Полное руководство по роботизированной сварке

В обрабатывающей промышленности компании постоянно стремятся к повышению качества и производительности при сохранении низких затрат. Чтобы внести эти усовершенствования, компании-производители часто обращаются к технологиям, особенно в случае сварки.

Сварка, в своей самой простой форме, представляет собой процесс соединения двух материалов посредством применения тепла и давления. Когда люди думают о сварке, это слово часто вызывает в воображении образ защитной маски и пары тяжелых перчаток, держащих горелку. В то время как ручная сварка все еще занимает свое место в отрасли, растущая нехватка профессиональных сварщиков привела к значительному разрыву. По оценкам Американского общества сварщиков, к 2020 году нехватка специалистов по сварке составит 290 000 человек. Все больше компаний вкладывают средства в роботизированные сварочные установки.

Установка роботизированного сварочного аппарата требует тщательного рассмотрения, планирования и значительных затрат времени и денег. Однако компании, внедрившие роботизированную сварку в свои процессы, обнаружили бесчисленные долгосрочные преимущества.

Если ваша компания рассматривает возможность использования роботизированной сварки в процессе производства деталей, вот полное руководство о том, что вам нужно знать об этом процессе, его истории и преимуществах.

Что такое роботизированная сварка?

Роботизированная сварка, также называемая автоматизированной сваркой, представляет собой автоматизированный процесс с использованием механизированных программируемых инструментов для сварки и обработки детали. Это относительно новое применение робототехники заполнило пробел, вызванный растущей нехваткой профессионалов в области сварки, фактически заняв большую часть сварочных работ в промышленности Северной Америки.

Как давно существует роботизированная сварка?

История роботизированной сварки уходит корнями глубоко в историю промышленных роботов в целом, восходя к середине 20-х ^го . век.

Первый программируемый робот был изобретен в 1954 году Джорджем Деволом, и вскоре после этого изобретения Девол основал первую в мире компанию по производству роботов Unimation. В этой новой компании Девол и его партнеры создали первого промышленного робота. Модель под названием Unimate использовалась на автомобильном заводе General Motors в Нью-Джерси, выполняя точечную сварку и извлекая отливки. После этого положительного представления концепция промышленного робота распространилась по всему миру в течение десяти лет.

От этой первоначальной модели промышленный робот продолжал совершенствоваться. В 1978 году компания Unimation, финансируемая General Motors, создала программируемую универсальную машину для сборки, сокращенно названную PUMA. Многие лаборатории до сих пор используют эту версию.

Промышленность продолжала расти, достигнув пика в начале 80-х годов. В течение этих лет индустрия промышленных роботов росла так быстро, что каждый месяц на рынок выходил новый робот или компания, что существенно увеличивало конкуренцию и инновации. В этом десятилетии роботы-манипуляторы были улучшены, чтобы сделать их более мобильными и управляемыми.

Процессы продолжали совершенствоваться на протяжении 90-х годов, а электронное управление совершенствовалось до такой степени, что можно было контролировать и координировать несколько роботов одновременно. Интерфейсы оператора также были улучшены, а конструкция роботов упрощена и оптимизирована, чтобы обеспечить больший доступ для обслуживания и ремонта.

Технологические достижения продолжают улучшать функциональность промышленных роботов и по сей день, что ограничивается только стоимостью оборудования и исследований.

Как работает сварочный робот?

Роботизированная сварочная установка, также называемая роботизированной сварочной ячейкой, состоит из нескольких компонентов, работающих вместе для сварки деталей. Эти компоненты включают те, которые активно участвуют в сварке, а также аксессуары и средства безопасности, обеспечивающие бесперебойную работу ячейки.

Вот самые основные компоненты модуля роботизированной сварки, каждый из которых важен для процесса роботизированной сварки:

