Автоматическая установка для двусторонней приварки фланцев к трубам

Установка предназначена для автоматизированной приварки двух фланцев к противоположным концам трубной заготовки. Оба кольцевых шва могут выполняться одновременно двумя сварочными горелками, что сокращает продолжительность цикла и обеспечивает одинаковое качество соединений с обеих сторон изделия.

В процессе сварки труба с установленными фланцами вращается вокруг горизонтальной оси, а сварочные горелки остаются неподвижными. Скорость вращения регулируется плавно и согласуется со скоростью подачи проволоки и установленным режимом сварки. Такая схема обеспечивает стабильную линейную скорость сварки по всей окружности.

Установка рассчитана преимущественно на механизированную сварку MIG/MAG изделий из углеродистой и низколегированной стали. При соответствующей комплектации источниками питания и сварочными горелками возможно применение других дуговых процессов.

Область применения

Оборудование применяется при серийном и мелкосерийном изготовлении:

• трубных секций с фланцами;
• элементов промышленных трубопроводов;
• воздуховодов и газоходов;
• опорных и соединительных трубчатых конструкций;
• элементов энергетического и нефтегазового оборудования;
• цилиндрических деталей с кольцевыми сварными соединениями.

Установка особенно эффективна при выпуске однотипных изделий, поскольку параметры сварочного цикла сохраняются в памяти системы управления и повторно вызываются оператором при смене партии.

Принцип работы

Перед началом цикла фланцы устанавливаются на концах трубы и позиционируются относительно ее оси. Один конец изделия закрепляется в патроне приводной передней бабки, второй — в патроне пневматической задней бабки.

Задняя бабка перемещается по продольным направляющим станины и выставляется в соответствии с длиной заготовки. После предварительной настройки пневматический механизм поджимает изделие и обеспечивает его надежную фиксацию.

Регулируемые опоры облегчают загрузку, выравнивание и снятие длинномерной трубы. После окончательного зажима изделия опоры необходимо установить так, чтобы они не создавали дополнительного сопротивления вращению и не нарушали соосность заготовки.

Оператор подводит сварочные горелки к местам соединения фланцев с трубой и устанавливает вылет проволоки, рабочий угол и расстояние до поверхности изделия. После запуска автоматического цикла выполняются следующие операции:

1. Пневматический подвод сварочных горелок.
2. Включение подачи защитного газа.
3. Возбуждение сварочной дуги.
4. Запуск вращения изделия.
5. Одновременная сварка двух кольцевых швов.
6. Формирование перекрытия начала и окончания шва.
7. Заполнение кратера и отключение дуги.
8. Отвод сварочных горелок.
9. Возврат патронов в исходное угловое положение.
10. Разжим и выгрузка готового изделия.

Станина и продольные направляющие

Основанием установки служит сварная стальная станина повышенной жесткости. Конструкция воспринимает массу изделия и нагрузки, возникающие при зажиме и вращении заготовки.

После сварки базовые поверхности станины подвергаются механической обработке. На них устанавливаются продольные направляющие, по которым перемещаются задняя бабка, опоры изделия и регулируемые узлы крепления сварочных горелок.

Большая длина направляющих позволяет переналаживать установку на трубы различной длины без изменения общей компоновки оборудования.

Приводная передняя бабка

Передняя бабка предназначена для закрепления и вращения изделия с заданной скоростью. В ее состав входят электродвигатель переменного тока, редуктор, частотный преобразователь, шпиндельный узел, токосъемное устройство и зажимной патрон диаметром 400 мм.

Двухступенчатый червячный редуктор обеспечивает высокий выходной крутящий момент и устойчивое вращение изделия на малой скорости. Частотное регулирование позволяет плавно изменять частоту вращения в пределах рабочего диапазона.

Сварочный ток подводится к вращающемуся шпинделю через медный токосъемный узел. Такая конструкция исключает прохождение сварочного тока через подшипники, направляющие и другие элементы привода.

На патроне предусматриваются регулируемые радиальные и угловые упоры. Они используются для повторяемого позиционирования фланцев и позволяют сохранять одинаковое положение отверстий относительно начала сварного шва.

После завершения цикла система автоматически возвращает патрон в исходное угловое положение. Это облегчает загрузку следующей заготовки и повышает повторяемость производства.

Пневматическая задняя бабка

Задняя бабка используется для закрепления второго конца трубы, осевого поджима изделия и синхронного вращения второго фланца.

Узел установлен на передвижной каретке и перемещается вдоль направляющих станины. Грубая настройка выполняется перемещением каретки в соответствии с длиной изделия, точная — винтовым механизмом. После настройки положение бабки фиксируется.

Пневматический привод обеспечивает рабочий ход при зажиме и освобождении детали. Шпиндель задней бабки вращается совместно с изделием. На его конце установлен патрон для закрепления второго фланца.

Соосность осей передней и задней бабок должна составлять не более 0,3 мм. Соблюдение этого условия необходимо для ограничения радиального биения, равномерного формирования шва и предотвращения перекоса фланцев.

Механизмы установки сварочных горелок

С каждой стороны установки размещается отдельный механизм крепления и позиционирования сварочной горелки. Оба узла регулируются независимо, поэтому положение каждой горелки может быть настроено с учетом геометрии соответствующего соединения.

