Если вы сомневаетесь, что промышленный робот способен выполнить более 3 миллионов алюминиевых дуговых стартов в неделю, используя только подающий механизм с проталкиванием проволоки, подумайте ещё раз. Хотя многие утверждают, что успешная роботизированная сварка алюминия требует двухприводной системы подачи «толкание-тяга», это не всегда так. Учитывая более высокие эксплуатационные и сервисные расходы, система «толкание-тяга» далеко не всегда оптимальна.

Успехи прошлого с системой только проталкивания

В 1990-х годах сотни роботов изготавливали алюминиевую раму радиатора для грузовиков. Одна из крупнейших на тот момент производственных линий по обработке алюминия — с 90 сварными швами на деталь и пиковым производством 35 000 деталей в неделю — использовала традиционные роботы и источники питания старого образца.

Эти роботизированные манипуляторы оснащались подающими механизмами, установленными на верхней части руки, чтобы уменьшить длину горелки, и не имели современных полых запястий, устраняющих перегибы кабеля горелки, которые мешают подаче проволоки. Использовались источники питания с инверторным выпрямлением, однако их обработка и обратная связь были медленнее по сравнению с современными источниками, способными управлять процессами за микросекунды.

Вечные советы по сварке

Хотя развитие технологий повысило надёжность систем сварки алюминия с проталкиванием проволоки, есть проверенные временем приёмы, актуальные и сегодня. Путь подачи проволоки можно разделить на входе и выходе подающего механизма на руке робота. После проволокоподающего устройства надёжную подачу алюминиевого электрода через горелку обеспечат следующие рекомендации:

• Сохраняйте длину горелки максимально короткой и прямой. Современные роботы с внутренней прокладкой кабеля устанавливают подающий механизм по оси руки, а изгиб кабеля горелки распределён по радиусу, не создавая острых перегибов.
• Используйте водоохлаждаемую горелку для улучшения подачи. Для алюминия применяется импульсный ток, который горячее и выделяет больше тепла. Высокое тепловое расширение алюминиевой проволоки и медного наконечника может привести к их заеданию и затруднению подачи при высокой температуре.
• Уменьшайте количество «разрывов» в системе подачи. В идеале композитная (пластиковая) направляющая горелки должна быть непрерывной от подающих роликов до задней части контактного наконечника. Следует избегать адаптеров с прерывистыми направляющими, так как разрывы создают места возможного трения электрода, что приводит к образованию стружки.
• Используйте «переходную втулку» на конце горелки. Пластиковая направляющая, обеспечивающая гладкую поверхность для проталкивания алюминиевой проволоки, может разрушаться от тепла дуги. Производители горелок предлагают короткую латунную втулку, которую можно навинтить на конец пластиковой направляющей, предотвращая её оплавление и срезание электрода острыми краями. Пластиковая втулка должна выходить за изгиб шейки горелки, а латунная секция — покрывать последние пару дюймов, заканчиваясь у диффузора.
• Ограничивайте угол наклона ствола горелки для конкретного применения. Сейчас часто используют 45-градусный ствол с внутренним кабелем, чтобы рабочий угол составлял 45 градусов при опущенном вниз запястье. Однако такой угол может создавать высокое сопротивление для подачи проволоки, и ствол на 35 или 22 градуса может работать лучше, особенно при длинном кабеле.

Хотя эти рекомендации определяют настройку роботизированной горелки для сварки алюминия, ежедневная практика по-прежнему влияет на производительность рабочего участка. Для обслуживания горелки на производстве производителям следует соблюдать следующее:

• Не обрезайте пластиковые направляющие кусачками или комбинированными клещами. Это может сдавить внутренний диаметр и создать острые поверхности, которые будут срезать электрод при прохождении. Обрезайте направляющие ножом. Если на внутренней поверхности образовалась заусеница, аккуратно удалите её кончиком ножа, оставив фаску.
• Не используйте направляющую повторно после образования «птичьего гнезда» в подающем устройстве. Закупорка горелки может привести к тому, что подающий механизм продолжит проталкивать проволоку, заполняя направляющую до возникновения дуговой ошибки. Проволоку необходимо вытянуть с обратной стороны горелки для устранения застревания, но повторное использование той же направляющей оставит расширенный канал, способствующий повторению заедания.
• Не смешивайте расходные материалы для алюминия и стали. Пропуская стальную проволоку через пластиковые направляющие для алюминия, вы рискуете загрязнением железной стружкой и ускоренным износом. Многие мастерские признают, что смешивают оснастку, однако попытка проталкивать алюминиевую проволоку через стальные направляющие чаще приводит к проблемам.
• Проверяйте сопротивление пути подачи. Для этого ослабьте натяжение приводных роликов и вытяните проволоку через контактный наконечник. Проволока должна выходить при небольшом усилии, а 4–5 кг будет избыточным.
• Проверяйте натяжение приводных роликов. Увеличивайте его до тех пор, пока не сможете остановить продвижение проволоки, слегка зажав её между большим и указательным пальцами. Следует избегать выпрямителей проволоки, так как они прерывают путь подачи. Приводные ролики устранят любые остаточные изгибы, однако слишком сильное натяжение заставит алюминиевый электрод изгибаться за наконечником.
• Меняйте направляющие горелки чаще, чем при работе со стальной проволокой. Продуйте сжатым воздухом направляющую с обратной стороны и посмотрите, что выйдет на выходе. Большое облако сажи указывает на то, что смазка с проволоки оседает внутри и направляющие требуют более частой замены. Если появляются металлические стружки, проверьте путь подачи на наличие точек износа. Проволоку можно вытянуть на разных участках пути и покрутить руками: это поможет выявить мелкие бороздки, проще заметные при срезании проволоки.

