RU225638U1 - Автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию автоматизированного сварочного стенда, используемого для сварки стыковых и угловых кольцевых швов при изготовлении крупногабаритных цилиндрических изделий с использованием дуговой сварки в среде защитных газов.

Техническим результатом предлагаемого автоматизированного сварочного стенда с машинным зрением для сварки стыковых и угловых кольцевых швов цилиндрических деталей является повышение качества сварного шва за счет обеспечения плотного прижима сварочного трактора к свариваемым деталям благодаря использованию в стенде в качестве направляющего элемента регулируемой по длине цепи, натяжение которой обеспечивается пружиной, встроенной в сварочной трактор, а также за счет контроля процесса сварки машинным зрением. Кроме того, наличие системы подачи защитных газов позволяет автоматически прекращать работу в случае падения давления защитного газа, либо прекращения его подачи, что гарантирует заданный технологическим процессом уровень защиты сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха.

Description

Полезная модель относится к оборудованию автоматизированного сварочного стенда, используемого для сварки стыковых и угловых кольцевых швов при изготовлении крупногабаритных цилиндрических изделий с использованием дуговой сварки в среде защитных газов.

Для сварки крупногабаритных цилиндрических деталей (трубы, резервуары, бункеры и т.д.) наиболее часто применяют три способа сварки - сварка кольцевого стыкового шва в одном положении ручной дуговой сваркой покрытым электродов при которой сварка чаще всего выполняется в вертикальном положении и дуговой механизированной сваркой в среде защитных газов при котором происходит вращение детали, а сварочная горелка перемещается в одной или двух или трех плоскостях (вверх-вниз, влево - вправо, вперед-назад), при этом сварочная горелка может выполнять колебательные движения, а скорость сварки обеспечивается вращением трубы роликовым вращателем. Последним способом является механизированный дуговой способ сварки в среде защитных газов при котором сварка выполняется изнутри детали, либо деталь подвешивается в воздухе.

Известен стенд для дуговой сварки кольцевых швов поворотных стыковых труб, в состав которого входят балка с механизмами поджатия флюса, подвижной в горизонтальном направлении, две пары толкателей для перекатывания свариваемой трубы (Авторское свидетельство №165852 от 12.12.1962, МПК H05B, опубл. 26.10.1964 г.)

Недостатками данного стенда является то, что при ручном способе сварки крупногабаритных цилиндрических деталей необходимо вращать свариваемые детали, а также возникает необходимость отбивать шлак со сварочного шва, при этом уровень защиты сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха достаточно низкий, что отрицательно влияет на качество сварного шва.

Так же известен способ сварки кольцевых стыков трубопроводов вращением свариваемого стыка со скоростью, равной скорости сварки в нижнем положении путем закручивания свободного конца одной из свариваемых труб вокруг ее продольной оси в пределах упругой деформации (Авторское свидетельство №657940 от 28.01.1977, МПК B23K31/06, опубл. 25.04.79 бюл. №15).

Недостатком данного способа сварки является то, что при его осуществлении вращаются свариваемые детали, а сварочная горелка неподвижна, это влечет за собой необходимость высокоточного изготовления деталей под сварку во избежание прекращения процесса сварки из-за увеличения расстояния горелка-деталь.

Наиболее близким является автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением для сварки стыковых, угловых и кольцевых швов цилиндрических деталей, включающий устройство подачи сварочной проволоки, устанавливаемый на одну из свариваемых цилиндрических деталей сварочный трактор со сварочной горелкой, снабженной механизмом колебания горелки, которые соединены с источником питания, и которые имеют возможность перемещения по цилиндрической детали с помощью направляющего элемента (Патент на полезную модель №165661 от 05.03.2015, МПК B23K 9/032, B23K 31/02, B23K 37/04, B23K 101/06,опубл. 27.10.2016).

