Klassifizierung von Schweißprozessen: 7 Typen

Dieser Artikel beleuchtet die sieben Hauptarten von Schweißprozessen. Es gibt folgende Typen: 1. Manuelles Schweißen 2. Halbautomatisches Schweißen 3. Automatisches Schweißen 4. Automatisiertes Schweißen 5. Adaptive Steuerungen 6. Fernschweißen 7. Robotisches Schweißen.

Typ # 1. Manuelles Schweißen:

Das bedeutet, dass alle acht Vorgänge der Schweißsequenz von Hand ausgeführt werden. Es ist jedoch anzumerken, dass die Stufe 4, die "die relative Bewegung zwischen dem Schweißkopf und dem Werkstück" ist, eine mechanische Unterstützung umfassen kann, beispielsweise einen Schweißmanipulator, der das Werkstück zum Schweißen etwa mit der richtigen Geschwindigkeit bewegt.

Ein solcher Manipulator, der als Schwerkraftmotor bezeichnet wird, ist in Abb. 21.1 dargestellt, in dem der Schweißer das Gewicht aufwickelt und dann die Geschwindigkeit des Tisches steuert, indem er die Kante hält und ihn mit der gewünschten Geschwindigkeit durch seine Finger laufen lässt, wodurch er saubere, durchgehende Schweißnähte erzeugen kann kreisförmige Scams in der Downhand-Schweißposition.

Das manuelle Schweißen ist am beliebtesten bei SMAW-, GTAW-, Autogengas- und Plasmaschweißverfahren.

Typ # 2. Halbautomatisches Schweißen:

In dieser Systemstufe 5 ist dies "die Steuerung von Schweißvariablen, wie beispielsweise die Drahtvorschubgeschwindigkeit in GMAW oder die Dauer des Stroms beim Widerstandsschweißen mit einem Pistolenschweißgerät, automatisch", aber die Schweißmittel werden in der Hand gehalten. Stufe 4, d. H. Die relative Bewegung zwischen dem Schweißkopf und der Arbeit ist normalerweise manuell, jedoch können mechanische Mittel wie Förderband oder Arbeitsmanipulator verwendet werden. Somit kann der GMAW-Prozess in Verbindung mit einem Schwerkraftmotor verwendet werden, um die Qualität und Produktivität beim Schweißen zu verbessern.

Die verschiedenen Vorgänge in den Stufen 3 und 6, dh das Starten und Stoppen des Betriebs, können nacheinander automatisch mit Hilfe eines einzigen Ein-Aus-Schalters ausgeführt werden.

Das halbautomatische Schweißsystem ist bei GMAW und FCAW am beliebtesten. Es ist zwar möglich, diese Technik mit GTAW-, SAW- und ESW-Prozessen anzuwenden, wird jedoch selten verwendet.

Geben Sie # 3 ein. Automatisches Schweißen:

Es ist ein System, in dem mindestens Stufe 5, die "Steuerung der Schweißvariablen" ist, und Stufe 4, dh "die relative Bewegung zwischen dem Schweißkopf und der Arbeit", automatisch abläuft. Normalerweise steuert ein einzelner Schalter, der durch ein Sequenziergerät arbeitet, die Steuerungen für Strom und Verbrauchsmaterialien wie Draht und Gas. Dies kann auch dazu führen, dass die Krater-Befüllungsvorrichtung, falls eingebaut, automatisch in Aktion tritt. Abb. 21.2 zeigt ein Blockdiagramm für ein typisches automatisches Schweißsystem.

In einer automatischen Schweißanlage werden die Stufen 1, 2, 7 und 8 von Hand ausgeführt oder manuell eingeleitet. Nach der obigen Logik wird Schwerkraftschweißen als tragbares automatisches Schweißverfahren klassifiziert.

Das automatische Schweißsystem ist bei SAW- und ESW-Prozessen am beliebtesten. Es wird auch in begrenztem Umfang mit GTAW, GMAW, FCAW und den Plasmaschweißverfahren eingesetzt.