Предусмотрены регулировки по высоте, в поперечном и продольном направлениях, а также изменение угла наклона горелки. Диапазон вертикальной и поперечной регулировки составляет 100 мм, угловой регулировки — ±15°.

Точная настройка выполняется винтовыми механизмами. Направляющие колонны и линейные подшипники обеспечивают жесткость и повторяемость положения.

Рабочий подвод горелок осуществляется пневматическими цилиндрами. После окончания сварки горелки автоматически отводятся от изделия, что предотвращает их повреждение при разгрузке.

Механизм подачи проволоки размещается рядом с горелкой. Небольшая длина канала подачи уменьшает сопротивление движению проволоки и повышает стабильность процесса.

Для многопроходной сварки может применяться автоматический подъем горелки после каждого прохода. В качестве дополнительной опции возможна установка механизма поперечных колебаний, необходимого для заполнения разделки кромок и формирования широкого валика.

Опоры для загрузки изделия

На направляющих размещаются две регулируемые опоры с винтовым подъемным механизмом. Верхняя часть опор оснащается универсальными шариковыми или роликовыми элементами, облегчающими продольное и поперечное перемещение трубы при установке.

Опоры используются преимущественно во время загрузки, центрирования и снятия тяжелой длинномерной заготовки. Они позволяют совместить ось трубы с патронами и снизить нагрузку на оператора и зажимные узлы.

После закрепления трубы положение опор регулируют в соответствии с технологией. Если конструкцией не предусмотрено постоянное роликовое сопровождение, во время сварки опоры не должны воздействовать на изделие и нарушать его свободное вращение.

Система управления

Управление установкой построено на базе программируемого логического контроллера OMRON. Контроллер координирует работу привода вращения, пневматических зажимов, механизмов подвода горелок и двух сварочных источников.

Оператор вводит технологические параметры через сенсорную панель. Система позволяет задавать и сохранять отдельные программы для разных типоразмеров изделий.

В программу сварки могут входить:

• скорость вращения;
• продолжительность предварительной подачи газа;
• задержка возбуждения дуги;
• продолжительность сварки или угол поворота;
• величина перекрытия кольцевого шва;
• режим прихватки;
• количество и угловое положение прихваток;
• параметры заполнения кратера;
• задержка отключения газа;
• параметры многопроходной сварки.

На экране отображаются установленная программа, текущий этап цикла, скорость вращения и сообщения о неисправностях. При отсутствии разрешающего сигнала от одного из сварочных источников, недостаточном давлении воздуха или нарушении последовательности работы система должна блокировать автоматический запуск и выдавать предупреждение.

На корпусе панели располагаются органы включения питания, запуска и остановки цикла, выбора автоматического или ручного режима, управления вращением, подводом горелок и пневматическим зажимом.

Сварочное оборудование

Установка комплектуется двумя независимыми источниками MIG/MAG-сварки. В исходном предложении предусмотрены источники OTC CPVE-400, предназначенные для сварки углеродистых и оцинкованных сталей.

Каждый источник обслуживает отдельную горелку. Благодаря независимой настройке можно компенсировать различия в подготовке двух соединений либо использовать одинаковые параметры для получения симметричных швов.

В состав каждого сварочного поста входят источник питания, механизм подачи проволоки, сварочная горелка, кабель массы, газовая аппаратура и соединительные кабели.

Использование двух источников позволяет одновременно выполнять оба кольцевых шва без взаимного ограничения сварочного тока. Параметры сварки должны подбираться с учетом диаметра трубы, толщины стенки, размера катета, марки стали, диаметра проволоки и пространственного положения шва.

Пневматическая система

Пневматическая система управляет осевым поджимом изделия и перемещением сварочных горелок. Она включает блок подготовки воздуха, фильтр-регулятор, манометр, электромагнитные клапаны, дроссели регулирования скорости, пневматические цилиндры и трубопроводы.

Давление воздуха должно обеспечивать надежное закрепление изделия без деформации трубы или фланцев. Скорость движения цилиндров регулируется дросселями, чтобы исключить удары при подводе горелок и зажиме заготовки.

Основные технические характеристики

Требования к подготовке изделия

Для получения стабильного результата торцы трубы должны быть перпендикулярны ее оси, а фланцы — не иметь значительного коробления. Кромки и прилегающие поверхности необходимо очистить от окалины, ржавчины, масла, влаги и загрязнений.

Фланцы должны быть предварительно выставлены по оси трубы. Допустимый зазор, величина смещения и количество прихваток определяются конструкторской и сварочно-технологической документацией.

Перед автоматической сваркой необходимо проверить радиальное и торцевое биение обоих фланцев, надежность зажима, положение горелок, свободное вращение изделия и соответствие установленной программы типоразмеру заготовки.

Окончательные режимы сварки и требования к качеству соединений устанавливаются после технологических испытаний на реальных деталях. Диапазон диаметров 70–400 мм и длина 500–6000 мм характеризует механические возможности установки, но не заменяет расчет допустимой массы, момента инерции и грузоподъемности зажимных узлов.