Автоматическая сварка — не только для крупных производителей


Автоматическая сварка перестала быть уделом крупномасштабного производства. Современные цифровые технологии позволяют объединить сварочное оборудование и автоматизацию в легко программируемые рабочие станции даже на небольших узкоспециализированных предприятиях.

Сварочные роботы позволяют значительно увеличить качество продукции, повысить воспроизводимость сварных соединений, снизить длительность цикла и время простоя и благодаря всему этому повысить прибыль предприятия. Новые возможности в сфере автоматизации значительно расширяют возможности сварки и ее экономическую ценность. Широкие возможности программирования и цифровой обмен данными между сварочными источниками питания, манипуляторами робота и позиционирующим оборудованием позволяют создать экономически оправданную систему для предприятий любого размера.

Зачем автоматизировать?
Широко распространено мнение, что автоматизация оправдана только для длительной или циклической сварки. Раньше это было обусловлено высокой стоимостью позиционирующего оборудования и специализированных рабочих станций. Сегодня же автоматизация подходит для любых, кроме самых мелких, предприятий. Это стало возможным благодаря новым системам с очень простым программированием, универсальным системам фиксации и рабочим станциям со скоординированным управлением параметрами сварки, движениями робота и позиционирования детали. Компания, которая изготавливает партии по 50 или 100 сварных деталей, получает от автоматизации такие же преимущества, как и предпряития, которые выполняют сотни или тысячи соединений. Крупные фирмы также могут автоматизировать свои короткие или специализированные рабочие циклы за счет готовых систем, которые можно легко запрограммировать для собственных нужд. Кроме того, благодаря стратегическим партнерствам производителей сварочного оборудования, роботов и позиционирующего оборудования даже небольшие предприятия могут позволить себе сварочные станции по индивидуальному проекту.

Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей 

В прошлом производители рассматривали в качестве кандидатов на автоматизацию только самую сложную продукцию и приходили к выводу, что для них это экономически не оправдано. Сегодня универсальные системы позиционирования оборудования намного упростили переход с одного вида продукции на другой. Здесь актуально правило 80/20, так как 80% объема производства той или иной компании часто представляет собой только 20% ее ассортимента. Новые сварочные роботы позволяют автоматизировать простую и повторяющуюся сварку и быстро переключаться между различными видами продукции.

Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей 

Главный довод в пользу автоматизации — это экономичность. Сварочные роботы теперь стали использоваться даже для короткой и средней по длительности сварки. Благодаря низким вложениям и значительному приросту производительности окупаемость таких систем даже превышает окупаемость крупных сварочных линий по индивидуальному проекту.

Еще один аргумент в пользу автоматизации — это стабильное качество. Чем меньше в процессе неконтролируемых переменных, тем лучше качество и внешний вид швов. Кроме того, высокое качество и меньшее время обработки заказа означают большую удовлетворенность заказчиков.

В отличие от специализированных фиксаторов, универсальные системы позиционирования современных сварочных роботов позволяют с минимальным простоем переключаться между различными видами продукции. Это еще больше увеличивает производительность и доход на инвестиции.

В области сварки, как и во многих других высококвалифицированных отраслях, наблюдается недостаток профессиональных кадров. Такая ситуация стимулирует развитие автоматизации, которая позволяет передать как можно больше функций машине и упростить циклическую сварку. Даже при участии оператора трудовые затраты оказываются намного ниже. В роботизированной сварочной станции загрузка деталей и сварка происходят одновременно в двух смежных зонах. Пока оператор устанавливает или извлекает изделия в одной зоне, робот выполняет сварку в другой.

Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей       Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей


В сети
Коммуникационные возможности современных сварочных систем значительно отличаются от автоматики прошлого. Современные промышленные коммуникационные сети позволяют наладить непрерывный цикл обмена данными с возможностью получения обратной связи и управления всеми уровнями производства. Цифровой формат делает эти системы значительно быстрее аналоговых. Он обеспечивает не только высокую производительность, но и универсальность. При этом они позволяют легко добавлять новые возможности без дополнительного усложнения системы. Возможность мониторинга в реальном времени и выход в Интернет позволяют контролировать процесс производства из любого места — цеха, поста управления или даже другого города.

 Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей

Производители оборудования, которые раньше работали независимо, теперь вступают в стратегические партнерства. Обмен опытом позволяет им поставлять потребителям эффективные и слаженные системы. Объединение производителя сварочного оборудования с поставщиками роботов и позиционирующего оборудования позволит им разрабатывать решения автоматической сварки более эффективно, чем если бы конечный пользователь попробовал бы собрать рабочую станцию самостоятельно. Более того, многие производители сопутствующего оборудования объединяют свои портфолио и ведут совместную разработку продукции.

