-30ib (дата обращения: 18.12.2015).
4. Робот для дуговой сварки ARC Mate 120iC/12L компании Fanuc [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.fanuc.eu/ru/ru//роботы/страница-фильтра-роботов/дуговая-сварка/arcmate-120ic-12l (дата обращения: 18.12.2015).
5. Серия роботов FANUC, Контроллер R-J3iC ARC TOOL, Руководство оператора.
6. Скиба В.Ю. Актуальные проблемы в машиностроении. Новосибирск, 2014. – 588 с.
7. Скиба В.Ю. Актуальные проблемы в машиностроении: сборник материалов первой международной научно-практической конференции // Хроники объединенного фонда электронных ресурсов Наука и образование. – 2014. – № 11 (66). – С. 83.
8. Скиба В.Ю., Корниенко Е.Е., Веселов С.В., Плотникова Н.В. Определение рациональных режимов электродуговой сварки стали 30ХГСА с помощью конечно-элементного моделирования в программном комплексе SYSWELD // Сборник научных трудов VI Межд. науч.-техн. конф. «Современная металлургия начала нового тысячелетия». Часть 1. Липецк: ЛГТУ, 2009. – С. 238–245.
9. Устройства позиционирования компании Fanuc [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.fanuc.eu/ru/ru/роботы/принадлежности/устройства-озиционирования (дата обращения: 18.12.2015).
10. Actual Problems and Decisions in Machine Building / ed. by V.Yu. Skeeba. – Pfaffikon: Trans Tech Publ. – 2015. – 344 p.