• Податчик проволоки: Это перемещает присадочную проволоку в робота с запрограммированной скоростью. Эта присадочная проволока часто используется для добавления материала к сварному шву для поддержки соединения.
• Сварочный робот: Это включает в себя робота и инструмент на конце руки, как правило, горелку или другой манипулятор. Эти роботы бывают двух типов:шарнирные роботы и прямолинейные роботы. Прямолинейные роботы могут двигать своей основной рукой в ​​трех направлениях и вращать запястье на конце руки. Шарнирные роботы имеют вращающиеся суставы, что обеспечивает большую свободу движений и диапазон движений за пределами трех измерений.
• Очиститель проводов: Очиститель используется для удаления брызг с горелки между рабочими циклами, что продлевает срок службы оборудования.
• Факел: Горелка использует мощность, поступающую на электрод, для нагрева и соединения металлов. Аппараты для дуговой сварки также имеют устройство для защиты от дуги, входящее в состав горелки. Кроме того, обычно в комплект входит блок воздушного или водяного охлаждения.
• Рабочая область: Здесь детали размещаются и удерживаются для сварки роботом. Крепления удерживают детали на месте, когда робот завершает сварку.
• Контроллер: Этот компонент фактически является «мозгом» сварочной ячейки, снабжая робота питанием и инструкциями с помощью сохраненных программ.
• Обучающая подвеска: Эта портативная интерфейсная система позволяет оператору задавать параметры сварки, вручную перемещать робота и вводить новые программы.
• Сварочный источник питания: Это подает питание на сварочную горелку. Это будет варьироваться по размеру и производительности в зависимости от требований свариваемых деталей. Источник питания немного различается в зависимости от того, является ли ячейка аппаратом для дуговой или точечной сварки.
• Подсветка стека: Этот свет показывает, что ячейка делает в любой момент времени. Как правило, красный свет указывает на аварийную остановку, оранжевый свет означает, что робот программируется, а зеленый означает, что ячейка работает автоматически.
• Операция: В этом поле находятся элементы управления для запуска и остановки ячейки, а также кнопки для каждой функции, в том числе кнопка перезапуска для сброса ячейки после устранения неисправности.
• Функции безопасности: Большинство роботизированных сварочных аппаратов будут включать функции безопасности, чтобы предотвратить причинение вреда рабочим и операторам. К ним относятся ограждение, защита от дуги, входные двери и другие функции, снижающие воздействие на работников опасного света, дыма и движения во время работы ячейки.

Программы вводятся через подвесной пульт обучения и сохраняются в контроллере, который сообщает роботу, что делать. Эти программы перемещают сварочного робота и манипулируют горелкой на конце его руки, размещая ее точно там, где она должна быть в любой точке. Горелка нагревается, используя источник питания для выработки достаточного количества тепла в металле для постоянного сплавления деталей. Для этого устройство подачи проволоки подает дополнительный материал на манипулятор робота. Между деталями рука перемещает резак к очистителю проволоки, чтобы удалить любые брызги.

Что такое роботизированный процесс сварки?

Рабочий процесс роботизированной сварочной ячейки состоит из серии тщательно контролируемых шагов. Эти шаги:

1. Установите деталь в приспособление и надежно закрепите ее на месте.

2. Выберите соответствующую программу на контроллере. В качестве альтернативы, если подходящая программа недоступна, запрограммируйте контроллер с помощью подвесного пульта обучения.

3. Нажмите кнопку запуска на контроллере, чтобы начать работу.

4. Когда первая часть будет обработана, переместите вторую часть на соответствующую станцию ​​загрузки.

5. Когда на первом рабочем месте начнется сварка, начните настройку второго рабочего места.

6. Когда сварка закончится, начнутся работы на второй станции.

7. Соберите готовую деталь со станции 1 и перезагрузите рабочую станцию ​​для следующего цикла.

Конкретные функции и тонкости зависят от конкретного используемого роботизированного сварочного модуля, но большинство из них следует этой общей процедуре.

Как роботы используются в сварочной промышленности?

Роботизированная сварка составляет 29% всех роботизированных применений в промышленности, уступая только роботизированной обработке материалов. Автоматическая сварка чаще всего используется в производственной и машиностроительной отраслях для повышения эффективности компаний и лабораторий.

Чаще всего они используются для контактной точечной сварки и дуговой сварки для больших объемов продукции. Эти два процесса подробно описаны ниже:

Точечная сварка сопротивлением

Роботизированная контактная сварка — это экономичный способ сварки двух кусков листового металла в одной точке. Этот тип сварки обычно используется в автомобильной промышленности, где он используется для сварки листового металла в форме автомобиля. Многие точечные сварщики в автомобильной промышленности работают на роботах, и их можно увидеть работающими на конвейерах по сборке автомобилей.

Процесс точечной сварки заключается в применении двух электродов из медного сплава к сплавляемым деталям и пропускании тока через материалы. Ток нагревает металл и заставляет его плавиться, образуя лужу между кусками в месте нанесения. При охлаждении кусочки сплавляются друг с другом.

Роботы-сварщики идеально подходят для этой задачи, поскольку они могут выполнять несколько точечных сварных швов с исключительной точностью и эффективностью.

Дуговая сварка

Роботизированная дуговая сварка стала отраслью только недавно, но быстро догоняет точечную сварку как самый популярный метод роботизированной сварки. В процессе используется источник питания для создания электрической дуги между электродом, установленным на горелке, и металлом. Эта дуга создает температуру около 6500 градусов по Фаренгейту на кончике горелки. Это нагревает металл, создавая лужу расплавленного металла под факелом, который затвердевает при охлаждении. При охлаждении детали навсегда сплавляются друг с другом.