Geben Sie # 4 ein. Automatisiertes Schweißen:

Ein automatisiertes Schweißsystem führt alle acht Schritte von der Montage und Übergabe der Teile an den Schweißkopf aus, ohne dass die Bedienelemente vom Schweißpersonal eingestellt werden müssen. Das Schweißen, das in einem oder mehreren Schritten abgeschlossen werden kann, und der endgültige Auswurf des fertigen Produkts werden mechanisch ohne manuellen Eingriff durchgeführt. Ein wichtiger Aspekt des automatisierten Schweißens besteht darin, dass der Bediener den Vorgang nicht kontinuierlich überwachen muss. Im Vergleich zum automatischen Schweißen erhöht dies tendenziell die Produktivität, verbessert die Qualität und verringert die Ermüdung des Bedieners.

Fig. 21.3 zeigt ein schematisches Diagramm für ein automatisiertes Schweißsystem, das einen Mini-Computer, einen Multi-Programmierer und eine Betrugsverfolgungseinheit verwendet. Die automatisierten Schweißsysteme werden häufig bei SAW-, GMAW- und FCAW-Prozessen eingesetzt. In begrenztem Umfang werden GTAW, PAW und ESW auch im automatisierten Modus verwendet.

Abb. 21.3 Schematische Darstellung eines automatisierten Schweißsystems

Typ # 5. Adaptive Steuerungen:

Durch den vermehrten Einsatz von automatischen und automatisierten Schweißsystemen ist es unerlässlich, den Schweißkopf genau entlang der Verbindungsbahn zu bewegen und Schweißnähte mit den gewünschten Spezifikationen und Qualität zu erzielen. Dies geschieht normalerweise durch Verwendung von Vorrichtungen, die als adaptive Steuerungen bezeichnet werden.

Adaptive Kontrollen in Schweißsystemen erfüllen daher zwei Ziele, nämlich das Scam-Tracking und die Qualitätskontrolle.

Es gibt verschiedene Arten von Nahtverfolgungsgeräten. Der einfachste in Abb. 21.4. ist ein mechanischer Mitnehmer, der federbelastete Räder verwendet, um der Verbindungsnaht physisch zu folgen. Dieses System funktioniert zufriedenstellend für lange horizontale oder vertikale Pfade, kann jedoch für die Nahtverfolgung entlang eines gekrümmten Pfads nicht nützlich sein, wie aus zwei Positionen dieses in Abbildung 21.5 gezeigten Typs dieses Scam-Trackers ersichtlich ist.

Andere Nahtverfolgungssysteme umfassen elektromechanische Vorrichtungen, die elektronische Sonden mit geringem Gewicht verwenden. Sie sind jedoch in ihrer Fähigkeit begrenzt, Mehrfachdurchgangsschweißungen und Vierkantnähte zu verfolgen. Diese werden auch durch Schweißwärme beeinträchtigt.

Einige andere Systeme, die mit dem GTAW-Prozess verwendet werden, basieren auf der Lichtbogenerkennung unter Verwendung der Lichtbogenspannungssteuerung, um den Pfad aufrecht zu erhalten. Anspruchsvollere Versionen der Bogennahtverfolgung verwenden einen Mechanismus zum Oszillieren des Bogens und zum Interpretieren der Variation der Bogeneigenschaften, um die Position der Verbindung zu erfassen. Ein solches System kann bei einem bestimmten Schweißprozess wünschenswert sein oder nicht, und seine Bewegungsgeschwindigkeit kann durch die Schwingungserfordernisse begrenzt sein.

Bei weitem sind die ausgefeiltesten Betrugsverfolgungssysteme optische Typen, die Videokameras verwenden, wie in Fig. 21.6 oder anderen Vorrichtungen gezeigt, um ein zwei- oder dreidimensionales Bild der Schweißverbindung zu erhalten. Diese Bilder werden von einem Computersystem verwendet, um den Schweißkopf dem Verbindungsweg sehr genau folgen zu lassen.

