Автоматическая установка для сварки гидроцилиндров в узкую глубокую разделку

I. Основные функции и характеристики

Данное оборудование предназначено главным образом для сварки кольцевых швов малого зазора (узкой разделки) торцов гидроцилиндров со штоком.

Для повышения эффективности сварки установка оснащена специализированной системой сварки в узкую разделку.

1. Способ сварки

В зависимости от конструкции заготовки, с точки зрения обеспечения качества сварного соединения и производительности, процесс сварки MAG (Metal Active Gas) является наиболее рациональным и экономичным.
Сварка MAG обеспечивает не только высокую производительность, но и предъявляет сравнительно невысокие требования к подготовке и сборке изделия.

2. Стабильность процесса сварки

Процесс MAG-сварки обеспечивает стабильный перенос металла в режиме капельного импульсного переноса (pulse-by-drop transfer) при любых режимах сварочного тока благодаря использованию экспертных параметров, заданных в цифровом источнике питания.
Это позволяет получать равномерный и качественно сформированный сварной шов.

3. Многослойная сварка

В зависимости от толщины стенки заготовки выполняется многослойная сварка.
Оборудование позволяет реализовывать различные слои сварки в соответствии с технологией:

• настройка сварочного тока и напряжения для каждого слоя осуществляется через сенсорную панель MCGS;
• параметры автоматически вызываются в процессе сварки.

4. Автоматическая смена параметров

Оборудование обеспечивает автоматическое переключение параметров сварки между слоями, включая:

• сварочный ток;
• амплитуду колебаний (ширину размаха);
• высоту подъема сварочной горелки.

Все параметры программируются и управляются через систему PLC.

5. Обеспечение проплавления узкой разделки

Для обеспечения равномерного нагрева и полного проплавления боковых стенок узкой разделки:

• сварочная проволока предварительно изгибается перед подачей в разделку;
• проволока совершает поперечные колебания (влево/вправо) в зоне шва.

Это гарантирует полное проплавление обеих стенок разделки и высокое качество сварного соединения.

6. Источник питания

Используется цифровой импульсный инверторный источник питания, который обеспечивает:

• стабильность сварочного процесса;
• широкий диапазон компенсации колебаний сетевого напряжения;
• высокое качество прецизионной сварки.

7. Система управления

Система управления выполнена на базе программируемого контроллера PLC, обеспечивающего:

• стабильность работы;
• удобство программирования и управления.

8. Система закрепления изделия

Для закрепления изделия используется система передней и задней бабки (headstock & tailstock), которая обеспечивает:

• быструю и удобную центровку;
• хорошую соосность;
• минимальные деформации.

Задняя бабка может перемещаться влево/вправо по станине, что позволяет работать с гидроцилиндрами различных размеров.

9. Технологический процесс (Operation process)

9.1 Установка заготовки на опоры вручную.

9.2 Закрепление одного конца заготовки в патроне передней бабки вручную.

9.3 Поджим второго конца заготовки конусом Морзе задней бабки автоматически.

9.4 Автоматическое перемещение электрической каретки (поперечного суппорта) в зону сварки.

9.5 Настройка положения сварочной горелки и точная корректировка до рабочей позиции сварки.

9.6 Запуск сварки в автоматическом режиме по программе
(после выполнения одного слоя горелка автоматически поднимается на заданную высоту для выполнения последующих слоев — второго, третьего и остальных).

9.7 Возврат сварочной горелки в исходное положение после завершения сварки.

9.8 Автоматический возврат конуса Морзе задней бабки в исходное положение.

9.9 Снятие обработанной заготовки и установка следующей — вручную.

II. Описание основного оборудования (Main device introduction)

Конструкция установки включает следующие основные узлы:

• станина (основание);
• передняя бабка;
• задняя бабка;
• балка (консоль/стрела);
• опорная рама (кронштейн);
• механизм перемещения (ходовая часть, тележка);
• узел съёма/разборки изделия (демонтажный механизм);
• оснастка для закрепления заготовки (приспособление/зажимное устройство);
• механизм подъёма сварочной горелки;
• защитный кожух оборудования;
• прочие вспомогательные узлы. 

Чертёж изделия (Reference One drawing of workpiece)

Приведён ниже опорный (референсный) чертёж заготовки, предназначенной для сварки.

