Создание роботизированного комплекса для гибридной плазменно-дуговой сварки тонкостенных конструкций

Abstract

Целью данной работы является создание комплекса оборудования и технологии гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом с коаксиальной подачей проволоки для конструкций из сталей и алюминиевых сплавов толщиной 5...12 мм с использованием промышленных роботов. Математическое моделирование процессов в дуге при гибридной плазменно-дуговой сварке явилось основой выбора параметров режима сварки с учетом взаимного влияния столба сжатой дуги неплавящегося электрода и дуги с плавящимся электродом, позволившей сформулировать технические требования к источникам питания сварочного тока. На основании математического и физического моделирования процесса гибридной сварки создан комплекс оборудования и базовые технологические процессы для роботизированной сварки тонкостенных конструкций из сталей и алюминиевых сплавов. Разработанная система управления комплексом позволила синхронизировать функционирование двух сварочных источников и вспомогательного оборудования с перемещениями антропоморфного промышленного робота для реализации устойчивого процесса гибридной плазменно-дуговой сварки плавящимся электродом. Применение данного процесса сварки позволило уменьшить расход электродного металла на 40 % по сравнению с импульсно-дуговой сваркой плавящимся электродом при сопоставимых скоростях. При этом уровень продольных прогибов сварных образцов при использовании гибридного процесса был в 3 раза меньше по сравнению с процессом сварки импульсной дугой с плавящимся электродом.

Метою даної роботи є створення комплексу обладнання та технології гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом з коаксіальною подачею дроту для конструкцій із сталей і алюмінієвих сплавів товщиною 5...12 мм з використанням промислових роботів. Математичне моделювання процесів в дузі при гібридному плазмово-дуговому зварюванні стало основою вибору параметрів режиму зварювання з урахуванням взаємного впливу стовпа стислої дуги, що не плавиться і дуги з плавким електродом, дозволила сформулювати технічні вимоги до джерел живлення зварювального струму. На підставі математичного і фізичного моделювання процесу гібридного зварювання створений комплекс обладнання і базові технологічні процеси для роботизованого зварювання тонкостінних конструкцій із сталей і алюмінієвих сплавів. Розроблена система управління комплексом дозволила синхронізувати функціонування двох зварювальних джерел і допоміжного обладнання із застосуванням антропоморфного промислового робота для реалізації сталого процесу гібридного плазмово-дугового зварювання плавким електродом. Застосування даного процесу зварювання дозволило зменшити витрату електродного металу на 40 % в порівнянні з імпульсно-дуговим зварюванням плавким електродом при порівнянних швидкостях. При цьому рівень поздовжніх прогинів зварних зразків при використанні гібридного процесу був у 3 рази меншим в порівнянні з процесом зварювання імпульсною дугою з плавким электродом.

The objective of this work is development of a complex of equipment and technology of hybrid consumable electrode plasma-arc welding with coaxial wire feed for structures from steels and aluminium alloys 5–12 mm thick, using industrial robots. Mathematical modeling of processes in the arc in hybrid plasma-arc welding was the basis for selection of welding mode parameters allowing for mutual influence of the column of nonconsumable electrode constricted arc and consumable electrode arc, which enabled defining technical requirements to welding current power sources. Proceeding from mathematical and physical modeling of the process of hybrid welding, a complex of equipment and basic technologies were developed for robotic welding of thin-walled structures from steels and aluminium alloys. Developed system of complex control anabled synchronizing the functioning of two welding sources and auxiliary equipment with movements of an anthropomorphic industrial robot for realization of a stable process of hybrid consumable electrode plasma-arc welding. Application of this welding process allowed reducing electrode metal consumption by 40 %, compared to consumable electrode pulsed-arc welding at comparable speeds. Here, the level of longitudinal deflection of welded samples at hybrid process application was 3 times smaller, compared to the process of consumable electrode pulsed-arc welding.