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焊接机器人缩短生产制造时间在几乎10m高的C型支架上工作的焊接机器人比手工焊接的工时减少了35h  

2013-04-28 13:28:13|  分类: 汽车车身制造工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在几乎10m高的C型支架上工作的焊接机器人比手工焊接的工时减少了35h

长期以来,在重燃气涡轮机上完成的角焊缝和V型焊缝焊接都是采用手工焊接,现在,将焊接机器人安装在C型支架上以后,焊接时间由114h减少到80h,并且后续的清理工作量也减少了10%。,可代替手工焊接完成80% 的生产任务。

随着全球能源危机的加重,有利于环境保护的能源生产越来越受到欢迎。一直以来,在大型的火力发电厂中,都是利用燃气涡轮机进行发电的,而天然气储量丰富的国家更是利用其丰富的天然气资源和燃气涡轮机发电,并把剩余的电力能源出口到国外。可以不断地保持其基础设施的发展。目前,SIEMENS燃气涡轮机能够发出的电力达到了340kW,该涡轮机也是世界上体积最大的、发电功率最大的燃气涡轮发动机了。这样的燃气涡轮机可以为一个城市的居民供电。


图1  优质不锈钢材料制造的燃气涡轮机零件重约30t,直径达5m

为了能够制造出更多的燃气涡轮机,SIEMENS公司不断对其生产工艺流程进行优化,投资购买先进的生产加工设备,其中购买的Cloos公司研发生产的机器人焊接生产设备能够精确地完成重量为30t的燃气涡轮机零件,可以更快地焊接好燃气涡轮机的外壳(见图1)。

原来,大约340m长的角焊缝和V型焊缝都是由焊接工人手工焊接的,因此,焊接工人要付出极大的体力劳动。使用焊接机器人以后,焊接的质量有了很大的提高,也把焊接后的焊缝清理工作降低到了最小的程度。机器人焊接带来的好处可以通过下列数字予以表示:焊接工时由原来的114h减少到80h。焊后清理的工作量减少了10%。


图2  根据SIEMENS公司的CAD零

焊接机器人缩短生产制造时间在几乎10m高的C型支架上工作的焊接机器人比手工焊接的工时减少了35h - 勇敢的心 - 雅丽私人传媒

 件数据,Cloos公司在离线方式下研发设计了焊接机器人的控制程序

在C型支架上运动

为了使直径为4m、高度为2m的燃气涡轮机零部件得到最佳焊接效果,Cloos公司把Romat 350型机器人安装在高度约为10m的C型支架上。在地基、升降机构和横向运动机构以及回转-反转工作台的共同作用下,拐臂式机器人能够完成重量为30t零件80%的焊接任务。Romat焊接机器人手臂采用的是铰接头式的结构设计,有着六个轴的运动自由度。而350型的第三坐标轴也进一步地得到了延长,将工作范围扩大到了2200mm,在大型工件加工中有着最佳的可接近性能。动态伺服驱动系统使得这种焊接机器人能够承担15kg的焊接机械手,精密的集成式驱动装置提供的重复定位精度达0.1mm。Rotrol II型机器人控制系统控制着机器人六个基本坐标和12个赋值坐标的运动,例如焊炬定位系统的运动(见图2、图3)。


图3  机器人的六坐标运动控制使它能够接近那些比较难以接近的焊接部位。整个零件只有20%的焊接工作量需要手工焊接

根据被焊接零件的CAD数据,Cloos公司在研发和制造焊接机器人时已经对焊缝的位置和质量控制程序进行了模拟,使得根据实际工件进行调试时所需更改的参数大大地减少,因此这一措施明显地降低了设备调试的时间。例如在对不同焊接附件的现场调试过程中,在机器人和定位控制系统的帮助下,整个零件只剩下20%的焊接任务需要采用手工焊接。为了便于焊接工人的手工焊接,SIEMENS公司还专门设计了一个升降台,能够把焊工带到高度6.5m的空中进行焊接。

活性气体的有利帮助

焊接机器人的角焊缝和V型焊缝焊接大多数情况下采用的是3层焊缝的MAG活性气体保护焊接工艺。为了保障这种焊接工艺得到最佳的焊接效果,根据焊缝的形式和焊接深度,Duo-Drive复式送丝机构能够根据变化的焊接深度连续输出熔化的焊丝溶液。另外,焊接时使用的保护气体也混合了一定成分的活性气体,对焊接质量带来了有利的影响。SIEMENS公司使用的混合型保护气体成分为78%的Ar、20%的CO2和2%的He,保证了厚壁不锈钢零件的可靠焊接。同时,感触式的传感器能够可靠的找到焊缝的起点。电弧传感器负责跟踪焊缝,并控制着焊头进行焊接,从而降低了SIEMENS公司对焊缝准备工作和焊缝宽度的要求(见图4)。


图4  使用了大量传感器和复式焊丝输送驱动(Duo-Drive-Drahtzufuhr)技术、600A焊接电流的焊接电源保障了极高的焊接质量

微处理器控制的焊接电源

Quinto GLC 603型焊接电源能够提供最高600A的焊接电流,有着充足的功率储备。反应速度极快的焊接特性控制程序调节和微处理器控制系统构成了焊接设备最佳的根据焊缝和被焊接材料进行焊接的基础。在一块大型的LC显示屏中,操作者能够看到所有有关焊接操作的文字信息。遥控器保障了操作者能够快速、简便地对20 000个工作参数进行输入。从而也能够随时调用一次性输入的质量控制参数。此外,为了使SIEMENS公司的职工能够熟悉、掌握这种全新的焊接机器人,Cloos公司的柏林办事处提供了一台实习用机器人供燃气涡轮机生产厂的使用。从而使生产厂能够利用这一实习用机器人进行教学、练习及对工作参数进行优化。目前,SIEMENS公司仍在使用这台实习用机器人进行各种焊接试验和焊接技术的研发。

15min后即可满负荷工作

 

 
图5 Siemens公司SGT5-4000F型燃气涡轮机

SIEMENS公司生产的燃气涡轮机的功率范围为68~340MW。440t重的340MW燃气涡轮机长13m、高5m。与火力发电和核发电相比较,燃气涡轮机的优点是效率高,有着很好的调节控制可能性。只需15min的时间,启动后的涡轮机即可满负荷工作。启动时,首先把发电机当作电动机使用、驱动着涡轮机的主轴旋转,多级压缩机的精密叶轮产生一定的压缩空气,点燃燃气之后,涡轮机继续旋转,直到稳定在其最高转速并带动发电机发电。温度高达600℃的废气将被回收利用:由热交换器生产出蒸汽,并将这些蒸汽输送到燃气涡轮机后端的蒸汽涡轮机中进行发电。已经很高的、几乎达到40%的燃气涡轮机效率也因此进一步得到了提高:整套发电机组的总效率高达60%。另外, SIEMENS公司的燃气涡轮机还可以适应初级端使用的能源载体,不同质量的燃气和燃油都可以作为发电的能源载体。将来,还有可能利用煤炭生产出来的可燃气体进行发电。

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