Das optische Nahtverfolgungssystem unter Verwendung eines Laserstrahls ist die neueste Methode, um eine hohe Genauigkeit bei der Verfolgung des gewünschten Schweißweges zu erreichen. Scharfe Ecken und der Effekt von Schweißwärme und Rauch erzeugen jedoch immer noch Probleme, die nicht vollständig überwunden werden.

Adaptive Steuerungen, wenn sie für die In-Prozess-Qualitätskontrolle beim Widerstandsschweißen verwendet werden, ermöglichen, dass der Prozess fortgesetzt wird, bis ein Nugget mit ausreichender Größe gebildet wurde.

Wenn irgendeine Form von adaptiver Steuerung verwendet wird, werden die Wörter "mit Scam-Tracking" oder "mit adaptiver Kontrolle" zum Hauptprozessmodus hinzugefügt, zum Beispiel "automatisiertes Schweißen mit Scam-Tracking oder Widerstandspunktschweißen mit In-Prozess-Qualitätskontrolle". .

Typ 6. Fernschweißen:

Fernschweißen und automatisiertes Schweißen haben viel gemeinsam. In beiden Fällen erfolgt das Schweißen ohne die unmittelbare Anwesenheit eines menschlichen Schweißers. Beim automatischen Schweißen ist der Bediener möglicherweise nur wenige Meter vom Schweißvorgang entfernt, der Schweißer kann jedoch ebenso viele Meter entfernt sein.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass während der Vorgänge keine Überwachung und Einstellungen erforderlich sind. In vielen Fällen wird der Schweißvorgang hinter den Vorhängen durchgeführt, so dass der Bediener die Vorgänge nicht einmal sehen kann oder von dem Lichtbogen nicht beeinflusst wird.

Das Fernschweißen ist dem automatisierten Schweißen sehr ähnlich, da sich der Schweißarbeiter nicht am Schweißort befindet und möglicherweise eine große Entfernung von ihm entfernt ist. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass das automatisierte Schweißen normalerweise so gestaltet ist, dass immer und immer dieselbe Schweißung erfolgt. Beim Fernschweißen handelt es sich normalerweise um Wartungsarbeiten, bei denen sich jede Schweißnaht von der vorherigen unterscheiden kann.

Wenn immer wieder dieselbe Schweißung ausgeführt wird, ähnelt das Remote-Schweißen dem automatisierten Schweißen. Mit der zunehmenden Etablierung von Kernkraftwerken wird das Remote-Schweißen immer beliebter. Im Allgemeinen wird es dort durchgeführt, wo Menschen aufgrund einer feindseligen Atmosphäre nicht anwesend sein können, beispielsweise wenn ein hohes Maß an Radioaktivität vorhanden ist. Wartungseinheiten müssen daher aus der Ferne arbeiten, einschließlich Schweißen.

Zu den typischen Anwendungen des Fernschweißens gehört das Versiegeln radioaktiver Materialien in Metallbehälter. Die Abdichtung von Brennelementen und Targetstäben wird auch in der Nuklearindustrie durch Fernschweißen durchgeführt (siehe Abb. 21.12).

Das Remote-Schweißen findet in einigen radiochemischen Verarbeitungsanlagen Anwendung, in denen Lösungen mit hohem Korrosionsschutz eingesetzt werden. Dies geschieht auch im Bereich von Kernreaktoren, bei denen die Einsatzbedingungen die höchste erreichbare Schweißqualität erfordern. Das Verstopfen von undichten Wärmetauscherrohren in Kernkraftwerken ist eine weitere Anwendung für das Remote-Schweißen mit einer automatisierten GTAW-Einheit.

Rohrschweißnähte in radioaktiver Atmosphäre werden auch mit automatischen GTAW-Köpfen ferngesteuert. Entfernte Schweißnähte in Rohren und Rohren werden so hergestellt, wie sie unter normalen Bedingungen mit dem Gerät hergestellt würden.

