Что такое роботизированная сварка? - Процесс и применение

Сварка — это процесс, при котором два материала сплавляются друг с другом путем нагревания, смешивания и последующего охлаждения материалов и/или наполнителя для образования прочного соединения. От дуговой до точечной сварки новые и бывшие в употреблении сварочные роботы обычно используются в сварочных процессах, где требуемая сварка является повторяющейся, а качество и скорость имеют решающее значение. Роботизированная сварка — это автоматизированный процесс, повышающий эффективность, согласованность и рентабельность инвестиций.

Что такое роботизированная сварка?

Роботизированная сварка — это использование механизированных программируемых инструментов (роботов), которые полностью автоматизируют процесс сварки, выполняя сварку и манипулируя деталью. Такие процессы, как дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа, хотя и часто автоматизированы, не обязательно эквивалентны роботизированной сварке, поскольку иногда оператор-человек подготавливает материалы для сварки.

Роботизированная сварка обычно используется для контактной точечной и дуговой сварки в высокопроизводительных приложениях, например в автомобильной промышленности.

Роботизированная сварка — относительно новое применение робототехники, несмотря на то, что роботы впервые были представлены в промышленности США в 1960-х годах. Использование роботов в сварке не было популярным до 1980-х годов, когда автомобильная промышленность начала широко использовать роботов для точечной сварки.

С тех пор как количество роботов, используемых в промышленности, так и количество их применений значительно выросли. В 2005 году в промышленности Северной Америки использовалось более 120 000 роботов, примерно половина из них для сварки. Рост в основном ограничивается высокими затратами на оборудование и, как следствие, ограничениями для высокопроизводительных приложений.

Роботизированная дуговая сварка начала быстро развиваться совсем недавно и уже занимает около 20% промышленных роботов. Основными компонентами роботов для дуговой сварки являются манипулятор или механический блок и контроллер, который действует как «мозг» робота.

Манипулятор — это то, что заставляет робота двигаться, и по конструкции эти системы можно разделить на несколько общих типов, таких как SCARA и робот с декартовыми координатами, которые используют разные системы координат для управления руками машины.

Робот может сваривать предварительно запрограммированное положение, управляться машинным зрением или комбинировать два метода. Однако доказано, что многие преимущества роботизированной сварки делают ее технологией, которая помогает многим производителям оригинального оборудования повышать точность, воспроизводимость и производительность.

Технология обработки изображений сигнатур разрабатывалась с конца 1990-х годов для анализа электрических данных в режиме реального времени, полученных при автоматизированной роботизированной сварке, что позволяет оптимизировать сварные швы.

Роботизированное сварочное оборудование

Роботизированная сварка сочетает в себе сварку, робототехнику, сенсорные технологии, системы управления и искусственный интеллект. Компоненты включают в себя программное обеспечение со специальным программированием, сварочное оборудование, передающее энергию от источника сварочного тока к заготовке, и робот, использующий оборудование для проведения сварки.

Датчики процесса робота измеряют параметры процесса сварки, а его геометрические датчики измеряют геометрические параметры сварных швов. Получая и анализируя входную информацию от датчиков, система управления адаптирует выходные данные роботизированного процесса сварки на основе спецификаций процедуры сварки, определенных в программе.

В зависимости от предполагаемого использования роботы могут быть роботизированными руками или роботизированными порталами. Обычно используются шестиосевые промышленные роботы с трехосным предплечьем и трехосным запястьем, поскольку они позволяют установить сварочную горелку на запястье для достижения всех положений, необходимых для трехмерной сварки.

Система должна быть интегрирована с роботом, а сварочное оборудование должно быть совместимо с роботизированной сваркой и, желательно, специально разработано для роботизированной сварки, поскольку тогда робот сможет контролировать все процессы.

Как работает роботизированная сварка ?

При использовании роботов для любого процесса метод требует внесения поправок для обеспечения автоматизации. То же самое относится и к сварке, при которой используются несколько инструментов, не встречающихся в ручном эквиваленте. Людям не нужно программировать, как это делают роботы-сварщики.

У самого робота есть рука, которая может двигаться в трех измерениях для прямолинейных типов и в большем количестве плоскостей с шарнирными версиями. Устройство подачи проволоки посылает присадочную проволоку роботу по мере необходимости для выполнения сварочных работ. Высокотемпературная горелка на конце руки плавит металл, чтобы обеспечить процесс сварки. Поскольку температура достигает тысяч градусов, использование роботов для этого процесса повышает безопасность людей.