Важную роль играет и доставка электрода от упаковки к роботу. Большая часть алюминиевой проволоки поставляется в бочках. Она наматывается обратным способом, чтобы при вытягивании не переворачивалась. Использование упаковки с вращающейся осью позволяет проволоке входить в путь подачи через керамические направляющие, исключая спутывание и трение о края картона.

В зависимости от расстояния подачи может быть эффективным добавить вспомогательный подающий механизм, чтобы вытягивать проволоку из упаковки и слегка проталкивать её к роботу. В упомянутом автомобильном проекте использовались электромоторы для вращения больших деревянных катушек по 225 кг электрода, чтобы подающий механизм на роботе не испытывал чрезмерной нагрузки. Сегодня доступны вспомогательные подающие устройства с пневматическим или электронным управлением, которые работают независимо от основного источника питания и подают проволоку по требованию при обнаружении натяжения.

Как и направляющая горелки, задний канал должен быть выполнен из пластика для снижения трения и предотвращения истирания проволоки. Существуют коммерческие изделия, обеспечивающие гладкое прохождение проволоки от упаковки к каналу. Переходы под углом с роликами позволяют изменять направление движения проволоки без существенного увеличения трения или износа.

Для входа в подающий механизм на задней части робота необходим более гибкий участок канала. Доступны каналы с роликовыми сегментами, позволяющие электроду проходить изгибы с меньшим сопротивлением, но они обходятся дороже. Проволочный канал является расходным материалом и должен заменяться до того, как начнёт разрушаться или создавать точки износа на проволоке. Хотя пластик снижает трение, он также может получить зазубрины или острые края, травмирующие мягкий алюминиевый электрод.

Особенности сварочного оборудования

Источник питания — ключевой элемент в алюминиевой сварочной системе. Производители должны иметь технологические карты для выбранного алюминиевого сплава и диаметра проволоки. Эти карты должны содержать параметры оптимального зажигания дуги для стабильного старта. В автомобильном проекте стояла задача — выполнить 2000 стартов дуги с одним и тем же наконечником. Качественный старт алюминиевой дуги сопровождается чётким звуком, без хлопков и затуханий.

Окончание дуги критичнее, чем старт: проволока должна завершать работу заострённым концом или с небольшим радиусом. Образование шарика на конце усложнит следующий старт за счёт увеличенной окисленной поверхности.

Производитель источников питания, рекламирующий свою продукцию для алюминиевых систем с проталкиванием, должен оснащать подающие устройства пластиковыми направляющими и приводными роликами с U-образной канавкой для электродов диаметром 1,2 или 1,6 мм. Электроды меньшего диаметра не рекомендуются для систем только с проталкиванием.

Современный взгляд на проталкивающие системы

Популярность коллаборативных роботов (коботов) для сварки возвращает традиционное расположение горелки с внешним кабелем. Хотя этот вариант не всегда идеален, его можно успешно использовать для сварки алюминия коботами. Длина горелки по-прежнему должна быть минимальной, а подающий механизм — размещаться над или позади робота. Кабель должен быть поддержан дугой над роботом, не образуя острых перегибов и не наматываясь на руку или запястье.

Современные успехи системы только проталкивания

Компания TnL Welding из Сидни, штат Огайо, успешно сваривает более 35 000 высококачественных алюминиевых деталей (длиной 1,7 м и с 60 швами на каждой), используя только систему проталкивания проволоки. Надёжные инструменты, включая несколько сварочных ячеек Yaskawa ArcWorld® разных поколений, обеспечивают этот производственный процесс. Каждая ArcWorld способна работать с различными металлами и оснащена одним-двумя высокопроизводительными сварочными роботами, идеально подходящими для систем только с проталкиванием проволоки. TnL отмечает, что современные технологии сварки дают лучшие результаты при сварке алюминия. Как и TnL, другие компании могут получать высококачественные алюминиевые швы при соблюдении определённых критериев работы с традиционными подающими устройствами.