Истории применения

Сварочный робот Lincoln Robotic на службе в компании ConXtech
 

Осенью 2000 года Роберт Симмонс (Robert J. Simmons), инженер с 30-летним опытом работы в отрасли производства бетонных конструкций, разработал концепцию строительства среднеэтажных жилых зданий с помощью системы быстромонтируемых стальных пространственных рам. Эта система, получившая название SMRSF, основана на запатентованной системе скрепляемых болтами обручей для колонн и балок. Для развития этой концепции Симмонс основал предприятие ConXtech, на котором изготавливаются все детали для последующего монтажа.

В отличие от традиционного процесса строительства с применением стальных конструкций, на которое обычно уходит от семи до восьми месяцев, система быстромонтируемых стальных рам позволила ConXtech сократить время строительства до менее чем двух недель.

Автоматизированное производство балок

Автоматизация позволила сократить время изготовления каждой балки с 80 до 5,5 минут.

В немалой степени этому успеху способствовали роботизированные системы сварки, которые используются на предприятии ConXtech в г. Хэйвард, Калифорния. Эти высокотехнологичные сварочные роботы включают источники питания Power Wave® 455M от компании Lincoln Electric Company в сочетании с шестиосевыми роботами FANUC® 120iLB для сварки балок и обручей. По сравнению со старым полуавтоматическим оборудованием ConXtech эта система обеспечивает более высокую скорость сварки, производительность наплавки и качество соединений.

Раньше на полуавтоматическую приварку одного обруча к балке уходило по 40 минут. Так как сварка проводится с обоих сторон балки, в целом на каждую уходило около часа и 20 минут. Благодаря системе Lincoln и ее двум манипуляторам сварочная станция может одновременно вести сварку соединений на обоих концах балки. Теперь на это уходит 5 минут 30 секунд.

«Из-за огромного объема сварочных работ и минимальных допусков наша система была бы экономически неосуществима без нынешнего уровня автоматизации, – говорит Симмонс. – Насколько нам известно, еще никто в мире не смог наладить сварку конструкционной стали в защитном газе с проплавными сварными швами с помощью шестиосного робота. Мы считаем себя производителем с самым высоким уровнем автоматизации в мире».

Lincoln PowerWave 455M

 Lincoln Power Wave® 455M и Технология контроля формы волны™ гарантируют постоянное качество сварки.

Первое здание ConXtech с применением этой технологии было построено в апреле 2004 года в районе Сантана Роу города Сан-Хосе. Это четырехэтажное жилое здание с торговым пространством и подземным паркингом имело для города большое значение, потому что оно было реконструкцией деревянного строения, сгоревшего в одном из самых крупных пожаров за историю Сан-Хосе. Все сварочные работы по этому проекту были проведены с учетом требований сейсмобезопасности Американского института стальных конструкций (AISC).

Кроме системы крепежных обручей в здании в Сантана Роу также были использованы и некоторые другие разработки ConXtech, например, создания бетонных полов, монтажа стенных панелей, внешних стен и лестничных пролетов.

Как это работает
Соединительный обруч ConXtech состоит из четырех внутренних и четырех внешних пластин. На каждой из внутренних пластин создается охватываемая направляющая типа «ласточкин хвост», после чего она присоединяется к колонне посредством угловой сварки. На каждой из внешних пластин создается охватывающая направляющая. Также вдоль ребер внешних пластин просверливаются отверстия для диагональных болтов. После этого каждая пластина приваривается широкополочным двутавровым соединением.

Такая конструкция очень легко монтируется: каждый узел балка-внешняя пластина накладывается на направляющую внутренней пластины, которая располагается на лицевой стороне каждой колонны. После размещения узлов балка-внешняя пластина на каждой из четырех сторон колонны в диагональные отверстия в примыкающих внешних пластинах вкладываются и предварительно натягиваются высокопрочные болты, которые образуют жесткий обруч вокруг колонны. 

MIG-сварка манипуляторами робота

Два 6-осевых манипулятора проводят MIG-сварку конструкционной стали – возможно, впервые в США

Преимущества для ConXtech
Технология быстромонтируемых стальных пространственных рам от ConXtech обладает множеством преимуществ. Как уже было сказано, она значительно ускоряет процесс монтажа и, соответственно, снижает стоимость строительства по сравнению с традиционными деревянными, бетонными и стальными рамами.

Благодаря уникальной системе свинчиваемых обручей построенные с помощью такого метода здания имеют более надежную конструкцию по сравнению с деревянными рамами и выдерживают более высокие боковые нагрузки – например, во время землетрясений. Для Калифорнийского залива это очень важно – сейсмическая безопасность здесь всегда играла для архитекторов, изготовителей и строителей большую роль.

