автоматизированный участок резки и сварки металлических конструкций

Формула изобретения

Автоматизированный участок резки и сварки металлических конструкций, оснащенный установленными в технологической последовательности и связанными между собой транспортными и передающими средствами, одним или несколькими технологическими лазерами, предназначенными для сварки и резки, одним или несколькими бесконтактными устройствами контроля расположения кромок свариваемых или разрезаемых деталей, одним или несколькими бесконтактными устройствами измерения ширины зазора между свариваемыми деталями, одним или несколькими устройствами фиксации свариваемых деталей, отличающийся тем, что участок оснащен одной или несколькими установками для автоматической дуговой резки и сварки в среде защитных газов, а также устройствами регулирования силы тока сварочной дуги, скорости сварки и скорости подачи присадочного материала, зависящих от ширины зазора между свариваемыми деталями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для изготовления металлических изделий и может быть использовано для лазерной и/или дуговой сварки металлических конструкций.

Известна установка для лазерной обработки листовых материалов (патент 2139782, Россия). Установка состоит из одного или двух технологических лазеров и системы управления, расположенных непосредственно перед технологическим постом. Технологический пост включает вертикально расположенную раму, на которой крепятся обрабатываемые металлические листы. На раме размещены двухкоординатные системы перемещения оптико-фокусирующих головок. При работе установки обе системы передвигают оптико-фокусирующие головки независимо друг от друга. Излучение технологических лазеров может подаваться на обе головки либо от двух лазеров, либо от одного с последующим разделением излучения.

Известна также установка для лазерно-дуговой резки металлических заготовок (патент США 5635086). Установка содержит портал, имеющий возможность перемещения в продольном направлении и программируемое устройство. Портал содержит одну или две каретки, имеющие возможность перемещения в поперечном направлении. На каретке размещены лазерная режущая головка и горелка для дуговой резки. Установка также содержит стол для поддержания заготовки в фиксированном положении. Устройство может быть запрограммировано таким образом, чтобы движение лазерной головки и горелки для дуговой сварки осуществлялось в заранее определенном направлении над поверхностью заготовки.

Известно также техническое решение по патенту РФ 2079236 "Способ регулирования процесса дуговой сварки". В данном патенте предлагается способ регулирования сварочного тока в зависимости от величины зазора между деталями. Однако по данному техническому решению не предусмотрено автоматическое регулирование двух других основных параметров процесса сварки: скорости сварки и скорости подачи присадочных материалов. Отсутствие возможности регулирования этих параметров ухудшает качество автоматической сварки, как дуговой, так и лазерной, может привести к завышенной величине усиления (выпуклости) сварного шва и, соответственно, к повышенным сварочным напряжениям и деформациям.

В качестве прототипа выбран лазерный технологический комплекс на базе двухкоординатных столов или двухкоординатных порталов, раскрытый в книге Г. А. Абельсиитова "Технологические лазеры" (с. 398-401). Однако в данной установке отсутствуют автоматизированные системы адаптации основных параметров процессов сварки (скорости сварки, силы тока сварочной дуги, скорости подачи присадочных материалов) к ширине зазора между свариваемыми деталями.

Задачей представленного технического решения является повышение качества изготовления сварных металлических конструкций.

Основной технический результат, достижение которого обеспечивает решение поставленной задачи, заключается в минимизации тепловых деформаций изготавливаемых конструкций, снижении длительности технологического процесса, а также повышении производительности в результате приведения в соответствие объема наплавляемого металла с размером зазора между свариваемыми деталями и исключения избыточного усиления (выпуклости) сварных швов.

Решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается за счет создания компактных, полностью автоматизированных сварочных участков изготовления металлических сварных конструкций широкого спектра, введения автоматизированного контроля за всеми основными технологическими параметрами процессов резки и сварки, параметров фокусирования и мощности лазерного луча, силы тока сварочной дуги, а также за счет применения в составе участка лазерной и лазерно-дуговой сварки и резки, обеспечивающих высокую скорость процесса сборки и резки и минимальные сварочные деформации конструкций.

Автоматизированный участок резки и сварки металлических конструкций оснащен установленными в технологической последовательности и связанными между собой транспортными и передающими средствами одной или несколькими установками для автоматической дуговой резки и сварки в среде защитных газов. Участок содержит одно или несколько бесконтактных устройств контроля расположения кромок свариваемых или разрезаемых деталей, одно или несколько бесконтактных устройств измерения ширины зазора между свариваемыми деталями, одно или несколько устройств фиксации свариваемых деталей. Участок также оснащен одним или несколькими технологическими лазерами, предназначенными для сварки и резки. Кроме того, автоматизированный участок оснащен устройством регулирования силы тока дуги, скорости сварки и скорости подачи присадочных материалов в зависимости от ширины зазора между свариваемыми деталями, устройством автоматического перемещения лазерного луча вдоль кромок разрезаемых деталей или вдоль линии сварного шва, устройством, перемещающим сварочную горелку вдоль линии сварного шва на заданном расстоянии от точки фокусирования лазерного луча.

