數(shù)字系統(tǒng)提供軌道焊接的穩(wěn)定性

STEPHEN COLE，KEVIN BEARDSLEY

軌道焊接并不是一項簡單的工作，在整個焊接過程中，焊工需要嚴(yán)格按照焊接參數(shù)進(jìn)行焊接，從而獲得能夠滿足煉油、電力、化工和相關(guān)行業(yè)苛刻要求的關(guān)鍵焊縫。

早期軌道焊接技術(shù)開發(fā)于半個世紀(jì)以前，作為一種自動焊接技術(shù)，其主要依靠模擬技術(shù)，用以替代管道的直線手工焊方法。模擬軌道焊接系統(tǒng)依賴于操作者的技能和復(fù)雜的設(shè)置、焊前準(zhǔn)備以及工藝流程，從而獲得高質(zhì)量的最終產(chǎn)品。

從宏觀的角度，這個從早期模擬單元到數(shù)字軌道焊接系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，不僅可以滿足軌道焊接工藝的特殊應(yīng)用和要求，也解決了來自質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面的挑戰(zhàn)。圖1、圖2所示數(shù)字技術(shù)也可以彌補焊接和制造業(yè)中既缺乏理論知識又缺乏較高操作技能的操作者的問題。更易控制的電弧參數(shù)，既可以控制變形和熱輸入水平，又可以提供更快的行走速度和更大的熔敷量。

設(shè)備的安裝、控制和維護都更加簡單，加上數(shù)字化平臺的優(yōu)勢（見圖3），可比普通模擬系統(tǒng)提供更多的正常運轉(zhuǎn)時間、更高的生產(chǎn)效率和更高的質(zhì)量。數(shù)字化軌道焊的快速發(fā)展使得制造商可以解決不斷提高的各種要求，包括設(shè)備的靈活性、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率要求。

數(shù)字化帶來更好的穩(wěn)定性

軌道焊接系統(tǒng)中的數(shù)字技術(shù)可以在不同的設(shè)備中保持穩(wěn)定性，如果一個工廠有大量這樣的設(shè)備，可以通過不斷的設(shè)備升級來解決各種問題，如圖4所示。以前的模擬技術(shù)會使不同的機器間存在各種不同的變量，操作者需要人工去解決各種不同的問題，這將使設(shè)備的維護成本大大提高。

圖1

圖3

圖2

圖4

伴隨模擬軌道焊接系統(tǒng)的挑戰(zhàn)從使用開始便產(chǎn)生了，或者對于任何模擬系統(tǒng)而言，這些挑戰(zhàn)都是固有的。每一個模擬設(shè)備都要求在進(jìn)行實際工作以前，必須模擬運行狀態(tài)來驗證。

在模擬系統(tǒng)中，每一個功能和操作都是獨立和特殊的回路。為了保證每一臺模擬設(shè)備的可靠性，操作者必須測試每一個功能。這種調(diào)試耗費大量的時間和成本。實際上，在實際使用前，一般都需要幾天的時間來進(jìn)行校準(zhǔn)模擬軌道焊接機器并驗證它的運動。

數(shù)字軌道焊接系統(tǒng)則不同，它比模擬系統(tǒng)更容易進(jìn)入使用狀態(tài)，而且也能很好的保持這個狀態(tài)。唯一要做的就是確認(rèn)焊接回路的運動和各個功能。甚至設(shè)備閑置一兩個月后，軟件還可以很好地控制其他系統(tǒng)特征。

伴隨內(nèi)置如此多的調(diào)節(jié)軟件包，程序可以不斷被更新、上傳并修復(fù)故障，或者解決其他的性能問題。對于所有機器，這些問題都可以持續(xù)、快速和節(jié)約成本地解決，相比于模擬系統(tǒng)的人工檢測、調(diào)試和維護要省力得多。

數(shù)字交換是關(guān)鍵

軌道焊接系統(tǒng)受益于各種系統(tǒng)組件的數(shù)字本質(zhì)。例如，具有數(shù)字焊接電源分組的數(shù)字運動系統(tǒng)可以提供通過數(shù)字交換協(xié)議的好處。

數(shù)字交換允許更快、更可靠和更經(jīng)濟的設(shè)備性能。以前，焊接系統(tǒng)的表現(xiàn)就是被控制它的模擬回路所限制。例如，模擬信號只能在有限的距離傳輸，因為信號會衰落或者由于距離太遠(yuǎn)而“耗盡”，所以只好在數(shù)據(jù)的完整性上妥協(xié)，同時限制了焊接系統(tǒng)組件間電纜的長度。

數(shù)字交換促進(jìn)更快的信號傳輸，同時保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，并且簡化了布線。它加快了數(shù)據(jù)傳輸速率，減少了延遲，提高了焊工的表現(xiàn)。它也可以更好地聯(lián)合機械的運動和焊接的步驟，使得產(chǎn)生一個更加可控的電弧，并獲得應(yīng)用程序特定的波形，有助于控制焊縫中關(guān)鍵位置的熱輸入。