Обычно в сейсмически опасных зонах высота деревянных зданий не может превышать 15 метров, но технология ConXtech позволяет возводить гораздо более высокие здания. Даже в сейсмических зонах 4 категории опасности эта революционная система обручей возводить соответствующие всем нормативным нормам восьмиэтажные здания на фундаменте без опорных стен и стяжек. Вне сейсмоопасных зон система даже может быть использована для возведения высотных зданий.

Эта технология успешно прошла 17 полномасштабных тестов в лаборатории сейсмических испытаний Университета Аризоны в городе Таксон. Также она прошла испытания мировых экспертов в ходе двух проверок – одна из которых была организована городами Сан-Франциско и Сан-Хосе, а другая – городом Пало-Альто в Калифорнии, где будет построено второе здание ConXtech. По словам представителя ConXtech Роберта Симмонса (Robert J. Simmons), эти проверки доказали, что система пространственных рам SMRSF от компании ConXtech является приемлемой альтернативой традиционным системам пространственных рам, и стали предварительным этапом квалификации для применения в соответствии с Сейсмическими требованиями Американского института стальных конструкций от 2002 года.

 

Роботизированная MIG-сварка

ConXtech в реальном времени отслеживает производственные данные и поэтому может лучше контролировать качество продукции.

Еще одним преимуществом технологии пространственных рам ConXtech является ее архитектурная гибкость. По словам Симмонса, он знал, что ему нужно создать технологию, которая подошла бы для самых разных проектов и архитекторских задумок. «Нам не подошла бы методика строительства здания с одинаковой высотой. Нам была нужна система с безграничными возможностями по индивидуальной адаптации, которая подошла бы для возведения зданий с разным числом и высотой этажей», – говорит Симмонс.

«Поэтому встал вопрос о соединениях. Если бы мы смогли найти подходящий способ соединить все это в одну конструкцию, мы бы смогли создать оптимальную технологию строительства».

Кардинальные перемены
Высочайший уровень точности, с которым 25 сотрудников ConXtech изготавливают все компоненты системы, делает монтаж на месте строительства максимально простым и легким. Поэтому точность – это для компании главное. Допуски при фрезеровке, резке и роботизированной сварке составляют всего 0,1 мм.

Средневысотные здания ConXtech

Технология ConXtech особенно хорошо подходит для средневысотных зданий.

 

Материалы для изготовления балок из конструкционной стали A992 на автоматической производственной линии поставляются на предприятие ConXtech в виде прокатных профилей размером 30x48 см или 30x76 см. Симмонс отмечает, что обработка на станке с ЧПУ внешнего обруча из стали марки A572 Grade 50 выполняется так, чтобы сформировать 95 процентов объема спроектированного сварного шва. До обработки эти детали имеют толщину 7,6 см.

На данный момент все балки и внешние обручи с охватывающими соединениями соединяются методом сварки в защитных газах аппаратами Power Wave 455M от Lincoln Electric. Обручи требуют создания проплавных сварных швов на верхних и нижних фланцах и боковых швов на стенках балок и задней стороне фланцев. На каждой балке за 4 прохода создается 61 см проплавных швов, за 1 проход – 163 см угловых швов.

Power Wave 455M – это высокоэффективное инвертерное устройство с цифровым управлением, созданное с применением технологии управления формой волны (Waveform Control Technology™), которая стала частью программы инноваций Lincoln Nextweld®: The Future of welding is here™. Технология управления формой волны – это разработанная Lincoln технологическая платформа, которая позволяет точно контролировать форму колебаний волны тока. Так как форма волны регулируется программой, а не посредством смены компонентов электроники, технология управления формой волны позволяет индивидуально настроить оптимальные параметры практически для любой задачи сварки, что позволяет обеспечить высокую производительность и качество сварки широкого ряда материалов. Все эти возможности позволили предоставить пользователям универсальную масштабируемую систему сварки.

Цифровые коммуникации со сварочными системами

С помощью соединений ArcLink™, DeviceNet и Ethernet аппарат Lincoln Power Wave® 455M может подключаться к другим компонентам заводских сварочных систем и сетей для дистанционного мониторинга за производством.

Кроме того, инвертерный источник питания с цифровым управлением Power Wave 455M поддерживает высокотехнологичные процедуры поджигания дуги, которые снижают риск образования пористости и обеспечивают ровные сварные швы с хорошим внешним видом.