1. Требования к заготовке

№	Параметр	Технические требования
1	Габариты заготовки	Диаметр: Ø80–Ø200 мм Длина: 500–2000 мм (согласно чертежу заказчика)
2	Материал заготовки	Углеродистая сталь, низколегированная сталь, высоколегированная сталь и др.
3	Форма разделки кромок	Сварное соединение с узкой разделкой типа двойной U-образной кольцевой шов
4	Глубина разделки	Максимум 70 мм
5	Ширина разделки	11 ± 0,5 мм
6	Требования к разделке и заготовке	- Точность размеров: не более 1 мм - Зазор в стыке: не более 0,5 мм - На наружной поверхности цилиндра не допускаются выступы в зоне ±15 мм от центра сварного шва

 

2. Комплектация оборудования

№	Наименование	Кол-во
1	Источник сварочного тока	1 компл.
2	Подающий механизм проволоки (толкающего типа)	1 компл.
3	Сварочная горелка для узкой разделки	1 компл.
4	Бак водяного охлаждения	1 компл.
5	Контроллер колебаний (осциллятор)	1 компл.
6	Защитный кожух системы водяного охлаждения	1 компл.
7	Кабельный комплект	1 компл.
8	Программируемый контроллер (PLC) для сварки в узкую разделку	1 компл.
9	Панель управления (сенсорный экран)	1 компл.
10	Серводвигатель	2 компл.
11	Линейные направляющие на станине	1 компл.
12	Реле и контакторы	1 компл.
13	Сварочная оснастка (комплект)	1 компл.
14	Электрическая поперечная каретка (суппорт)	1 компл.

 

3. Технологические параметры

№	Параметр	Технические характеристики
1	Скорость вращения шпинделя (об/мин)	0,05–1 об/мин
2	Привод передней бабки (патрона)	Серводвигатель
3	Применяемый диаметр сварочной проволоки	Ø1,2 мм
4	Эффективная длина зажима (станина)	500–2000 мм
5	Масса вращаемой заготовки	2000 кг
6	Высота центра	1000 мм
7	Способ закрепления заготовки	Ручной патрон
8	Диапазон диаметров заготовок	Ø80–Ø200 мм
9	Усилие поджима задней бабки	Пневматический поджим
10	Регулировка положения опоры	Ручная, винтовая
11	Вертикальное перемещение сварочной горелки	150 мм
12	Горизонтальное перемещение сварочной горелки	150 мм
13	Давление сжатого воздуха	0,4–0,8 МПа
14	Электропитание	380 В ±10%, 3 фазы, 50 Гц (источник сварки) 220 В ±10%, 1 фаза, 50 Гц (станок) При несоответствии напряжения требуется трансформатор
15	Механизм подачи проволоки	Подача толкающего типа Привод: серводвигатель Частота изгиба: 0–150 циклов/мин Диапазон изгиба: 0–12 мм
16	Грузоподъёмность передней бабки	≥2000 кг
17	Защитный газ	Ar (80–82%) + CO₂ (18–20%)
18	Диаметр сплошной сварочной проволоки	Ø1,2 мм
19	Скорость сварки	~350–500 мм/мин (регулируемая)

  

4. Станина

Станина представляет собой сварную конструкцию повышенной жёсткости.
На станине установлены:

• линейные направляющие,
• передняя бабка,
• задняя бабка,
• опорные кронштейны.

Эффективная длина перемещения по направляющим составляет 3000 мм.
Станина закрепляется на фундаменте.

5. Передняя бабка

Передняя бабка выполнена в виде коробчатой конструкции и оснащена:

• серводвигателем переменного тока Panasonic мощностью 0,75 кВт,
• редуктором,
• фрикционным (муфтовым) узлом.

Система обеспечивает:

• плавное (бесступенчатое) регулирование,
• точное управление углом поворота.

Серводвигатель приводит во вращение патрон, обеспечивая вращение заготовки в процессе сварки.

6. Патрон и зажимная оснастка

Передняя часть шпинделя оснащена ручным патроном.

Патрон допускает установку специальной технологической оснастки (приспособлений), разрабатываемой в соответствии с конструкцией заготовки (по чертежу заказчика), для надёжного закрепления изделия при сварке.

Внутри патрона установлен токоподводящий узел (токосъёмное устройство).

Он выполнен на основе:

• одиночной токосъёмной щётки,
• прижимной пружины,

что обеспечивает:

• стабильный электрический контакт,
• устойчивость к износу,
• надёжную передачу сварочного тока на вращающуюся заготовку.

7. Задняя бабка

Задняя бабка установлена на линейных направляющих HIWIN, расположенных на станине, и может перемещаться вдоль направляющих с последующей фиксацией в требуемом положении.

Положение задней бабки регулируется в зависимости от длины заготовки.

Задняя бабка оснащена конусом Морзе, который приводится в действие пневматическим цилиндром и обеспечивает надёжный поджим заготовки.
Усилие поджима достаточно для исключения ослабления фиксации в процессе сварки.

Как правило, задняя бабка используется совместно с передней бабкой (приводной стороной), образуя систему закрепления и вращения заготовки.

Конус Морзе обеспечивает удобное базирование и центрирование заготовок различных диаметров.

8. Опорные кронштейны

Оборудование оснащено двумя опорными кронштейнами.