Из-за чрезвычайно высоких температур металлы, участвующие в этом процессе, часто химически реагируют с кислородом и азотом в окружающем воздухе. Это может нарушить целостность сварного шва. По этой причине многие процессы дуговой сварки включают в себя процесс, называемый защитой дуги. Этот процесс покрывает дугу и расплавленный металл защитным экраном из газа или пара, сводя к минимуму контакт между расплавленным металлом и окружающим воздухом.

Экстремальные тепловые и химические реакции, связанные с дуговой сваркой, делают ее идеальным применением для робототехники, поскольку это снижает подверженность рабочих и операторов этим рискам.

Каковы преимущества роботизированной сварки?

Внедрение роботизированной сварочной установки требует значительных затрат времени и средств. Однако преимущества системы намного превосходят преимущества традиционной сварки, а затраты на систему быстро окупаются за счет повышения производительности, улучшения качества и сокращения отходов.

Сварочные бригады в США пользуются преимуществами роботизированной сварки благодаря следующим преимуществам:

Увеличение производства 

Роботизированные сварочные системы выполняют работу быстро и эффективно, допуская меньше ошибок, чем их коллеги-люди, и значительно увеличивая скорость производства. Кроме того, роботы могут работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, в отличие от людей, которым требуется сон, перерывы и отпуска. Люди-операторы обычно имеют менее 50% времени работы дуги, а процент времени работы людей уменьшается по мере того, как наступает усталость в конце смены. Роботы, с другой стороны, имеют 75%-80% времени дуги. Это число увеличивается до 95 % для деталей с более длинными швами.

Улучшенное качество и согласованность

Автоматизированная система создает согласованные сварные швы с чрезвычайно высокой точностью, повторно размещая сварные швы одного и того же качества в одном и том же месте без усталости. Точность этих систем также уменьшает разбрызгивание, что приводит к более аккуратным швам. Однако это не устраняет ошибки и дефекты — неисправность или повреждение оборудования, а также неправильное программирование могут привести к дефектам продукта. К счастью, обе проблемы могут быть предотвращены сертифицированными специалистами по роботизированной сварке.

Экономия энергии

Автоматизированные сварочные системы экономят энергию, работая стабильно, сокращая количество энергозатратных пусков. Кроме того, роботы не переваривают и сокращают потребность в корректирующей сварке, сокращая затраты энергии.

Уменьшение брака

Человеческая ошибка всегда возможна, даже у самых опытных сварщиков. Однако каждое движение сварочного робота планируется и автоматизировано, что снижает количество ошибок и, следовательно, количество бракованных деталей. На более дорогих работах это может быть решающим фактором для сохранения бюджета.

Сокращение отходов

Расходные материалы — еще один источник отходов. К расходным материалам относятся форсунки и другие компоненты с относительно коротким сроком службы, которые заменяются после определенного количества использований. Роботизированные сварочные аппараты увеличивают скорость сварки и минимизируют избыточное потребление энергии, увеличивая срок службы каждого расходуемого компонента. Это означает, что новые расходные материалы покупаются реже, что снижает расходы.

Рентабельность инвестиций

Большинство компаний обнаружат, что для более крупных проектов эффективность, точность и экономия средств при роботизированной сварке более чем компенсируют первоначальные затраты на настройку при работе с компанией по производству металлоконструкций.

Сочетание более высоких скоростей, более качественных сварных швов и меньшего количества брака способствует быстрой окупаемости инвестиций. Эта отдача увеличивается еще больше, если учесть снижение затрат на электроэнергию и минимизацию вероятности переваривания. Переход на процесс роботизированной сварки может помочь компании значительно сократить общие расходы.

Чтобы рассчитать примерную окупаемость инвестиций, компания может оценить текущее время цикла детали и сравнить его с потенциальным временем цикла для роботизированной сварочной установки. Другая экономия отходов, рабочей силы и энергии также может быть связана с оценкой для получения более точных цифр.

Как выбрать контрактного производителя с высококачественной установкой для роботизированной сварки?

Хороший контрактный производитель инвестирует не только в высококвалифицированных специалистов, но и в роботизированные сварочные установки, которые обеспечивают наилучшее качество и ценность, контролируя горелки MIG и расходные материалы и подыскивая подходящие периферийные устройства для машины:

Пистолеты МИГ

Горелки MIG необходимо тщательно выбирать в соответствии с потребностями конкретной модели, используемой в установке для роботизированной сварки. Компании должны выбирать горелки MIG с соответствующей силой тока и холодопроизводительностью для применения. Недостаточная сила тока или охлаждение могут привести к выходу машины из строя, а покупка горелки с большей силой тока, чем необходимо, является пустой тратой денег, поскольку цена роботизированной горелки MIG прямо пропорциональна силе тока, которую она предлагает.

