Zrobotyzowane spawanie aluminium

© SAP WELD

Udostępnij:

Aluminium, ze względu na swoje specyficzne właściwości fizyczne i chemiczne, zawsze należało do grupy metali trudno spawalnych. Współczesne prefabrykaty ze stopów aluminium zastępują dotychczas stosowane materiały szczególnie tam, gdzie zmniejszenie ciężaru konstrukcji nie może wpływać na jej wytrzymałość z uwagi na konieczność utrzymania obowiązujących norm bezpieczeństwa. Dlatego też obserwujemy coraz większe zainteresowanie robotyzacją procesu spawania tego metalu.

Aluminium to materiał pokryty warstwą trudnotopliwych tlenków, dobrze przewodzący ciepło, które jednak „podane w nadmiarze” mogą wywoływać w jego strukturze nieodwracalne zmiany. Przez wiele lat do jego łączenia stosowano metodę TIG. Jako typowo ręczna jest ona jednak mało wydajna i nieopłacalna w zastosowaniu na szerszą skalę, np. przy procesach produkcyjnych. Zmechanizowanie lub zrobotyzowanie tej metody, pomijając aspekty ekonomiczne, napotyka na wiele trudności. TIG wprowadza do spoiny duże ilości energii liniowej, co może doprowadzić do obniżenia wytrzymałości zarówno samego złącza spawanego, jak i materiału rodzimego w strefie wpływu ciepła (SWC). Ostatnie dwudziestolecie przyniosło niezwykle dynamiczny, oparty na inwertorach spawalniczych, rozwój technologii spawania MAG/MIG. Opracowanie cyfrowej modyfikacji naturalnego łuku spawalniczego w postaci metody MIG PULS wyznaczyło nowe standardy w spawaniu aluminium i otworzyło możliwości robotyzacji tego procesu. Zastosowanie łuku pulsacyjnego pozwala uzyskać, podobnie jak w metodzie TIG, samoistny proces usuwania tlenków aluminium z jeziorka spawalniczego. W efekcie otrzymujemy poprawną i czystą spoinę, wyglądem zbliżoną do spoiny TIG. Zupełnie niedawno okazało się, że dodatkowym atutem metody MIG PULS może być zasilenie łuku spawalniczego napięciem przemiennym. Japońska firma OTC-Daihen jako pierwsza na świecie wdrożyła tę metodę jako AC MIG PULS. Jest ona szczególnie przydatna przy niskoenergetycznym spawaniu cienkich blach aluminiowych.



Niezależnie jednak od tego, czy będzie to spawanie ręczne (półautomatem), czy proces zrobotyzowany, nadal podstawowym problemem w technologii MIG pozostaje pewne i stabilne podawanie drutu spawalniczego. Z tego właśnie względu do spawania manualnego aluminium producenci źródeł prądu rekomendują stosowanie podajnika z czterema napędzanymi rolkami. Przy takim standardzie podawania drutu możliwe jest stosowanie uchwytu spawalniczego z teflonowym prowadnikiem nie dłuższego niż 3 m. Wyjątkiem są aplikacje palników z systemem „push-pull”, które umożliwiają podawanie drutu aluminiowego nawet na odległość do 15 m od podajnika. Podstawową wadą tych systemów przy spawaniu ręcznym jest ich ciężar. Stąd wynika duża uciążliwość pracy z tym sprzętem. Jeśli do tego dodamy konieczność kłopotliwej synchronizacji z podajnikiem spawarki, to jasne staje się, dlaczego systemy „push-pull” nie są stosowane na szeroką skalę. Możliwość aplikacji klasycznych palników „push-pull” w spawaniu zrobotyzowanym jest utrudniona głównie z uwagi na ich gabaryty ograniczające dostęp do niektórych miejsc spawania, przysłoniętych np. przyrządami spawalniczymi. Ponadto komplikuje się w tym wypadku programowanie robota i wzrasta prawdopodobieństwo kolizji palnika z przyrządami.

SYSTEM AC SERVO TORCH
Rozwiązaniem problemów z podawaniem drutu aluminiowego w spawaniu zrobotyzowanym MIG jest opracowany przez konstruktorów z OTC- -Daihen specjalny 4-rolkowy system pod nazwą AC SERVO TORCH. Ze względu na precyzję i pełną sterowalność z szafy robota może on być traktowany jako jego dodatkowa (wewnętrzna) oś. Ideą systemu AC SERVO TORCH jest rozdzielenie dotychczas wykorzystywanego 4-rolkowego podajnika związanego z ramieniem robota na dwa oddzielne, ale zsynchronizowane ze sobą, 2-rolkowe układy. Pierwszy z nich (ilustracja 1) zainstalowany bezpośrednio na wyjściu zasobnika drutu spawalniczego (szpula lub beczka) jest podajnikiem pomocniczym.