Основные функции и регулировки:

• высота регулируется вручную с помощью винтового механизма в зависимости от диаметра заготовки;
• кронштейны могут перемещаться влево/вправо по станине вдоль линейных направляющих HIWIN;
• после настройки фиксируются в заданном положении.

 

9. Линейные направляющие HIWIN станинной базы

Система пазового основания (Т-слота) и линейных направляющих HIWIN совместно обеспечивают перемещение задней бабки и опорных кронштейнов влево/вправо для адаптации под различные длины заготовок.

Особенности:

• высокая жёсткость и надёжность конструкции;
• плавное и лёгкое перемещение по линейным направляющим;
• удобная регулировка положения узлов.

После настройки положения фиксация задней бабки осуществляется с помощью винтового зажима в Т-пазу станинной базы.

10. Электрическая поперечная каретка сварочной горелки

10.1 Каретка работает совместно с источником питания и системой управления, обеспечивая:

• точную регулировку высоты (подачу/подвод) сварочной горелки;
• перемещение горелки влево/вправо перед началом сварки.

10.2 Конструкция каретки:

Каретка выполнена в виде перекрёстной системы из двух направляющих плит (крестообразный суппорт).

Привод перемещений осуществляется:

• серводвигателем и шаговым двигателем;
• через винтовую передачу (ходовой винт).

Вращение винта приводит к перемещению гайки, которая, в свою очередь, перемещает салазки каретки.

10.3 Держатель сварочной горелки, сама сварочная горелка и многоосевая система подачи проволоки закреплены на подвижном блоке внешнего поперечного суппорта.

10.4 Каретка регулировки по высоте и каретка колебаний (осцилляции) могут устанавливаться и использоваться независимо друг от друга.

Горизонтальное и вертикальное положение сварочной горелки регулируется через систему управления непосредственно в процессе сварки.

10.5 Привод поперечной каретки осуществляется электродвигателем с частотным преобразователем под управлением PLC, что обеспечивает регулировку перемещения влево/вправо.

10.6 Балка изготавливается из высококачественных стальных труб и листового проката с последующей механической обработкой.

На верхней части балки установлены:

• круглая направляющая,
• каретка перемещения по круглой направляющей.

 

Электрическая поперечная каретка

Параметр	Значение
Модель	H×W×H = 150×150
Ход горизонтальной регулировки	150 мм
Ход вертикальной регулировки	300 мм
Способ регулировки	Электрический
Скорость перемещения каретки	400 мм/мин

Особенности

1. Обеспечивает удобную регулировку положения сварочной горелки при сварке стыковых соединений.
2. Простота эксплуатации и гибкость настройки.
3. Привод осуществляется от электродвигателя постоянного тока; через коническую передачу движение передаётся на трапецеидальный ходовой винт; направляющая типа «ласточкин хвост» обеспечивает плавность перемещения.
4. Подходит для применения в различных производственных условиях.

11. Раздвижной защитный кожух с смотровым окном и направляющей (опция)

Оборудование оснащается раздвижным защитным кожухом со смотровым окном, что позволяет:

• контролировать процесс сварки визуально;
• обеспечивать защиту оператора от сварочного излучения и брызг. 

 

12. Источник сварочного тока OTC EP-500 (Япония)

Источник обеспечивает минимальное разбрызгивание металла, что:

• снижает загрязнение оборудования;
• уменьшает налипание брызг на узлы;
• снижает загрязнение окружающей среды.

 

Основные особенности:

12.1 Применение фирменной полностью цифровой системы управления OTC обеспечивает высокую стабильность сварочного тока во всём диапазоне режимов.

12.2 Современный импульсный режим сварки обеспечивает высокое качество сварки углеродистых и нержавеющих сталей.

12.3 Стандартный четырёхроликовый механизм подачи проволоки с энкодерной обратной связью обеспечивает:

• высокую точность подачи,
• стабильность процесса сварки.

12.4 Возможность настройки характеристик дуги для различных режимов сварки.

12.5 Настройка параметров осуществляется непосредственно через панель управления, что упрощает эксплуатацию.

12.6 Полностью цифровая система управления с сенсорной панелью повышает удобство работы оператора.

12.7 Подающий механизм проволоки толкающего типа (OTC)

Устанавливается на подвижной части держателя горелки для подачи проволоки на короткое расстояние, обеспечивая стабильность подачи.

Особенности режима:

• высокая стабильность зажигания дуги;
• возможность работы при высоком напряжении и низкой скорости подачи;
• режим низкого напряжения и малого тока для заполнения кратера.

 

13. Автоматическая сварочная система MAG для узкой разделки

(запатентованный продукт в Китае, патент № 7689355)

Система сварочной горелки для узкой разделки включает:

• систему подачи сварочной проволоки;
• сварочную горелку.

Конфигурация и взаимное расположение узлов представлены на схеме.