Недостатком данного сварочного стенда дуговой сварки кольцевых швов поворотных стыков труб является низкое качество получаемого сварного шва крупногабаритных деталей, связанное с невозможностью обеспечить плотное прилегание сварочного трактора к свариваемой детали посредством жестких направляющих элементов (колец, рельс) и приводящее к образованию дефектов сварочного шва, таких как поры, свищи, усадочные раковины, кратеры и другие, а также низкий уровень защиты сварочной ванной от воздействия окружающего воздуха.

Техническим результатом предлагаемого автоматизированного сварочного стенда с машинным зрением для сварки стыковых и угловых кольцевых швов цилиндрических деталей является повышение качества сварного шва за счет обеспечения плотного прижима сварочного трактора к свариваемым деталям благодаря использованию в стенде в качестве направляющего элемента регулируемой по длине цепи, натяжение которой обеспечивается пружиной встроенной в сварочной трактор, а также за счет контроля процесса сварки машинным зрением. Кроме того, наличие системы подачи защитных газов позволяет автоматически прекращать работу в случае падения давления защитного газа, либо прекращения его подачи, что гарантирует заданный технологическим процессом уровень защиты сварочной ванны от воздействия окружающего воздуха.

Технический результат достигается тем, что автоматизированный сварочного стенд с машинным зрением для сварки стыковых и угловых кольцевых швов цилиндрических деталей, включающий устройство подачи сварочной проволоки, устанавливаемый на одну из свариваемых цилиндрических деталей сварочный трактор со сварочной горелкой, снабженной механизмом колебания горелки, которые соединены с источником питания, и которые имеют возможность перемещения по цилиндрической детали с помощью направляющего элемента, в отличие от известного направляющий элемент выполнен в виде регулируемой по длине цепи, выполненной с возможностью натяжения с помощью пружины, встроенной в сварочный трактор, сварочная горелка дополнительно снабжена устройством поворота горелки, регулируемым по системе соединительных кабелей через пульт управления стендом, при этом на сварочный трактор установлен блок машинного зрения, передающий данные на пульт управления стендом, стенд дополнительно снабжен системой подачи защитных газов с контролем расхода, и системой охлаждения сварочной горелки, интегрированных в пульт управления стендом, механизм подачи сварной проволоки установлен непосредственно на сварочном тракторе.

Благодаря выполнению направляющего элемента в виде регулируемой по длине цепи, натяжение которой происходит с помощью пружины, встроенной в сварочный трактор, обеспечивается плотное прилегание сварочного трактора к свариваемой детали, а благодаря наличию в стенде устройства поворота и колебания сварочной горелки, улучшается качество сварного шва, который выполнен без дефектов, таких как подрезы, наплывы, поры, свищи, усадочные раковины, кратеры и другие.

Наличие блока машинного зрения и системы подачи защитных газов с контролем расхода обеспечивает автоматизированный контроль процесса сварки, который позволяет осуществлять контроль сборки под сварку и контролировать в режиме реального времени процесс образования сварочного шва и его защиту инертным газом, что обеспечивает повышение качества сварного шва на крупногабаритных цилиндрических деталях.

На фигуре показана принципиальная схема автоматизированного сварочного стенда с машинным зрением для сварки стыковых, угловых и кольцевых швов цилиндрических деталей.

Автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением предназначен для сварки стыковых и угловых кольцевых швов цилиндрических деталей.

На фигуре позициями обозначены:

1 - сварной источник тока;

2 - механизм подачи сварной проволоки;

3 - система подачи защитных газов с контролем расхода газов;

4 - система охлаждения сварочной горелки;

5 - направляющая цепь;

6 - сварочный трактор;

6.1 - блок машинного зрения;

6.2 - сварочная горелка;

7 - роликовые вращатели;

8 - свариваемая деталь;

9 - свариваемая деталь;

10 - пульт управления стендом;

11 -соединительные кабели.

Автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением включает устанавливаемый на одну из свариваемых цилиндрических деталей 8сварочный трактор 6 со сварочной горелкой 6.2, снабженной механизмом колебания горелки. На сварочный трактор 6 установлен блок машинного зрения 6.1, передающий данные на пульт управления 10 стендом. Сварочная горелка 6.2 снабжена устройством поворота горелки, регулируемым по системе соединительных кабелей 11 через пульт управления стендом 10.