Большинство производителей сварочных роботов проектируют свою продукцию сразу в нескольких странах, что может затруднить разработку сложной системы из многих компонентов. Из-за этого по крайней мере одна фирма сконцентрировала разработку продуктов для Северной Америки в США, в то же время сохранив свои международные ресурсы. Такой компромиссный подход позволил компании более оперативно и эффективно реагировать на потребности местных рынков.


Объединение продуктов в системы
Благодаря совмещению возможностей современного оборудования, программного обеспечения и коммуникационных технологий производители теперь могут составлять высокотехнологичные платформы для дуговой сварки с возможностью легкой интеграции и высокоскоростного обмена данными со сварочным оборудованием, программируемыми контроллерами, удаленными входами и выходами, подключенными к сети компьютерами и любым другим цеховым или офисным оборудованием. Скорость и точность цифровых технологий таких систем позволяют полностью отслеживать ход производства и в то же время получать обратную связь для еще большего увеличения качества и производительности. Данные обратной связи позволяют в реальном времени проводить мониторинг производства без необходимости в дополнительной контрольном оборудовании.

В качестве примера можно назвать программу Nextweld™ от Линкольн Электрик. Nextweld позволяет легко внедрить на любом производстве оборудование с возможностью управления формой волны, цифрового обмена данными и применения высокотехнологичных сварочных материалов. Оборудование с функцией программного изменения формы волны сварочного тока обеспечивает оптимальные параметры сварки в любых условиях без необходимости в смене электрооборудования. Настройки формы волны можно создавать для каждой конкретной задачи в индивидуальном порядке и затем мгновенно загружать их из сети. Программное обеспечение системы позволяет индивидуально подбирать характеристики дуги для определенных условий сварки. В результате один аппарат можно использовать для целого ряда задач сварки с различными материалами, пространственными положениями и требованиями по механическим характеристикам/внешнему виду шва. Инверторные источники питания отличаются высокой энергоэффективностью и при этом совместимы практически с любыми сетями питания. Цифровые коммуникации позволяют обмениваться большим объемом данных, причем быстрее и надежнее по сравнению с аналоговыми методами.

Первый протокол для высокоскоростного обмена данными в области сварки ArcLink™ впервые был представлен компанией Линкольн Электрик в 1997 году на выставке Американского общества сварки (AWS). Это открытый протокол, благодаря которому любая компания из области сварки может наладить эффективный обмен данными между своим сварочным оборудованием. Этот протокол описывает обмен данными между устройствами или модулями системы дуговой сварки и значительно упрощает их подключение. Обычно такими модулями являются источник питания, блок управления и механизм подачи проволоки. Также сюда входит такое периферийное оборудование, как вытяжка дыма и газовые смесители. Так как каждая система сварки по сути представляет собой набор модулей, с помощью шлюзового модуля также можно подключиться к другим сетям компании, например, DeviceNet™ или Ethernet. Благодаря общему стандарту системные интеграторы получают большой выбор сварочного и периферийного оборудования с минимальной вероятностью проблем с совместимостью. Модульная структура этого протокола обеспечивает интегратору большой выбор поставщиков и моделей периферийного оборудования при том, что для добавления каждого нового компонента системы больше не придется начинать целый проект.


С чего начать
Если Вы задумываетесь об автоматизации сварки, мы советуем рассмотреть все преимущества каждого потенциального поставщика. Некоторые производители выгодно отличаются более обширным опытом работы в данной отрасли, расширенными возможностями управления дугой, возможностью индивидуальной доработки процесса, низким разбрызгиванием и особенно высоким конечным качеством сварки. Сочетание преимуществ современного сварочного, автоматического и позиционирующего оборудования позволит значительно сократить длительность производственного цикла и повысить повторяемость сварки. Сравните доступный выбор со своими производственными потребностями и не забывайте, что выбранная Вами система должна быть пригодна для возможного расширения в будущем. Конструкторы поставщика могут составить точную компьютерную модель детали и создать 3D-анимацию предлагаемого процесса автоматической сварки на основе Ваших рисунков или файлов CAD. Так Вы сможете:

    выявить и устранить узкие места производства, неэффективные операции и проблемы безопасности

    провести анализ влияния действий оператора на производство и рабочие процессы

    провести планирование производства различных деталей

    подтвердить и устранить предполагаемые проблемы с синхронизацией

    провести анализ эффективности использования цехового пространства

    выявить возможные задевания горелки/деталей/инструментов

    оценить длительность рабочего цикла и рассчитать предполагаемую производительность

Специалисты по автоматизации даже могут модернизировать или перепрофилировать уже существующую сварочную автоматику Вашего предприятия и создать на ее основе новую, более универсальную систему. Во многих случаях это подход позволяет превратить малопроизводительное старое оборудование в ценные активы.