Typ # 7. Roboterschweißen:

Das Roboterschweißen ist grundsätzlich ein Teil des automatisierten Schweißsystems, wird jedoch gesondert betrachtet, da von den derzeit verfügbaren Technologien die Roboter möglicherweise am aufregendsten sind und daher einen besonderen Bezug zur Schweißautomatisierung benötigen. Knickarmroboter können die produktiven Aktionen eines Mannes in der Schweißumgebung eng nachahmen und bieten innerhalb der Grenzen eine akzeptable Alternative für die Ausführung vieler der monotonen und damit ermüdenden Aufgaben, die in der Industrie in Hülle und Fülle anzutreffen sind. In diesem Zusammenhang kann ein Roboter eine kostengünstige Lösung für viele Lichtbogenschweißaufgaben sein.

In seiner einfachsten Form ist ein Roboter ein Manipulator, der nach Belieben programmiert werden kann. Der Manipulator wird von Stellgliedern wie Elektromotoren angetrieben und von einem Computer gesteuert. Die meisten Schweißroboter haben fünf oder sechs Achsen, um die sie sich bewegen. Einige dieser Achsen sind linear und andere rotierend.

Durch die Kombination von Linear- und Rotationsachsen eignet sich ein Roboter mehr oder weniger für eine bestimmte Aufgabe oder eine Reihe von Aufgaben. Die Robotersteuerung verfügt über einen Speicher, in dem Programme gespeichert werden können, und diese Programme können nach Belieben abgespielt werden. Auf diese Weise können gelernte Programme für die zukünftige Verwendung erfasst werden. Da Roboter über diese Flexibilität verfügen, unterscheiden sie sich von der festen Automatisierung, die nur einer Aufgabe gewidmet ist. Abb. 21.13 zeigt die wesentlichen Elemente eines Roboterschweißsystems mit einem Knickarmroboter.

Zweifellos können Roboter nicht alle derzeit von Menschen geleisteten Arbeiten erledigen, und es ist zweifelhaft, ob sie dies jemals tun werden. Wenn exotische Materialien geschweißt werden sollen oder der Zugang stark eingeschränkt ist, wenn die Toleranz von Vorschweißprozessen nicht leicht genug ist oder wenn Komponenten während des Schweißens nicht ausreichend geklemmt werden können, ist der Einsatzbereich eines Roboters eingeschränkt.

Trotz dieser Einschränkungen gibt es viele Anwendungen, bei denen sich ein Robotersystem bewährt, da das Schweißen kaum ein Wachstumsbereich sein kann, da der Vorgang von Natur aus arbeitsintensiv ist, häufig sehr wiederholend ist und eine umweltfreundliche Tätigkeit darstellt, die Fertigkeiten erfordert die sich relativ leicht auf den Roboter übertragen lässt Es ist auch ein Zufall, dass beim Schweißen häufig ein Arbeitsmanipulator verwendet wird, ein Gerät, das aufgrund seiner eigenen Bewegungen das Programm vereinfachen kann, das dem Roboter beigebracht werden muss und leicht sein kann mit letzteren verbunden.

Ein effektives Roboterschweißen ist also nicht nur eine Frage der korrekten Schnittstelle zwischen Steuerelektronik und Schweißpaket, sondern hängt auch von präzise gefertigten, programmierbaren Werkstück-Handhabungsgeräten ab, die in sehr engen Bändern arbeiten.

Arten von Schweißrobotern:

Im Bereich Schweißen wurden erstmals Roboter für das Punktschweißen in der Automobilindustrie eingeführt, und sie sind auf diesem Gebiet gut etabliert. Der derzeitige Schwerpunkt liegt jedoch auf der Entwicklung von MIG-Schweißrobotern. In letzter Zeit wurden sogar WIG-Schweißroboter entwickelt, da das WIG-Schweißen eine schwierige, langsame und damit ermüdende Arbeit ist, bei der der Schweißbrenner genau in Position gehalten werden muss und der Schweißer den stark pulsierenden Wolframelektrodenbogen in Kauf nehmen muss.