Сварочный трактор 6 со сварочной горелкой 6.2 и блоком машинного зрения 6.1 имеют возможность перемещения по цилиндрической детали 8 с помощью направляющего элемента в виде направляющей цепи 5, регулируемой по длине. Для плотного прилегания сварочного трактора 6 к свариваемой детали 8 сварочный трактор снабжен пружиной (не показана), которая изменяет натяжение цепи 5. Плотное прилегание сварочного трактора 6 к детали 8 позволяет избежать дефектов на сварочном шве, таких как подрезы, наплывы, поры, свищи, усадочные раковины, кратеры и другие.

При этом сварочный трактор 6 со сварочной горелкой 6.2 с механизмом колебания горелки, устройством поворота горелки соединены с источником питания 1.

Автоматизированный сварочный стенд снабжен системой подачи защитных газов с контролем расхода 3, и системой охлаждения 4 сварочной горелки 6,2, интегрированных в пульт управления стендом. При этом возможна установка 1, 3, 4 отдельно друг от друга в зависимости от возможности расположения блоков 1, 3, 4 в корпусе пульта управления стендом 10, либо необходимости вынесения этих блоков вне рабочего места оператора. Автоматизированный контроль процесса сварки позволяет осуществлять контроль сборки под сварку, исключая ошибки сборки под сварку, а также контролировать процесс образования сварочного шва в режиме реального времени.

Механизм подачи сварной проволоки 2 установлен непосредственно на сварочном тракторе 6.

Все части стенда соединены между собой комплектом питающих шлангов и соединительных кабелей 11, управление всеми элементами стенда происходит на пульте управления стендом 10.

Автоматизированный сварочный стенд работает следующим образом.

Перед сваркой необходимо проверить натяжение направляющей цепи 5.При движении колеса сварочного трактора 6 не должны отрываться от свариваемых деталей 8, если отрываются передние колеса по ходу движения- то необходимо натянуть цепь 5, убрав одно или несколько звеньев, если задние, то - ослабить, добавив одно или несколько звеньев.

Далее необходимо провести синхронизацию скорости движения трактора 6 и скорости вращения свариваемой детали 8 в противоположных направлениях.

Свариваемые детали 8 и 9 собираются под сварку на прихватки и устанавливаются на вращатель роликовый с регулировкой скорости вращения 7, после чего на них устанавливается регулируемая по длине направляющая цепь 5 со сварочным трактором 6 включающим устройство механизации сварочной горелки 6.2 состоящее из привода поворота для сварки стыковых и угловых швов и устройства поперечного колебания сварочной горелки. Дополнительно в составе сварочного трактора присутствует блок машинного зрения 6.1.

При сварке натяжение цепи 5 осуществляются с помощью встроенной пружины сварочного трактора 6, что обеспечивает постоянное прижатие его колес к свариваемой детали 8.

Пульт управления стендом 10 включает в себя систему, которая синхронизирует скорость движения трактора 6 и скорость вращения сборки под сварку (регулируется роликовым вращателем 7) в противоположных направлениях. В результате происходит вращение свариваемого стыка, а сварочный трактор 6, двигаясь в противоположном направлении по регулируемой по длине направляющей цепи 5 со скоростью той же скоростью, всегда находится в верхнем положении «неподвижно» относительно места сварки.

После синхронизации двигателей с целью исключения появления дефектов перед сваркой посредством системы технического зрения проводится контроль сборки стыка при холостом проходе на повышенной скорости. Контролируется положение стыка, без выполнения данной операции запустить процесс сварки невозможно. В случае обнаружения отклонений от требований конструкторской, технологической и нормативной документации блок машинного зрения 6.1 выдает на пульт управления стендом 10 сообщение об обнаруженной ошибке (тип отклонения и место его обнаружения).

В случае успешного прохождения контроля сборки через пульт управления стендом 10, необходимо установить на сварочном источнике 1 режимы сварки, а в системе подачи защитных газов с контролем расхода 3 установить значения подачи газа.