Сварочный робот помогает CORSA повысить производительность
CORSA Performance – это инженерная и производственная фирма, которая специализируется на разработке высокотехнологичных выхлопных систем из нержавеющей стали для автомобилей и катеров. CORSA занимает 85% рынка выхлопных систем для катеров, а ее глушители Power-Pulse устанавливаются на автомобили целого ряда марок: Corvette™, Camaro™, Firebird™, Dodge™ Viper™, Cadillac™, Chevrolet™ и GMC™. Фирме потребовался способ увеличить объем производства и устранить завалы в производстве, вызванные применением аргонодуговой сварки. Еще одним важным фактором было качество сварки. Джим Браунинг (Jim Browning), владелец и президент компании CORSA, рассказывает: «Когда наш покупатель достает из коробки глушитель CORSA, первое, на что он обращает внимание – это сварные швы. Хоть для нас и важна скорость производства, в первую очередь нам была нужна система, которая могла бы гарантировать качество сварных швов и низкое разбрызгивание».

Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей 

Поэтому специалисты CORSA остановились на сварочном роботе System 10 от Линкольн Электрик. Это готовое решение, которое представляет собой сварочную станцию с двумя фиксированными сварочными столами. Станция поставляется в собранном, готовом к установке виде. Она включает шестиосный манипулятор Fanuc ARCMate 50iL грузоподъемностью до 3 кг и блок управления Fanuc R-J3. Система также имеет защитный металлический барьер и складывающиеся подвесные двери с шлюзами. При этом оператор может устанавливать и выгружать детали с одной стороны, а робот в это же время ведет сварку с другой – что значительно увеличивает эффективность производства.

Из-за малой толщины материала специалисты Линкольн порекомендовали CORSA источник питания STT II. В отличие от обычных аппаратов для сварки в защитном газе на жесткой вольт-амперной характеристике, в режиме STT не используется тумблер регулировки напряжения. Вместо этого регулируется сила сварочного тока независимо от скорости подачи проволоки. Это намного упрощает сварку в тех случаях, когда нужно обеспечить низкое тепловложение без риска проплавления основного металла. Более того, это позволяет свести к минимуму деформации, разбрызгивание и дымообразование.

После установки новой роботизированной системы сварки объем производства глушителей Power-Pulse подскочил с 44 до 180 штук за день. Такой результат убедил специалистов CORSA заменить 12 станций для ручной дуговой сварки на роботизированные. Для того, чтобы определить целесообразность перевода той или иной детали на роботизированную сварку, в компании сначала проводилась оценка объема производства. «Если какая-то наша деталь сваривается методом MIG или TIG, я пробую представить, сможет ли System 10 выполнить эту сварку и какие для этого понадобятся позиционеры», – рассказывает Пол Гот (Paul Goth), программист/инженер-технолог CORSA.

Одной из таких деталей стал глушитель для Chevrolet C5 и Camaro, который представляет собой длинный овальный цилиндрический корпус из нержавеющей стали марки 304 толщиной 15 мм с крышкой толщиной 16 мм. В этом случае робот System 10 сваривает два соединения длиной 71 см по всей окружности крышки. Тонкий корпус глушителя очень уязвим к прожиганию, но при этом для него требуется качественная сварка с достаточной глубиной проплавления. Для сварки этого глушителя технологи CORSA используют смесь защитных газов (90% гелия, 7,5% аргона и 2,5% CO2) и проволоку 316L диаметром 0,9 мм. До внедрения автоматизации на аргонодуговую сварку каждого глушителя уходило по 20 минут. Теперь на это уходит меньше двух минут. Более того, для управления установкой достаточно одного оператора, благодаря чему компания смогла перевести квалифицированных рабочих на другие задачи. В общем итоге сварочный робот увеличил дневной объем производства на 500%.

Еще одним примером перевода детали на роботизированную сварку можно назвать крышку глушителя для катера. Она состоит из формованного корпуса из нержавеющей стали 316L толщиной 1,6 мм и приваренного к ней кольца. Сначала робот делает четыре маленьких прерывистых шва, которые фиксируют кольцо внутри трубы и затем один непрерывный круговой шов длиной 30 см с поперечными колебаниями по внешней окружности детали. Для сварки морских деталей в компании используется смесь защитных газов (90% гелия, 7,5% аргона и 0,4% CO2) и проволока 316L диаметром 0,9 мм. Раньше на аргонодуговую сварку каждой детали уходило от трех до пяти минут. Теперь робот выполняет эту работу за 35 секунд.