На чертеже представлена схема автоматизированного участка резки и сварки металлических конструкций: 1 - роликовый конвейер подачи листов и транспортирования секций; 2 - роликовый конвейер подачи балок главного направления; 3 - центр портального типа с ЧПУ для дуговой или лазерной резки, лазерной или лазерно-дуговой сварки; 4 - роликовый конвейер подачи балок поперечного набора; 5 - устройство разворота секций; 6 - машина портального типа с ЧПУ для установки поперечного набора; 7 - мультироботный центр портального типа с ЧПУ для дуговой сварки поперечного набора; 8 - устройство для регулирования силы тока дуги, 9 - устройства для регулирования скорости сварки и скорости подачи присадочных материалов в зависимости от ширины зазора между свариваемыми деталями.

Автоматизированный участок сварки и резки металлических конструкций содержит роликовый конвейер (1) подачи листов и транспортирования секций, роликовый конвейер (2) подачи балок набора главного направления (балок, привариваемых к полотнищу, расстояние между которыми меньше расстояния между расположенными перпендикулярно к ним балками поперечного набора), центр (3) портального типа с ЧПУ, выполняющий операции стыкования листов металлических конструкций и их фиксации, лазерной или дуговой резки (контуровки) деталей, лазерной или лазерно-дуговой сварки стыковых швов, установки и фиксации балок главного направления, лазерной или лазерно-дуговой сварки балок главного направления, роликовый конвейер (4) для подачи поперечного набора, устройство разворота секций (5). Участок также включает в себя машину (6) портального типа с ЧПУ для установки поперечного набора и мультироботный центр (7) портального типа с ЧПУ для дуговой сварки поперечного набора, а также устройства (8) и (9) для регулирования силы тока дуги, скорости сварки и скорости подачи присадочных материалов в зависимости от ширины зазора между свариваемыми деталями.

Сборка и сварка полотнищ секций производится автоматически с использованием центра (3). Работы выполняются в следующей последовательности. По роликовому конвейеру (1) на центр подаются листы секций (до упора). Производится лазерная или дуговая резка (контуровка) листов, выравнивание кромок и фиксация краев деталей в зоне первого стыкового шва. Выполняется лазерная или лазерно-дуговая сварка первого стыкового шва с помощью технологического лазера, установленного на центре. При этом сила тока, скорость сварки и скорость подачи присадочного материала регулируются с помощью устройств (8) и (9) в зависимости от ширины зазора между деталями. Центр перемещается в зону второго стыкового шва, и сборочно-сварочные операции выполняются в той последовательности. После окончания сварки всех стыковых швов полотнища секций центр перемещается в исходное положение.

Установка и сварка набора главного направления производится с помощью центра в следующей последовательности. По роликовому конвейеру (2) набор главного направления секции перемещается в зону действия центра. Центр устанавливает и фиксирует первую балку набора главного направления (очередность установки балок определяется техпроцессом сборки и сварки конкретной секции исходя из принципа минимизации сварочных деформаций). Производится лазерная или лазерно-дуговая приварка первой балки к полотнищу секции. При этом сила тока, скорость сварки и скорость подачи присадочного материала регулируются с помощью устройств (8) и (9) в зависимости от ширины зазора между деталями. Центр устанавливает и приваривает все балки секции в той же последовательности. По окончании приварки набора главного направления центр перемещается в исходное положение, а секция по роликовому конвейеру (1) передается на вторую позицию (установки и сварки поперечного набора).

Перед началом установки поперечного набора производится разворот секции на угол 90^o с помощью устройства (5). Установка поперечного набора производится с помощью машины (6) портального типа с ЧПУ. При этом возможны два режима работы машины (в зависимости от конструктивных особенностей секций): установка поперечного набора и переборок сверху или надвигании балок поперечного набора и переборок на набор главного направления в горизонтальной плоскости.

При установке балок сверху работы выполняются в следующей последовательности. Массив балок поперечного набора и переборок подается в зону действия машины по роликовому конвейеру (4). Балки поочередно фиксируются захватами машины, разворачиваются в вертикальную плоскость и транспортируются к местам их установки. Балки устанавливаются на место приварки, прижимаются к полотну и прихватываются с помощью дуговой сварки. При надвигании поперечного набора в горизонтальной плоскости балки подаются по конвейеру (4) в зону действия машины поочередно, после чего они фиксируются захватами машины, разворачиваются в вертикальную плоскость и надвигаются на набор. После этого они прижимаются к полотнищу и прихватываются так же, как в первом варианте.

Сварка поперечного набора производится с помощью мультироботного центра (7). Центр представляет собой портальную конструкцию, на которой установлено до 4 кареток с устройствами подъема-опускания промышленных роботов. Сварка поперечного набора производится в следующей последовательности. Промышленные роботы с помощью портала и кареток центра (7) транспортируются в центр первых свариваемых ячеек и опускаются в рабочее положение. Выполняется сварка. При этом сила тока, скорость сварки и скорость подачи присадочного материала регулируются с помощью устройств (8) и (9) в зависимости от ширины зазора между деталями. По окончании сварки роботы поднимаются в верхнее положение и перемещаются к следующим ячейкам. После окончания сварки всех швов секция по роликовому конвейеру (1) перемещается на следующую технологическую позицию (автоматизированного нанесения лакокрасочных покрытий или др.).