Технические особенности

13.1 Система подачи сварочной проволоки обеспечивает:

• выпрямление проволоки из бухты;
• изгиб проволоки;
• подачу проволоки в зону сварки.

Выпрямление осуществляется с помощью трёхроликового механизма с регулировкой в двух плоскостях.
Изгиб проволоки выполняется серводвигателем переменного тока через механизм салазок, что позволяет реализовать колебания проволоки относительно центральной оси шва.

Частота колебаний и их амплитуда задаются программно через контроллер.
Подача проволоки осуществляется двигателем постоянного тока с энкодерной обратной связью, что обеспечивает высокую точность подачи.

Сварочная горелка для узкой разделки имеет водоохлаждаемую плоскую конструкцию, обеспечивающую:

• направленную подачу проволоки;
• стабильную токопередачу;
• двухзонную газовую защиту;
• эффективное охлаждение.

Для обеспечения качественной сварки при различных толщинах стенки и количестве проходов дополнительно подаётся защитный газ вне зоны горелки.
Применяется защитный кожух для повышения стабильности газовой защиты.

13.2 Поскольку проволока, поставляемая в бухте, имеет изгиб в двух направлениях, перед подачей в горелку она должна быть выпрямлена до заданной формы.

13.3 После прохождения через выпрямляющее устройство прямолинейность проволоки составляет ±1 мм на 1000 мм, что соответствует требованиям для подачи в механизм колебаний.

13.4 Для обеспечения полного проплавления боковых стенок при сварке в узкую разделку необходимо реализовать поперечные колебания проволоки.

Принцип работы системы колебаний:

1. Система включает:
• направляющий шток,
• исполнительный механизм (привод),
• механизм подачи проволоки.
2. Исполнительный механизм осуществляет колебания влево/вправо с заданными параметрами:
• частота,
• скорость,
• время выдержки в крайних положениях.
3. Скорость подачи проволоки регулируется в зависимости от сварочного тока и точно контролируется с помощью энкодера.

2) Сварочная горелка для узкой разделки является ключевым элементом системы и включает:

• горелку специальной конструкции для узкой разделки;
• газозащитный кожух.

Конструкция горелки соответствует требованиям к сварке в узкой разделке.

3) Для обеспечения сварки на большую глубину (многослойная сварка в узкой разделке) горелка оснащена эффективной системой водяного охлаждения.

Особенности:

• плоская конструкция горелки;
• водоохлаждаемые каналы с обеих сторон;
• применение водоохлаждаемого бака.

Для обеспечения качества сварки применяется усиленная газовая защита:

• двухконтурная защита (локальная + внешняя);
• защитный кожух всей зоны узкой разделки;
• высота кожуха регулируется в зависимости от глубины разделки.

14. Система распределения воды, электроэнергии и газа

Система объединяет подачу:

• охлаждающей воды,
• электроэнергии,
• защитного газа.

Подключение к сварочной горелке осуществляется через быстроразъёмные соединения, что обеспечивает:

• удобство обслуживания,
• чистоту рабочей зоны,
• быстрый монтаж/демонтаж оборудования.

 

15. Система управления станком

В качестве основной платформы управления используется PLC, который объединяет:

• источник сварочного тока,
• осциллятор (механизм колебаний),
• систему сварки в узкую разделку,

в единую централизованную систему программного управления.

Основные настраиваемые параметры включают:

• сварочный ток;
• выбор/вызов сварочной программы;
• скорость подачи проволоки;
• ширину колебаний;
• скорость колебаний;
• время выдержки в крайних положениях;
• прочие технологические параметры и управление процессом.

Основные функции управления

15.1 Управление запуском и остановом сварки
15.2 Управление колебаниями сварочной горелки
15.3 Ручное (пошаговое) перемещение горелки или заготовки (режим наладки / jog)
15.4 Функция сварки / имитации (тестовый режим)
15.5 Управление многослойной и многопроходной сваркой
15.6 Сохранение, редактирование и вызов программ
15.7 Мониторинг процесса сварки и настройка параметров для каждого слоя

15.8 Контроль системы водяного охлаждения:
при отсутствии охлаждения или сбое зажигания дуги система выдаёт аварийный сигнал и останавливает процесс сварки.

15.9 Управление осуществляется через PLC и сенсорную панель (HMI), что обеспечивает:

• высокую надёжность работы;
• устойчивость к электромагнитным помехам;
• удобство эксплуатации;
• простоту обслуживания;
• возможность модернизации.

16. Пневматическая система

Пневматическая система включает:

• электромагнитные клапаны;
• пневмоцилиндры;
• блок подготовки воздуха (FRL: фильтр–редуктор–лубрикатор);
• трубопроводы.

Система используется для управления перемещением сварочной горелки по вертикали (подъём/опускание).

Все пневматические компоненты выполнены на базе оборудования AIRTAC (Тайвань).