Falls die Verbindung einen Fülldraht erfordert, ist die Situation noch schlimmer, da die andere Hand den Draht im richtigen Winkel und mit gleicher Präzision zuführen muss. Wenn das Werkstück eine komplexe Form mit mehreren kurzen Verbindungen in verschiedenen Winkeln oder bei einer unsymmetrischen Rohrverbindung aufweist, ist bisher kein geeignetes Gerät verfügbar. Da das WIG-Schweißen nur dann angewendet wird, wenn das Ausgangsmaterial eine Speziallegierung ist oder wenn in der Produktion ein vollständiges Eindringen ohne Schweißfehler erforderlich ist, ist dies nur für einige spezielle Anwendungen üblich.

WIG-Schweißroboter wurden jedoch für die Herstellung kritischer Verbindungen in Branchen entwickelt, zu denen der Flugzeugbau, die Herstellung von Nahrungsmittelmaschinen, die chemische Verfahrenstechnik sowie die Herstellung von Feuerwaffen und Präzisionswerkzeugen zählen Schweißpistole und führt Fülldraht in die Verbindung ein. Abb. 21.14 zeigt die wesentlichen Elemente eines WIG-Schweißsystems mit einem Infrarotscanner zur Nahtverfolgung.

Abb. 21.14 Ein WIG-Schweißrobotersystem mit einem Infrarot-Strahlenscanner zur Betrugserkennung

Die neueste Entwicklung in der Schweißroboterbranche ist die Einführung eines Roboters, der ein lasergestütztes Sichtsystem für das Lichtbogenschweißen verwendet, wenn die zu schweißenden Teile große Unregelmäßigkeiten aufweisen. Ein solcher Roboter kann Variationen erkennen und korrigieren, wie dies Menschen in Echtzeit tun würden.

Für den effektiven Einsatz eines Schweißroboters ist es unbedingt erforderlich, das eingestellte Verfahren einzuhalten. Andernfalls kann es zu einem Lichtbogenversatz mit entsprechend schlechter Schweißnaht kommen, wie in Abb. 21.15 und 21.16 für Stumpf- und Kehlnaht angegeben. Darüber hinaus kann eine schlechte Vorgehensweise eine zusätzliche Bewegung des Werkstücks nach sich ziehen, wie in Abb. 21.17 gezeigt, was zu einer Verzögerung der Herstellung und zu erhöhten Produktkosten führt.

Vorsichtsmaßnahmen beim Einsatz von Robotern :

Durch den Einsatz eines Roboters werden die bestehenden Sicherheitsanforderungen eines Schweißaufbaus in keiner Weise vermieden. Der Roboter wird sicherlich helfen, da durch ihn die Verwendung von Menschen aus gefährlichen oder ungesunden Situationen ermöglicht wird. Dies verbessert nicht nur die Arbeitsbeziehungen, sondern kann auch die Produktivität steigern, indem Ruhepausen, die unter Umständen gesetzlich vorgeschrieben sind, eliminiert werden.

Das Risiko, das der Roboter in die Umgebung eingeht, ist am besten zu verstehen, wenn der Roboter als blinde, taub- und stumme Automatisierung betrachtet wird, die nur auf Signale reagiert, die direkt in das Gehirn eingespeist werden. Die Roboter können jedoch die Fähigkeiten eines Menschen genau nachahmen, dies ist jedoch nur der Fall, wenn die Umgebung konstant bleibt.

Die größte Stärke eines Roboters ist, dass er Hitze, Licht, Strahlung usw. ignorieren kann. Seine größte Schwäche ist, dass er keine inhärente Reaktion hat, die wir Menschen auf unsere Umgebung haben. In Anbetracht dieser Tatsachen sollte anerkannt werden, dass sich Roboter und Menschen nicht gut mischen und dass Pässe an das Personal ausgestellt werden müssen, das Kontakt mit dem Robotersystem haben darf.

Robotersysteme sind komplexe Wechselwirkungen zwischen Computerelektronik, Mechanik und Steuersystemen. Sie können auf unerwartete Weise zusammenbrechen, und es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um die Menschen und Prozesse in der Umgebung zu schützen. Dies wird als ausfallsicher bezeichnet. In Notfallsituationen muss immer eine manuelle Übersteuerung vorhanden sein.