Сертифицированные операторы-люди по-прежнему должны оставаться рядом с роботами. Эти работники должны иметь сертификат Американского общества сварщиков (AWS), который сертифицирует не только сварщиков, выполняющих ручную сварку, но и операторов роботизированных сварочных манипуляторов. Операторы программируют контроллер с помощью подвесного пульта обучения. Это устройство устанавливает новые программы, перемещает руку и изменяет параметры процесса. Чтобы начать сварку, оператор использует кнопки на панели управления.

Инструмент в манипуляторе нагревается до расплавления металла, чтобы соединить нужные детали. По мере необходимости устройство подачи проволоки подает больше металлической проволоки к кронштейну и горелке. В ожидании сварки следующих деталей рука перемещает горелку к очистителю, чтобы очистить руку от любых металлических брызг, которые могли бы затвердеть на месте без этого процесса.

Поскольку одной из основных причин использования роботов-сварщиков является защита людей, эти автоматизированные системы имеют множество функций безопасности. Дуговые экраны предотвращают смешивание высокотемпературной дуги с кислородом. Закрытые зоны защищают операторов от температуры и яркого света.

Преимущества роботизированной сварки

Автоматизация фабрики с помощью сварочных роботов имеет ряд преимуществ, в том числе более быстрое и стабильное время цикла, отсутствие перерывов в производстве и лучшее качество сварки. По сути, при использовании роботизированной сварки процесс занимает меньше времени, а производители могут сократить прямые затраты на рабочую силу и безопасность, а также сэкономить материалы.

Роботизированные сварочные модули обеспечивают еще более безопасную рабочую среду, значительно уменьшая блики дуги, избыточное распыление и прямой контакт с роботом и деталью. Сварщик-робот работает более стабильно и может быстро переходить от одного сварного шва к другому, что ускоряет весь процесс.

• Меньше времени :Роботизированные сварочные системы быстро выполнят работу. Независимо от того, есть ли у вас новые или бывшие в употреблении сварочные роботы, они допускают меньше ошибок, чем ручная сварка. В отличие от рабочих, роботам не нужны перерывы, отпуска и т. д. Ваша работа может продолжаться без перерыва, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Это, в свою очередь, повысит пропускную способность и производительность.
• Снижайте затраты на прямой труд и безопасность: Стоимость ручной сварки может быть высокой. Это требует времени, умения и концентрации. Это также опасно. Вспышка, дым, искры и высокая температура делают ручную сварку сложной и опасной работой. С помощью роботизированной сварки вы защитите рабочих и снизите затраты. Эти системы выдерживают опасности и часто увеличивают производительность. Расходы на страхование и несчастные случаи также значительно сокращаются.
• Экономия материалов: Даже самые опытные сварщики допускают ошибки. Однако у новых и бывших в употреблении сварочных роботов регулируется все, включая мощность и проволоку. Автоматизированные бывшие в употреблении сварочные роботизированные системы экономят энергию, работая стабильно (меньше пусков). Кроме того, создаваемые сварные швы более стабильны. Точность роботизированных систем означает меньше потерь материала и времени. Сохраняйте материалы и одновременно повышайте качество продукции!

Некоторые компании постепенно переходят на применение роботизированной сварки, начиная с одного сварочного модуля и постепенно переходя к полностью автоматизированному процессу сварки. Роботы могут быть полезны, когда доступ к детали ограничен или труднодоступен. Производители создали конструкции, позволяющие тонкой роботизированной руке достигать меньших площадей.

Ограничения

Одна из проблем при сварке роботами заключается в том, что кабели и шланги, используемые для подачи тока, воздуха и т. д., имеют тенденцию ограничивать подвижность запястья робота.

Решением этой проблемы является вертлюг, который позволяет проходить сжатому воздуху, охлаждающей воде, электрическому току и сигналам внутри одного вращающегося узла.

Поворотный блок также позволяет программировать в автономном режиме, поскольку все кабели и шланги можно проложить по заданным траекториям манипулятора робота.

Другие ограничения роботизированной сварки:

• Сложное программирование для конечного пользователя, неудобное для пользователя, только для специалистов
• Ограниченные API, усложняющие простое изменение
• Человеко-машинный интерфейс (ЧМИ) не работает. Системы требуют настройки и обучения. Трудно настроить системы роботизированной сварки.
• Проблемы с подключением, отсутствие совместимых стандартов
• Заменяет человеческий труд
• Технологии устаревают

Процессы роботизированной сварки

Сварка требует высокого уровня образования и навыков. Однако количество профессиональных сварщиков не соответствует потребностям отрасли. По данным Американского общества сварщиков, к 2022 году отрасль будет испытывать нехватку 450 000 сварщиков. Вместо того, чтобы позволить этим работникам отставать от критически важных проектов, роботы могут компенсировать слабину.