Расходные материалы

Расходные материалы, такие как контактные наконечники, сопла, фиксирующие головки и вкладыши, также следует тщательно выбирать и использовать. Для разных применений следует выбирать разные сопла и контактные наконечники — стандартные расходные материалы следует использовать для приложений с низким током или приложений с более коротким временем дуги, в то время как расходные материалы для тяжелых условий эксплуатации, которые являются более дорогими, чем стандартные версии, следует использовать для приложения с большой силой тока или большой дугой — время для сокращения времени простоя, необходимого для их замены.

Периферийные устройства

Периферийное устройство — это любое дополнительное оборудование, которое можно интегрировать в систему роботизированной сварки. Использование правильных периферийных устройств может максимизировать производительность установки. Хотя периферийные устройства требуют первоначальных затрат, они могут увеличить окупаемость инвестиций в роботизированную сварку за счет повышения производительности установки, увеличения срока службы расходных материалов и снижения вероятности дефектов сварки.

Некоторые потенциально полезные периферийные устройства включают:

• Станция очистки форсунок: Также называется разверткой или очистителем от брызг. Это периферийное устройство очищает сопло от грязи, мусора и брызг во время обычных проходов в процессе сварки. Это помогает предотвратить потерю покрытия, которая может привести к дефектам и доработке сварного шва. Это также увеличивает срок службы расходных материалов и снижает частоту их замены.
• Распылители для защиты от брызг: Это периферийное устройство увеличивает срок службы расходных материалов за счет добавления на расходные материалы состава, препятствующего разбрызгиванию, который действует как защитный барьер. Как и станция очистки форсунок, это предотвращает потерю покрытия и снижает частоту замены расходных материалов.
• Кусачки: Для роботов для дуговой сварки требуется, чтобы проволока торчала при возникновении дуги. Кусачки обрезают сварочную проволоку до заданной длины, устраняя любые несоответствия длины и качества проволоки. Это приводит к более надежному запуску дуги и более стабильным сварным швам.
• Крепление на руку: Для определенных установок столкновение представляет собой риск, который необходимо учитывать. Для роботов с программным обеспечением для обнаружения столкновений необходимо прочное крепление на руке, чтобы защитить оборудование, удерживая его на месте, когда робот обнаруживает столкновение и выключается.
• Сцепление: Для роботов без обнаружения столкновений необходима муфта для защиты оборудования от столкновения. Муфта распознает физическое воздействие столкновения и отправляет электрический сигнал на контроллер робота, который останавливает систему, предотвращая дальнейшее повреждение.

Все эти периферийные устройства могут помочь в защите и повышении производительности роботизированного сварочного оборудования.

Кто должен эксплуатировать роботизированную сварочную установку?

Роботизированная сварка требует постоянного наблюдения и обслуживания со стороны обученного оператора. Если ни у кого из нынешнего кадрового резерва компании нет опыта роботизированной сварки, в интересах компании нанять компанию по производству металлоконструкций, в штат которой входят сертифицированные операторы роботизированной сварки.

Обученный технический специалист сможет максимально увеличить время безотказной работы проекта, планируя и выполняя регулярное профилактическое обслуживание системы. Это помогает свести к минимуму ненужные простои и обеспечивает бесперебойную работу системы — все преимущества, которые передаются вашему проекту.

Наем контрактного производителя с сертифицированными специалистами по роботизированной сварке может быть более рентабельным методом. Очень немногие компании специализируются на роботизированной сварке, особенно в Соединенных Штатах, с высококвалифицированным профессиональным персоналом, который точно знает, как работать с роботизированными сварочными ячейками для получения наилучших результатов для вашего продукта. Fairlawn Tool, Inc. — одна из таких компаний, которая предоставляет нашим клиентам качественные услуги по роботизированной сварке силами сертифицированной AWS команды сварщиков.

Компания Fairlawn Tool, Inc. считает роботизированную сварку неотъемлемой частью нашего производственного процесса, помогая снизить общие затраты для наших клиентов и помогая вам получать продукцию высочайшего качества по минимальной цене. Кроме того, мы также с гордостью предлагаем услуги ручной сварки, которые хорошо подходят для небольших тиражей и индивидуальных коммерческих заказов. В большинстве случаев ручная сварка может сочетаться с роботизированной сваркой, чтобы получить лучшее от обоих подходов. Мы гордимся стабильным качеством, независимо от масштаба производственного проекта, потому что хотим, чтобы каждая единица превзошла ваши ожидания.

Fairlawn Tool является контрактным производителем с полным спектром услуг для всех ваших потребностей в изготовлении металлоконструкций. Выполняя все этапы процесса на нашем заводе в Мэриленде, мы можем гарантировать высочайший уровень качества по конкурентоспособной цене. Мы всегда рады помочь ответить на любые вопросы и проконсультировать по оптимальному подходу для вашей компании.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши предстоящие проекты по изготовлению металлоконструкций.