Univerzitet u Nišu
Mašinski fakultet
Primena robota pri
zavarivanju
Mentor
Student
prof. dr Dragoljub Lazarević
Nenad Nikolić
Niš, 2011
UIPR
Primena robota pri zavarivanju
1 Uvod
U današnjem post-industrijskom dobu jedan od bitnih činilaca proizvodnje jeste
fleksibilna automatizacija čiji nerazdvojni deo predstavljaju robotski sistemi. Ideja o robotima
nastala je prvo u naučnoj fantastici. I danas, u diskusijama o robotskim sistemima i svemu što
oni donose teško možemo izbeći vizije iz oblasti naučne fantastike. Naravno, na robote danas
gledamo mnogo praktičnije, jer nam stepen razvoja tehnike to omogućava. To su veoma
složeni uređaji koji su se mogli pojaviti kada su se razvile one grane nauke na kojima se
današnja robotika zasniva: teorija mašina, teorija automatskog upravljanja, računarska
tehnika, metode tzv. veštačke inteligencije, kao i tehnologija senzora i pretvarača. Oni
zamenjuju čoveka prvenstveno na opasnim, monotonim i teškim poslovima. Čoveku ostaju
poslovi koji zahtevaju više inteligencije, znanja i kreativnosti. Tako, robotski sistemi
doprinose istovremeno povećanju produktivnosti i huminizaciji rada.
Prema primeni roboti se dele na industrijske i neindustrijske. Definicija industrijskog
robota prema RIA (Robotic Institute of America) glasi: „Industrijski robot je reprogramabilni,
višefunkcionalni manipulator projektovan da pomera materijal, delove, alate i specijalne
uređaje kroz različita programirana kretanja pri izvršavanju postavljenih tehnoloških
zadataka”. Na slici 1.1 dat je izgled industrijskog robota.
Slika 1.1 Industijski robot
Roboti su, ušli u fabrike da bi se postigla veća produktivnost proizvodnje. Počeli su od
jednostavnijih operacija i kretali se ka složenijim. Danas polja industrijske primene robota
možemo svrstati u četiri kategorije:
prenos (transfer) materijala i opsluživanje mašina,
procesne operacije,
poslovi montaže (asembliranje),
poslovi kontrole proizvoda (inspekcija).
Na narednoj slici dat je dijagram klasifikacije industrijskih robota sa stanovišta funkcije i
primene.
0
UIPR
Primena robota pri zavarivanju
Slika 1.2 Dijagram klasifikacije industrijskih robota sa stanovišta funkcije i primene
Najvažnije prednosti automatizovanog zavarivanja su preciznost i produktivnost.
Robotsko zavarivanje poboljšava ponovljivost zavara. Kad se jednom robot programira
tačno, robot će proizvesti precizne, identične zavare svaki put na delovima istih dimenzija
i specifikacija. Automatizovani pokreti pištolja smanjuju potencijalnu grešku, što znači
smanjenje otpada i prepravljanja. Sa robotskim zavarivanjem se može postići i povišena
produktivnost. Robot ne samo da radi brže od čoveka, već može da radi i 24 sata dnevno,
365 dana u godini bez prestank, što je mnogo efikasnije od ručnog zavarivanja, pod
uslovom da je potpuno opremljen i optimiziran. Drugi benefit automatizovanog
zavarivanja su niži troškovi radne snage. Robotsko zavarivanje takođe uklanja rizik
povrede, pomerajući operatera dalje od štetnih isparenja i rastopljenih metala blizu
varnom luku.
1
UIPR
Primena robota pri zavarivanju
2.1 Elektrolučno zavarivanje
Pod pojmom elektrolučnog zavarivanja podrazumevaju se postupci zavarivanja koji kao
izvor toplote koriste električni luk uspostavljen između elektrode i osnovnog materijala, a
dodatni materijal je sama elektroda (postupci sa topljivom elektrodom) ili žica za zavarivanje
(postupci sa netopljivom elektrodom). Konvencionalni postupci elektrolučnog zavarivanja su
E (obložena elektroda), MAG/MIG (topljiva elektrodna žica u zaštiti inertnog ili aktivnog
gasa), TIG (netopljiva elektroda i dodatni materijal oblika žice, u zaštiti inertnog gasa), EPP
(topljiva elektrodna žica pod praškom) i zavarivanje punjenom elektrodnom žicom u zaštiti
gasa ili bez nje (samozaštitna žica). Svaki od ovih postupaka koristi toplotu električnog luka
za topljenje dodatnog i osnovnog materijala i odgovarajuće izvore električne struje (uređaje za
zavarivanje). Topljenje dodatnog materijala i njegov prenos u metalnu kupku je praćen
pojavom sila, kao što su elektromagnetna i gravitaciona, sile od strujanja i eksplozije gasova,
sila od pritiska plazme i sila od površinskog napona, koje bitno utiču na proces zavarivanja.
Električni luk je stabilno električno pražnjenje (usmereno kretanje elektrona) kroz
jonizovani vazduh ili gas. Da bi vazduh bio jonizovan u njemu moraju da postoje elektroni i
joni, koji svojim usmerenim kretanjem obezbeđuju protok električne struje. Elektroni i joni u
vazduhu nastaju kao posledica procesa koji se odvija pri uspostavljanju električnog luka. Ovaj
proces može da se objasni u osnovnim crtama na primeru uspostavljanja luka kratkim spojem,
što se koristi kod E postupka (dodir elektrode i osnovnog metala, sl. 2.2).
Zbog mikroskopskih neravnina na dodirnim površinama, sl. 2.2, kontakt i protok
struje se uspostavlja na veoma maloj površini, gustina struje je veoma velika, pa se dodatni i
osnovni materijal tope gotovo trenutno, a delimično i isparavaju. Dejstvom jakog električnog
polja, stvorenog naponom praznog hoda (uključen izvor struje, ali strujno kolo još nije
uspostavljeno), atomi metalnih para gube elektrone koje privlači pozitivna elektroda (anoda),
dok preostali deo atoma (pozitivni jon) privlači katoda, sl. 2.3.
Istovremeno mehanizmom termičke jonizacije katoda počinje da emituje elektrone,
koji se kreću velikom brzinom (104 cm/s) prema anodi. Pri kretanju elektroni se sudaraju sa
okolnim atomima i molekulima, stvarajući tako nove elektrone i jone, čije usmereno kretanje
održava električni luk. U međuvremenu elektroda se odmiče na pogodno rastojanje, proces
uspostavljanja luka je završen i postignuto je stabilno stanje u strujnom kolu koje čine izvor
struje, elektroda, luk i osnovni metal. Pri tom temperatura u električnom luku dostiže (kod E
postupka) 6000°C, odnosno oko 4200°C (na anodi) i 3600°C (na katodi), što obezbeđuje
efikasno topljenje osnovnog i dodatnog metala.
Slika 2.4 Šema uspostavljanja luka
3