После сварки все детали тщательно полируются до зеркального блеска. «Одним из плюсов STT для нас стало отсутствие разбрызгивания. Благодаря этому после сварки мы можем сэкономить время и сразу перейти к полировке, – рассказывает Гот. – При роботизированной сварке в защитном газе получаются швы с таким же хорошим внешним видом, как и при аргонодуговой сварке».


Harford Manufacturing сокращает производственный цикл
В компании Harford Manufacturing две автоматизированные сварочные станции помогли сократить длительность цикла сварки 30-сантиметрового ковша экскаватора с 30 до 8 минут. На ручную сварку ковшей в зависимости от размера уходило от получаса до 1 часа 45 минут. Harford специализируется на поставках ковшей экскаваторов и сцепных устройств для рынка OEM в Соединенном Королевстве и Европе.

Директор по производству Джулиан Гарруд (Julian Garrood) рассказывает: «Быстрая ик ачественная сварка — это ключевой аспект нашего производства». В 2000 году компания в целях увеличения производительности начала переход на роботизированную сварку. Руководствуясь хорошим опытом работы с оборудованием для РДС компания выбрала две автоматические системы от компании Линкольн с роботом Arcmate 120i и контроллером FANUC R-J3. Каждая из этих двух станций пригодна для сварки ковшей разного размера и не требует послесварочной очистки поверхности, что в итоге приводит к значительному снижению производительности. Сварочный руководитель Кевин Холмс (Kevin Holmes) рассказывает: «Возможности робота в отношении качества и количества полностью превзошли наши ожидания. Система показала себя очень надежной и удобной. В результаты мы увеличили производительность больше, чем на 100%».


H-P Products расширяет производство благодаря автоматизации
H-P Products, Inc., компания из г. Кантон, шт. Огайо, смогла стать крупным поставщиком для GM и Chrysler благодаря шести новым системам автоматической сварки. В июне 2002 года компания уже вела сотрудничество с несколькими крупными автопроизводителями и поставляла им стабилизаторы подвески. После того, как GM начала готовиться к запуску новой серии и компания Chrysler проявила большую заинтересованность в заключении нового контракта, для выполнения значительно возросшего объема поставок H-P понадобилось резко увеличить производительность.

Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей 

Поэтому компания закупила для своей производственной линии шесть новых систем автоматической сварки от Линкольн Электрик, в которую вошли четыре поворотных стола и две индексационные системы с неподвижным столом. Каждая из этих систем изготовлена по индивидуальному проекту и включает источник питания Power Wave 455R и робот FANUC 100 J-3iB. Благодаря этим системам H-P теперь производит новую линейку продукции для GM. В общей сложности на ее выпуск ушло всего шесть месяцев. Кроме того, H-P удалось заключить контракт с Chrysler, и объем производства вырос еще больше.


Тандемная MIG-сварка увеличивает выпуск Garden State Chassis на 500 процентов
Компания Garden State Chassis, крупный производитель оборудования для погрузки и разгрузки судов, столкнулась с тем, что сварка в защитных газах (MIG) не позволяла обеспечить требуемый объем производства. Перевод компании на систему автоматической тандемной MIG-сварки от Линкольн позволил ей увеличить производительность на 500%. Вместо одновременной сварки двумя дугами по противоположным сторонам детали в системе тандемной сварки ведется одновременная сварка одного шва обеими дугами, что позволяет увеличить скорость в 4-5 раз. Тандемная MIG-сварка — это высокоскоростной процесс, в котором используется сочетание двух дуг для создания одного шва. Тандемная сварка отличается очень высокой скоростью, в случае Garden State она превысила 100 см в минуту — в 2,5 раза больше по сравнению с аналогами от конкурентов. Кроме скорости, этот процесс отличается высоким качеством сварки и минимальным разбрызгиванием, что особенно важно для тех деталей, которые будут оставаться на виду. Высокое качество и низкое разбрызгивание — этот результат использования источников питания Power Wave с применением технологии управления формой волны сварочного тока, которые позволяют точно контролировать сварочную ванну и регулировать поведение дуг с учетом конкретных условий сварки.

Автоматическая сварка: — не только для крупных производителей 

Пэт Пикацио, директор закупок Garden State Chassis, рассказывает: «Нам до сих пор не верится, насколько сильно автоматика повлияла на наши возможности и выход продукции. Сначала мы боялись, что автоматическая система не подойдет для наших условий, но теперь она без проблем работает восемь часов в день, пять дней в неделю».

Это лишь несколько примеров того, как новые, универсальные автоматические системы сварки могут увеличить производительность, качество продукции и прибыльность крупных и малых предприятий.