مقدمه‌ای بر ماشین جوشکاری غلتانی قفسه میله‌های فولادی

الف. مروری بر تجهیزات
دستگاه جوشکاری غلتکی قفس فولادی، که همچنین به‌عنوان دستگاه شکل‌دهی قفس فولادی یا دستگاه جوشکاری غلتکی قفس فولادی با کنترل عددی (CNC) نیز شناخته می‌شود، تجهیزات اتوماسیون اصلی در پروژه‌های مدرن ساخت پی‌های شمعی برای پل‌ها، راه‌آهن سریع‌السیر، بزرگراه‌ها، تأسیسات آبی و ساختمان‌های بلندمرتبه است.
این تجهیزات روش‌های سنتی ناکارآمد دستی بستن یا جوشکاری قفس‌های فولادی را دگرگون کرده است. با استفاده از فناوری پیچش و جوشکاری چرخشی مکانیکی، به‌صورت خودکار طول را اندازه‌گیری کرده و به‌طور همزمان میله‌های اصلی و خامه‌های قفس فولادی را پیچش داده و جوش می‌دهد تا قفس تشکیل شود. این دستگاه یکی از پیشرفته‌ترین و پراستفاده‌ترین تجهیزات پردازش فولاد در حوزه ساخت پی‌های شمعی داخلی در حال حاضر محسوب می‌شود.
ب. ساختار اصلی تجهیزات
یک دستگاه استاندارد جوشکاری غلتکی قفس فولادی عمدتاً از سیستم‌های اصلی زیر تشکیل شده است:
سیستم محرک اصلی (مکانیزم محرک چرخشی):
در یک سر تجهیزات قرار دارد و صفحه قالب چرخان را از طریق یک موتور کاهش‌دهنده گشتاور بالا به چرخش درمی‌آورد. صفحه قالب دارای چندین سوراخ ثابت‌کننده میله اصلی است که وظیفه به حرکت در جهت دایره‌ای درآوردن میله‌های اصلی و تأمین توان لازم برای پیچیدن خاموت‌ها را بر عهده دارد.
سیستم پشتیبانی موبایل (مکانیزم دنبال‌کننده):
در سر دیگر تجهیزات (سر موبایل) قرار دارد و با سیستم اصلی محرک هماهنگ عمل کرده و به‌صورت همزمان از میله‌های تقویتی پشتیبانی کرده و آن‌ها را در جهت محوری به‌آرامی حرکت می‌دهد. معمولاً بخش پایین آن مجهز به راهنمای خطی است تا حرکت نرم و بدون اصطکاک را تضمین کند.
قاب پیچش میله‌های تقویتی و مکانیزم صاف‌کننده:
وظیفه بارگذاری میله‌های تقویتی پیچیده‌شده (خاموت‌ها) را بر عهده دارد. این تجهیزات، میله‌های پیچیده‌شده را از طریق قاب صاف‌کننده صاف کرده و به‌صورت خودکار آن‌ها را در فواصل ثابتی دور میله‌های اصلی در حال چرخش پیچ می‌کند.
سیستم جوشکاری (دستکاری‌گر خودکار جوشکاری):
این هسته اصلی تجهیزات است. معمولاً با دستگاه جوشکاری محافظت‌شده با گاز CO2 یا دستگاه جوشکاری الکتریکی مجهز می‌شود. مشعل جوشکاری روی بازوی مکانیکی ثابت شده و به‌صورت خودکار در محل تقاطع خاموت و میله اصلی، جوش نقطه‌ای انجام می‌دهد. فاصله نقطه جوشکاری را می‌توان به‌صورت خودکار بر اساس فاصله بین خاموت‌ها تنظیم کرد تا اتصال محکمی تضمین شود.
سیستم کنترل PLC:
این دستگاه از کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) همراه با رابط انسان-ماشین لمسی استفاده می‌کند. اپراتور تنها نیاز دارد پارامترهایی مانند تعداد میله‌های اصلی، فاصله بین خاموت‌ها، قطر و طول قفسه را روی صفحه نمایش وارد کند تا دستگاه به‌صورت خودکار فرآیند پردازش را انجام دهد.
III. اصل کارکرد
فرآیند کار ماشین جوشکاری غلتانی قفسه فولادی، حرکت ترکیبی «چرخش + انتقال» است:
تغذیه: میله‌های اصلی از پیش برش‌خورده (میله‌های طولی) را در سوراخ‌های مربوطهٔ صفحهٔ اصلی محرک و صفحهٔ متحرک قرار دهید و سپس آن‌ها را به‌وسیلهٔ روش‌های پنوماتیک یا هیدرولیک قفل و ثابت کنید.
پیچش: انتهای خاموت (بتن‌آرماتور حلزونی) را به میلهٔ اولیهٔ اصلی جوش دهید یا آن را به آن محکم کنید.
شکل‌دهی: دستگاه را روشن کنید. صفحهٔ اصلی محرک، تمام شیارهای اصلی را چرخانده و در عین حال سیستم تکیه‌گاه به‌آرامی به‌سمت عقب حرکت می‌کند.
چرخش باعث می‌شود خاموت‌ها به‌صورت یکنواخت دور محیط میله‌های اصلی پیچیده شوند.