Drugi układ napędowy (ilustracja 2), związany bezpośrednio z palnikiem, jest podajnikiem głównym (nadrzędnym).Pracą obu zespołów napędowych zarządza specjalne oprogramowanie robota AC SERVO TORCH SOFTWARE.

Zasada działania tego systemu polega na „zabezpieczeniu” przez podajnik pomocniczy transportu spoiwa do podajnika głównego z odpowiednim zapasem, który jest wykorzystywany do „swobodnego” dodawania spoiwa do spoiny, w zależności od realizowanych funkcji spawania. Dzięki zredukowaniu z 2 m do ok. 0,2m drogi przekazywania drutu od rolek napędzanych precyzyjnym serwosilnikiem do końcówki prądowej palnika możliwa jest szybka reakcja na wszystkie sygnały sprzężenia zwrotnego przychodzące z robota oraz spawarki jak i układu kontroli czynnej łuku.



Podstawowe korzyści z AC SERVO TORCH
To rozwiązanie pozwala na bardzo stabilne i precyzyjne podawanie drutu elektrodowego, który jest podstawą sukcesu przy spawaniu aluminium metodą MIG PULS. Podajnik główny na palniku zadaje i kontroluje kierunek oraz prędkość podawania spoiwa. Dzięki temu jest ona niezależna od ruchów robota i ułożenia jego ramienia. Praktycznie nie występuje odchylenie drutu od osi końcówki prądowej przy jej wyjściu, a to umożliwia idealne trafienie łuku w miejsce wykonania spoiny oraz ułatwia programowanie.

Ważną zaletą zbudowanego przez OTC-Daihen napędu AC SERVO TORCH jest zachowanie smukłej i niezwiększonej geometrii palnika nieodbiegającego od jego klasycznego kształtu. Dzięki temu możliwe są aplikacje tego systemu do dotychczas eksploatowanych robotów OTC bez konieczności zmiany oprogramowania.

Dodatkowe funkcje
Manipulatory spawalnicze OTC wyposażone w AC SERVO TORCH pozwalają na użycie specjalnych funkcji niezbędnych przy zrobotyzowanym spawaniu aluminium. Funkcja RS (RETRACT START) - zapewnia bezodpryskowe zajarzenie łuku. Jest to szczególnie przydatne w przypadku spawania materiałów miękkich. Aluminium to materiał pokryty tlenkiem, dlatego „dojazd” drutu do materiału powinien być energiczny i zapewnić dobry styk w celu zajarzenia łuku. Jednocześnie funkcja RS zapewnia jego cofnięcie w przypadku inicjacji procesu, co zapobiega odpryskom (upaleniom drutu) i zwężeniom lica na początku spoiny.

  • Funkcja SYNCHRO MIG – jest niezbędna przy spawaniu doczołowym materiałów o różnych grubościach. Często tego rodzaju złącza wykonuje się z użyciem oscylacyjnych ruchów poprzecznych w stosunku do kierunku spawania. Przy różnych grubościach materiałów potrzebne jest precyzyjne sterowanie prędkością podawania spoiwa, tak by dokładnie ustalać prąd procesu w zależności od położenia palnika. AC SERVO TORCH daje możliwość synchronizacji ruchów poprzecznych palnika z prądem spawania i jego czynnej kontroli. Skuteczność funkcji SYNCHRO-MIG wynika z bardzo krótkiego czasu reakcji napędu głównego na sygnały sprzężenia zwrotnego (przyspieszanie lub zwalnianie prędkości podawania drutu).
  • Funkcja FC-MIG (FEED CONTROL – kontrola podajnika) – w połączeniu z AC SERVO TORCH przy zrobotyzowanym spawaniu aluminium pozwala w pełni wykorzystać opcję WAVE PULS (podwójny puls), w którą wyposażona jest większość dzisiejszych inwertorów spawalniczych. Spawarki OTC mają tę opcję realizowaną elektronicznie z częstotliwością do 32 Hz. Aby otrzymać złącze i estetykę spoiny zbliżone do uzyskanych w metodzie TIG, należy przy spawaniu zrobotyzowanym wprowadzić synchronizację zmian prędkości podawania drutu ze zmianami napięcia generowanymi w ramach opcji WAVE PULS. Klasyczne umiejscowienie podajnika na ramieniu robota nie dawało pewności realizacji tego zadania. Niemożliwe było bowiem przewidzenie oporów podawania drutu zmieniających się w zależności od ułożenia ramienia robota i związanego z nim „prowadnika” drutu. Zastosowanie AC SERVO TORCH eliminuje tę niedogodność, pozwalając na w pełni kontrolowane, szybkie zmiany prędkości podawania spoiwa. Krótka droga drutu w palniku i dokładne sterowanie serwonapędem AC podajnika głównego daje możliwość zmian prędkości drutu z częstotliwością nawet do 7 Hz i efektywnego wykorzystania opcji WAVE PULSE.

Udostępnij:

Drukuj



MM




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również