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:
- Пневматический подвод сварочных горелок.
- Включение подачи защитного газа.
- Возбуждение сварочной дуги.
- Запуск вращения изделия.
- Одновременная сварка двух кольцевых швов.
- Формирование перекрытия начала и окончания шва.
- Заполнение кратера и отключение дуги.
- Отвод сварочных горелок.
- Возврат патронов в исходное угловое положение.
- 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| Параметр | Значение |
|---|---|
| Тип выполняемого соединения | Кольцевой шов «труба – фланец» |
| Количество одновременно работающих горелок | 2 |
| Способ сварки | MIG/MAG |
| Расположение изделия | Горизонтальное |
| Схема сварки | Вращение изделия при неподвижных горелках |
| Диаметр обрабатываемой трубы | 70–400 мм |
| Длина изделия | 500–6000 мм |
| Диаметр патрона | 400 мм |
| Частота вращения | 0,1–1,0 об/мин |
| Регулирование скорости | Плавное, частотным преобразователем |
| Мощность привода вращения | 0,75 кВт |
| Регулировка горелки по высоте | 100 мм |
| Поперечная регулировка горелки | 100 мм |
| Угловая регулировка горелки | ±15° |
| Пневматический ход механизма горелки | 100 мм |
| Пневматический ход задней бабки | 100 мм |
| Диапазон точной регулировки задней бабки | 100 мм |
| Расстояние до оси вращения | 500 мм |
| Несоосность передней и задней бабок | Не более 0,3 мм |
| Режим выполнения шва | Полный оборот с регулируемым перекрытием |
| Система управления | ПЛК OMRON и сенсорная панель |
| Количество сварочных источников | 2 |
| Рекомендуемый источник | OTC CPVE-400 либо эквивалент |
| Механизм колебаний горелки | Опция |
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.