Anwendungen:

Roboter kommen bei Arbeiten zum Einsatz, die für Menschen gefährlich sein können, oder bei schmutzigen oder ermüdenden Arbeiten, bei denen es schwierig ist, die Effizienz aufrechtzuerhalten. Neben der Kostensenkung durch erhöhte Produktivität sind die Vorteile von Robotern die gleichbleibende Genauigkeit, minimale Materialverschwendung und stabilisierte Lohnkosten, da keine Arbeit keinen Lohn bedeutet und letztendlich der Mangel an qualifiziertem Personal kein Problem darstellt.

Theoretisch kann ein Roboter sogar für einen einmaligen Job verwendet werden, es wäre jedoch eindeutig Zeitverschwendung, einen Roboter kontinuierlich zu programmieren, wenn die Aufgabe auf herkömmliche Weise gleichzeitig erledigt werden kann. Wenn es sich jedoch um eine Serienfertigung handelt und die Charge mit beliebiger Regelmäßigkeit wiederholt wird, beispielsweise wöchentlich oder monatlich, und wenn die Befestigungen nach ihrer Verwendung für die erste Schweißnaht genau lokalisiert werden können, kann die Verwendung eines Roboters auf viele Komponenten verteilt werden .

Wenn die Chargengröße zu groß wird, muss auch der Roboter erneut untersucht werden, um herauszufinden, ob eine festgelegte Automatisierung möglicherweise nicht besser ist. Unter diesen Umständen können Roboter gerechtfertigt werden, wenn sich die Charge jedes Jahr ändert, so dass die Kosten für das Nachrüsten begrenzt werden können.

Die Größe der Schweißverbindung bietet normalerweise keine Schwierigkeiten bei der Handhabung, vorausgesetzt, der Zugang kann aufrechterhalten werden. Auf der anderen Seite hat die Dicke des zu schweißenden Materials viele Einschränkungen, zum Beispiel, wenn das Metall sehr dünn wird, beispielsweise weniger als 1 mm, wird das Schweißen immer kritischer.

Die Schweißnaht muss sehr schnell verlegt werden, um ein Durchbrennen zu vermeiden, und die Schweißverbindung neigt beim Schweißen zu starkem Verzug. Diese unerwünschten Bedingungen passen nicht zu dem Roboter, der grundsätzlich einen relativ stabilen Satz von Schweißbedingungen erwartet. Wenn Schwierigkeiten auftreten, ist es manchmal möglich, das Produkt entweder neu zu entwerfen oder die Arbeit an den Roboter anzupassen. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Verwendung eines Schweißroboters auch Änderungen im Produktdesign stimuliert, so dass der Zugang zu den Verbindungen einfacher ist und aufgrund der verbesserten Schweißoberflächenqualität mehr äußere Schweißnähte spezifiziert werden können.

Roboterkosten :

Die Kosten für ein Lichtbogenschweißrobotersystem können zwischen 25 Rupien und 30 Rupien variieren. Von einem Roboter-Lichtbogenschweißsystem wird eine Lebensdauer von 10 bis 20 Jahren erwartet. Wenn das System älter wird, ist es wahrscheinlich veraltet und relativ ineffizient. Es ist auch nicht vernünftig zu erwarten, dass Roboterhersteller Ersatzteile für Roboter jedes Modells auf unbestimmte Zeit aufbewahren.

Bei der Produktivität wird von den Robotern eine Steigerung von 200 bis 300 Prozent gegenüber der besten manuellen Produktivität erwartet.

Unter normalen Bedingungen macht sich ein Roboter über einen Zeitraum von 2 bis 3 Jahren bezahlt. Die Wartungskosten sind vergleichsweise niedrig, und ein Roboter arbeitet durchschnittlich etwa 500 Stunden oder etwa 3 Monate Arbeitszeit zwischen Ausfällen.