Роботы автоматизируют процесс, что обеспечивает более высокую точность, меньшее количество отходов и более быструю работу. Имея широкий спектр оборудования, роботы адаптируются к широкому спектру процессов сварки, включая дуговую, контактную, точечную, TIG и другие.

1. Дуговая сварка

Одним из наиболее распространенных видов роботизированной сварки является дуговой процесс. В этом методе электрическая дуга генерирует сильное тепло, до 6500 градусов по Фаренгейту, которое плавит металл. Расплавленный металл соединяет детали вместе, затвердевая в стабильное соединение после охлаждения. Когда в проекте требуется большой объем точно соединенных металлов, дуговая сварка является идеальным вариантом.

2. Сварка сопротивлением

Когда в проектах требуется термическая обработка или способ снижения затрат, роботы могут использовать контактную сварку. Во время этого процесса электрический ток создает лужу расплавленного металла, проходя между двумя металлическими основаниями. Этот расплавленный металл соединяет куски металла вместе.

3. Точечная сварка

Некоторые материалы сопротивляются электрическому току, что препятствует их сварке другими способами. Такая ситуация часто возникает в автомобильной промышленности при сборке частей кузова автомобиля. Чтобы решить эту проблему, сварщики-роботы используют вариант контактной сварки, чтобы соединить пару тонких металлических листов в одном месте.

4. Сварка TIG

Роботизированная сварка, требующая высокого уровня точности, может потребовать сварки TIG. Этот метод также называется дуговой сваркой вольфрамовым электродом или GTAW. Электрическая дуга проходит между вольфрамовым электродом и металлическим основанием.

5. Сварка МиГ

Дуговая сварка металлическим газом, также известная как GMAW или MIG, представляет собой быстрый и простой метод, в котором используется высокий уровень наплавки. Проволока непрерывно движется к нагретому наконечнику сварочного аппарата, который расплавляет проволоку, позволяя большому количеству расплавленного металла капать на основание для соединения основания с другим элементом.

6. Лазерная сварка

Когда сварочные проекты требуют точности для большого количества деталей, лазерная сварка является предпочтительным методом соединения металлов. Небольшие детали, такие как ювелирные изделия или медицинские компоненты, часто используют лазерную сварку.

7. Плазменная сварка

Плазменная сварка обеспечивает наибольшую степень гибкости, поскольку оператор может легко изменять как скорость газа, проходящего через сопло, так и температуру.

Приложения для роботизированной сварки

Благодаря своим преимуществам, позволяющим экономить время и высокой производительности, роботизированная сварка стала важной в металлургии и тяжелой промышленности, особенно в автомобильной промышленности, где используется точечная и лазерная сварка.

Он лучше всего подходит для коротких сварных швов с криволинейными поверхностями и повторяемыми, предсказуемыми действиями, не требующими постоянных смен и изменений в процессе сварки. С помощью внешних осей робот также подходит для длинных сварных швов, например, в судостроении.

Хотя роботизированная сварка в основном используется в массовом производстве, где важны эффективность и количество, программы могут быть созданы для удовлетворения любых потребностей, а робототехника может использоваться для небольших и даже единичных производств, сохраняя при этом высокую рентабельность.

Робот против. Ручная сварка

Ручная сварка все еще имеет место в современном производстве. Для проектов, в которых вам нужен эксперт для быстрого изменения используемых стилей сварки, лучшим выбором будет ручная сварка. Профессиональный сварщик может быстро изменить то, что он делает, но роботы не так быстро адаптируются к нестандартным ситуациям.

Поскольку ручная сварка остается процессом, который все еще нужен многим компаниям, профессиональные сварщики не исчезнут в ближайшее время. Фактически, из-за нехватки опытных сварщиков, упомянутых выше, те, у кого есть сертификаты, легко найдут работу, даже если несколько компаний инвестируют в роботов.

Замена ручных сварочных аппаратов роботами не приведет к тому, что AWS перестанет заниматься сертификацией. Большинству операторов роботов-сварщиков необходимо пройти сертификацию в области робототехники в этой области, для которой AWS также предлагает сертификаты. Наличие экспертов по робототехнике, которые разбираются в сварке, гарантирует, что проекты будут правильно запрограммированы, чтобы завершить их как можно быстрее и с минимальными затратами.

Видео о роботизированной сварке