Сварочный стенд готов к сварке. После получения команды с пульта управления сварочным стендом начинается процесс сварки и включается система охлаждения сварочной горелки 4 и блок машинного зрения 6.1.

Блок машинного зрения 6.1 контролирует, что сварочная горелка находится в зоне сварочного стыка, наличие сварочной дуги, точку подачи проволоки в сварочную ванну и колебания сварочной горелки. В случае отклонений в движении трактора, потухания сварочной дуги или отклонений точки подачи проволоки и колебаний сварочной горелки на величину, превышающую заданное программой блок 6.1 подает команду на пульт управления 10 об аварийной остановке.

В случае если сварка прошла штатно блок машинного зрения 6.1 определяет приближение сварочной ванны к сваренному участку и контролирует перекрытие сварочного шва на заданную длину, после чего посылает на пульт управления сигнал о завершении сварочного процесса и отключении сварочного источника 1. При этом вращение и подача защитного газа продолжаются еще не менее 15 секунд. Вращение свариваемого изделия должно останавливаться плавно, остановка трактора может быть быстрой.

После окончания процесса сварки необходимо переместить сварочный трактор 6 на другой сварочный стык и повторить процедуру сварки, либо снять сварочный трактор 6 и цепь 5, после чего убрать с роликов 7 свариваемые детали и выключить сварочный стенд.

Предлагаемый автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением позволяет применять его на большой номенклатуре диаметров свариваемых цилиндрических изделий, а также исключить влияние кривизны свариваемых деталей и отклонения свариваемых деталей от цилиндричности и тем самым повысить качество сварки, без потери производительности на остановки для раскручивания сварочных кабелей.

Реализация предлагаемого технического решения обеспечивает повышение качества сварки за счет исключения воздействия скачков изделия при вращении на роликах. Предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность за счет исключения остановок для раскручивания сварочных кабелей и стабильности скорости сварки.

Благодаря тому, что автоматизированный сварочного стенд с машинным зрением для сварки стыковых и угловых кольцевых швов цилиндрических деталей, включающий устройство подачи сварочной проволоки, устанавливаемый на одну из свариваемых цилиндрических деталей сварочный трактор со сварочной горелкой, снабженной механизмом колебания горелки, которые соединены с источником питания, и которые имеют возможность перемещения по цилиндрической детали с помощью направляющего элемента, в отличие от известного направляющий элемент выполнен в виде регулируемой по длине цепи, выполненной с возможностью натяжения с помощью пружины, встроенной в сварочный трактор, сварочная горелка дополнительно снабжена устройством поворота горелки, регулируемым по системе соединительных кабелей через пульт управления стендом, при этом на сварочный трактор установлен блок машинного зрения, передающий данные на пульт управления стендом, стенд дополнительно снабжен системой подачи защитных газов с контролем расхода, и системой охлаждения сварочной горелки, интегрированных в пульт управления стендом, механизм подачи сварной проволоки установлен непосредственно на сварочном тракторе достигается повышение качества сварного шва.

Claims (2)

1. Автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением для сварки стыковых и угловых кольцевых швов цилиндрических деталей, включающий механизм подачи сварочной проволоки, устанавливаемый на одну из свариваемых цилиндрических деталей сварочный трактор со сварочной горелкой, снабженной механизмом колебания горелки, которые соединены с источником питания, и которые имеют возможность перемещения по цилиндрической детали с помощью направляющего элемента, отличающийся тем, что направляющий элемент выполнен в виде регулируемой по длине цепи, выполненной с возможностью натяжения с помощью пружины, встроенной в сварочный трактор, сварочная горелка дополнительно снабжена устройством поворота горелки, регулируемым по системе соединительных кабелей через пульт управления стендом, при этом на сварочный трактор установлен блок машинного зрения, передающий данные на пульт управления стендом, стенд дополнительно снабжен системой подачи защитных газов с контролем расхода и системой охлаждения сварочной горелки, интегрированных в пульт управления стендом.

2. Автоматизированный сварочный стенд с машинным зрением по п.1, отличающийся тем, что механизм подачи сварочной проволоки установлен непосредственно на сварочном тракторе.