數(shù)字交換也可以使得生產(chǎn)監(jiān)控更容易，而這一點是軌道焊接的一個迫切需要。數(shù)字技術(shù)使高速信息交換成為可能，可以采用軟件工具來追蹤設(shè)備的使用情況和所處狀態(tài)。它也使得操作者可以設(shè)置限制并在焊后及時反饋，從而可以提供成千上萬的焊縫信息儲存。

如前所述，數(shù)字協(xié)議還提供了一個可擴展的框架，允許根據(jù)工程的改變進(jìn)行軟件升級，而不需要模塊的更換。

完全數(shù)字化和機械化的軌道焊接系統(tǒng)的軟件驅(qū)動設(shè)置允許通過軟件升級進(jìn)行設(shè)備升級，而不需要增加硬件。制造商不再需要隨著每一次行業(yè)的進(jìn)步拆掉舊的機器，購買新設(shè)備。對于大量設(shè)備的擁有者來說，以前都習(xí)慣于購買設(shè)備，但是這些設(shè)備遲早會過時，而機械化、數(shù)字化的系統(tǒng)就不會，因為新的軟件升級就可以使設(shè)備跟上潮流。

例如，林肯電氣將系統(tǒng)的升級作為焊接電源升級的一部分。使用數(shù)字交換，軟件識別圍繞電源的各組件，上傳對應(yīng)各組件的軟件升級，從而保持系統(tǒng)始終處于最新狀態(tài)。假設(shè)公司制造一種新的波形功能，這種波形可以使用相同的電力，提供加強的根部焊縫性能、更快的行走速度或者更大的焊縫熔敷效率。它可以通過升級系統(tǒng)軟件，從而加入新的功能，而不僅僅是波形控制（見圖5），還可以用相同的電弧提供更好的性能，這是過去所沒有的。這給了全新一代機械化、數(shù)字化軌道焊接系統(tǒng)提供了一個更長的生命周期。

圖5 為新技術(shù)或者特殊應(yīng)用量身定制的新方法或者波形可以很容易地更新，從而增強焊接性能

來自焊接系統(tǒng)的更多需求

公司目前設(shè)計的軌道和其他焊接系統(tǒng)充分考慮未來的能力，使新的軟件能夠迎接未來挑戰(zhàn)的焊接。這種發(fā)展是至關(guān)重要的，如新材料和新工藝定義了當(dāng)前焊接行業(yè)，并且行業(yè)也隨著新技術(shù)不斷發(fā)展。

近年來推出的焊接方法和工藝，大大提高了焊接速度和材料焊接性的范圍。軌道焊接系統(tǒng)的多功能性，越來越數(shù)字化和機械化的性質(zhì)及其可隨著焊接工藝和材料發(fā)展在能力方面的可增長性，證明了它在應(yīng)對挑戰(zhàn)上的不可或缺。當(dāng)焊工知道這些設(shè)備可以提供正確的參數(shù)和步驟，并且可以制造出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品時，他們就不用思考材料和工藝，這樣生產(chǎn)效率就提高了。

更容易使用，解決熟練焊工短缺的問題

高技能焊工的稀缺已經(jīng)不是新聞。最新軌道焊接系統(tǒng)數(shù)字化和機械化的性質(zhì)解決了這個挑戰(zhàn)，其通過讓整個工廠的所有設(shè)備具有一致性，保證整個工廠的設(shè)備能在很長一段時間進(jìn)行高質(zhì)量并且可重復(fù)的焊接。

老式的模擬軌道焊接設(shè)備布滿旋鈕和開關(guān)。其復(fù)雜性要求使用者必須記住開關(guān)的位置和設(shè)置，不僅減慢了操作速度，也更容易產(chǎn)生操作者的失誤。

新科技已經(jīng)更多地在用戶界面上產(chǎn)生激烈的競賽，對于熟悉視頻游戲的操作者來說，過渡到焊接的過程不必完全重新培訓(xùn)他們的頭腦反應(yīng)。例如，新的APEX?3000軌道氣體金屬電弧焊接系統(tǒng)采用多用途按鈕和開關(guān)。這使操作者關(guān)注控制面板的一塊很小的區(qū)域就可以了，而不用記住一大塊按鈕和旋鈕的布局，如圖6所示。這個新設(shè)計帶來了非常直觀的感覺，類似視頻游戲控制者的操作感。

更簡單的控制和更簡單的維護以及系統(tǒng)之間的穩(wěn)定性，還有簡單的操作界面，都顯示數(shù)字化、機械化的軌道焊接系統(tǒng)已經(jīng)整裝待發(fā)，并且將繼續(xù)隨著焊接行業(yè)的改變需求不斷發(fā)展。

圖6 新設(shè)計帶來了非常直觀的感受以及類似視頻游戲控制者的操作感