ConXtech также пользуется цифровой информационной платформой системы Power Wave. Цифровые протоколы ArcLink и DeviceNet позволяют специалистам ConXtech в реальном времени получать данные цифрового мониторинга производительности системы, силы и напряжения тока и скорости подачи проволоки на сварочной станции. В ближайшем будущем Симмонс планирует подключаться к системе мониторинга со своего ноутбука через соединение Ethernet – такую возможность системы Lincoln Power Wave предлагают уже сегодня.

«Power Wave 455M обеспечивает несравнимое качество сварки, а технология управления формой волны – стабильные результаты, – объясняет Симмонс. – Роботизированная система обеспечила безупречное качество, которого обычно очень сложно добиться при таком объеме производства».

Крепления от компании Preston Easton позволяют грузить и разгружать балки силами всего одного оператора. Вращающаяся головка на танкетках позволяет точно выравнивать балки длиной от 2,4 до 6 метров. Концевые обручи исполняют роль зажима, который удерживает полки балок в параллельном положении. Такие крепления фиксируют балки и компоненты внешних обручей в нужном положении и всегда обеспечивают соответствие допускам – в противном случае робот просто не начнет работу.

Для ConXtech важна не только точность, но и высокая производительность, которая позволила бы предприятию изготавливать за 8-часовую смену 80 балок и обручей. По данным Симмонса, на сегодняшний день скорость сварки составляет от 30 до 63 см/мин., а производительность наплавки – 6,3 кг/час (проволокой MC-6 диаметром 1,3 мм при скорости подачи 10,2 м/мин).

Угловые швы

Свинчиваемые обручи свариваются на предприятии – для этого создается 60 см проплавных швов и 1,6 м угловых швов.

Выбор сварочных материалов
Что касается расходных материалов, ConXtech выбрала металлопорошковую проволоку для сварки углеродистой стали в среде защитных газов Metalshield® MC-6, которая предполагается для применения в условиях производства по рекомендациям FEMA 353. Основным преимуществом проволоки диаметра 1,3 мм является возможность многопроходной сварки без необходимости чистки между проходами. Это особенно помогает при четырехпроходном создании проплавных швов. Также она отличается низким дымообразованием и разбрызгиванием.

«Проволока MC-6 продемонстрировала очень чистую сварку, высокую производительность наплавки и высокое качество сварных швов с минимальным или полным отсутствием брака из-за пористости или шлаковых включений, – отмечает Симмонс. – Мне кажется, для горизонтальной сварки на предприятии на данный момент MC-6 – это самая производительная проволока на рынке».

ConXtech использует смешанный защитный газ, который на 84% состоит из аргона и на 16% - CO2. Проволока MC-6 поставляется в крупновесных бочках Lincoln Accu-Trak™, которые, по словам Симмонса, идеально подходят для массового производства ConXtech.

Другие типы сварки на ConXtech
На данный момент колонны и внутренние обручи с охватываемой направляющей свариваются в защитных газах с помощью полуавтоматических источников питания DC-655 и механизмов подачи проволоки LN-10, однако Симмонс планирует в ближайшем будущем перевести производство на полностью автоматические сварочные станции.

Ради большего удобства проволока металлопорошковая проволока MC-6 также используется на полуавтоматических сварочных станциях. «Возможность вести всю сварку одной проволокой помогает нам лучше контролировать качество», - отмечает Симмонс.

Угловая сварка

Балки из конструкционной стали марки A992 быстро монтируются.

Обслуживание и обучение
В ходе внедрения новой системы сотрудники ConXtech прошли базовый тренинг по программированию роботов в штаб-квартире компании Lincoln Electric в Кливленде, шт. Огайо. В свою очередь, специалисты Lincoln провели на предприятии четыре дня, в течение которых проводились монтаж и настройка оборудования, оказывали поддержку в течение переходного периода и помогли ConXtech без проблем повысить производительность. Симмонс отмечает: «Региональный менеджер по роботизированным системам Lincoln Чак Мюррей невероятно нам помог. Благодаря нему мы получили все необходимые технические знания для организации процесса работы».

Будущее
Для Симмонса мечты о компании ConXtech и революционной системе свинчиваемых обручей стали реальностью. Он стремится продолжить всемирное развитие компании среди проектировщиков, строителей и архитекторов, и воплотить в реальность различные способы внедрения системы быстромонтируемых стальных пространственных рам в средневысотные жилые здания.

Система стальных пространственных рам (SMSFS)

Система быстромонтируемых стальных пространственных рам ConXtech (SMRFS) сделает строительство максимально эффективным.

Оригинал статьи

Опубликовано 7/7/05

ПОКАЗАТЬ ВСЕ