حرکت باعث می‌شود موقعیت نقطهٔ جوش به‌طور مداوم به‌سمت جلو انتقال یابد.
جوشکاری: با ورود خاموت‌ها، دستگاه جوشکاری خودکار تحت کنترل PLC، نقاط تقاطع خاموت‌ها و میله‌های اصلی را در فواصل تعیین‌شده جوش می‌دهد (یا در نقاطی که از پیش تعیین شده است جوش داده نشود، از آن‌ها صرف‌نظر می‌کند).
هنگامی که انتهای متحرک به طول تعیین‌شده برسد، دستگاه متوقف می‌شود، دستگاه ثابت‌کننده آزاد می‌گردد و قفسهٔ فولادی آماده‌شده از روی میز کار بلند شده و برای چرخهٔ بعدی آماده می‌شود.
IV. مزایای اصلی
در مقایسه با تولید دستی سنتی، دستگاه جوشکاری و پیچش قفسه‌های فولادی مزایای قابل توجه زیر را دارد:
بهره‌وری تولید بسیار بالا است. با درجه بالایی از اتوماسیون، سرعت پردازش ۳ تا ۵ برابر کار دستی است و می‌تواند به‌صورت مداوم ۲۴ ساعته کار کند. برای پروژه‌های بزرگ پی‌بندی با زمان‌بندی شدید، این دستگاه می‌تواند دوره اجرای ساخت را به‌طور چشمگیری کوتاه کند.
2. کیفیت محصول پایدار
فاصله‌گذاری دقیق: فاصله خاموت‌ها یکنواخت است و خطای آن در محدوده میلی‌متر قابل کنترل است و کاملاً با استانداردهای ملی سازگار می‌باشد.
ساختار محکم: نقاط جوش یکنواخت و مستحکم هستند و میله‌های اصلی و خاموت‌ها ساختار اسکلتی پایداری را تشکیل می‌دهند که در حین بلند کردن و پایین آوردن دچار تغییر شکل نمی‌شود.
ظاهر منظم: پس از شکل‌گیری قفسه فولادی، گردی و صافی بالایی دارد که کیفیت پروژه را بهبود می‌بخشد.
۳. صرفه‌جویی در مواد و نیروی کار
صرفه‌جویی در خرپاها: به دلیل فرآیند پیوسته پیچش، هیچ اتصال رویهم‌گذاری‌شده‌ای وجود ندارد. در مقایسه با «حلقه‌های خرپا» که به‌صورت دستی و با جوشکاری نقطه‌ای ساخته می‌شوند، حدود ۱ تا ۲ درصد از مصرف میله‌های فولادی صرفه‌جویی می‌شود.
کاهش نیروی کار: تولید سنتی دستی نیازمند همکاری ۷ تا ۸ نفر (برای حمل‌ونقل، بستن و جوشکاری) است، در حالی که دستگاه جوشکاری غلتکی تنها نیازمند ۳ تا ۴ نفر (برای راه‌اندازی، آماده‌سازی مواد اولیه و بالابری کمکی) است که این امر هزینه‌های نیروی کار را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد.
امنیت بالا
عملیات مکانیزه خطرات قرار گرفتن کارگران در معرض نور قوس جوشکاری، دماهای بالا و بلند کردن اجسام سنگین در فاصله نزدیک را کاهش می‌دهد و در نتیجه محیط کار را بهبود می‌بخشد.
V. محدوده کاربرد و مشخصات فنی
دستگاه‌های جوشکاری غلتکی قفسه‌های تقویتی عمدتاً بر اساس تفاوت‌های موجود در قطر و طول پردازش، به مدل‌های رایج زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:
قطر پردازش: عموماً قادر به پردازش قفسه‌های فولادی با قطری بین ۴۰۰ میلی‌متر تا ۳۰۰۰ میلی‌متر (یا حتی بزرگ‌تر) است.
طول پردازش: با توجه به شرایط محل و نیازهای طراحی، می‌توان آن را به چندین مشخصه‌ی مختلف از جمله ۱۲ متر، ۱۵ متر، ۱۸ متر، ۲۷ متر و غیره تقسیم کرد. برخی از مدل‌های پیشرفته می‌توانند از طریق قابلیت افزایش‌پذیری، پردازش به طول نامحدود را فراهم کنند.
میله‌های فولادی مورد استفاده: قطر میله اصلی معمولاً بین ۱۲ تا ۴۰ میلی‌متر و قطر خامه (میله‌های عرضی) معمولاً بین ۶ تا ۱۲ میلی‌متر است.
کاربردهای اصلی:
مهندسی پل‌ها: شمع‌های بورد (حفاری‌شده و درجا ریخته‌شده)، شمع‌های ستونی.
حمل‌ونقل ریلی: شمع‌های نگهدارنده‌ی مترو، پایه‌های پل‌های راه‌آهن سریع‌السیر.
ساختمان‌های صنعتی و مدنی: شمع‌های نگهدارنده‌ی گودبرداری عمیق، پایه‌های برج‌های بلند.
مهندسی هیدرولیک: شمع‌های پایه‌ی دیوارهای شکست‌دهنده‌ی امواج، پایه‌های نیروگاه‌های برق‌آبی.