Роботизированная сварка в производстве: Полное экспертное руководство

Введение

Сварочные роботы — среди самых важных промышленных роботов в производственном пространстве. Они занимаются сваркой — тем самым процессом, который удерживает машины вместе, включая автомобили. Робототехника в автопроизводстве в высокой степени зависит от автоматизированной сварки, вытесняя ручной труд почти во всех автозаводах мира. Из всех применений промышленных роботов в производстве роботизированная сварка — самая недавняя, внедренная менее 20 лет назад.

Типы роботизированных сварочных процессов

Существует около шести автоматизированных сварочных процессов, широко используемых в промышленном производстве. Каждый процесс служит уникальной функции и имеет специальный робот для ее выполнения.

Контактная точечная сварка (Resistance Spot Welding)

Процесс, где тепло от электрического сопротивления применяется с силой для сварки металлических материалов. Концентрация давления и электричества в одной точке вызывает плавление и срастание металлов в расплавленном состоянии. Металл затем остывает и становится неразрывно соединенным в этой точке — отсюда название «точечная сварка».

Преимущества точечного сварочного робота: бесшовность (не оставляет следов сварки), высокая прочность (нет слабых точек после срастания). Автопромышленность сильно полагается на точечные сварочные роботы: в среднем автомобиле более 5000 точечных швов.

Лазерная сварка (Laser Welding)

Продвинутая форма соединения металлов, фокусирующая тепло в одной точке с помощью лазерных лучей. Технология существует более 30 лет. Две металлические листы прижимаются друг к другу, затем лазерный луч концентрируется на их краях. Интенсивное тепло плавит их одновременно, смешивая, завершая соединение. После остывания они становятся единым целым.

Преимущества: высокая точность (легко контролируемый луч), очень высокая скорость (мгновенное формирование шва), высокая согласованность (идеально для создания однородности).

Сварка в защитном газе с плавящимся электродом (Gas Metal Arc Welding — GMAW)

Тип роботизированного сварочного процесса, где источник тепла — дуга между расходным металлическим электродом и деталью с внешне подаваемым газовым щитом (обычно инертный газ). Образуется ванна расплава, соединяющая материалы после остывания.

Два типа: MIG (Metal Inert Gas) — инертный газ (аргон, гелий); MAG (Metal Active Gas) — активный газ (смесь кислорода, углекислого газа и аргона).

Главное преимущество: нет брызг расплава, так как защитный газ защищает ванну до остывания.

Сварка вольфрамовым электродом в инертном газе (Gas Tungsten Arc Welding — GTAW/TIG)

Электричество проходит между электродом и материалом. Шов защищен от атмосферы защитным газом. Электрод из вольфрама — металла с самой высокой температурой плавления (3410 °C / 6170 °F).

Три основных вольфрамовых сплава: цирконированный вольфрам (неферродистые металлы, высокие переменные токи),торированный вольфрам (углеродистая и нержавеющая сталь), чистый вольфрам (алюминий и магний).

Дуговая сварка тонколистовых материалов (Thin Gauge Arc Welding)

Для тонких материалов, требующих деликатной сварки. Сварка тонких листов — серьезная задача: излишняя сила или экстремальный метод могут изменить природу материала. Процесс минимизирует прогар, который может привести к коллапсу расплавленного шва и деформации. Используются два инертных газа для минимизации брызг: TIG и MIG.

Плазменная сварка (Plasma Welding)

Процесс дуговой сварки, похожий на тонколистовую; различие: плазменная дуга может быть отделена от газового щита. Плазма выдавливается через тонкую медную насадку, сжимая дугу. Три основных способа: микроплазменная сварка (листы от 0,1 мм), среднетоковая сварка (15–200 А, глубокое проникновение), сварка «ключом» (keyhole) — листы до 10 мм.

Плюсы и минусы использования роботов для сварки

Роботы все больше вовлечены в производство. В некоторых странах полностью заменили ручной труд. Преимущества и недостатки:

Преимущества

• Повышенная эффективность и производительность: Сварочные роботы точны, запрограммированы так; минимальный простор для ошибок. Способность к повторяющимся задачам без усталости повышает производительность.
• Сокращение цикловых времен: По мере роста эффективности цикловые времена сокращаются, что позволяет производить больше за тот же срок.
• Лучшее использование площади: Автоматизация сократила человеческий фуутпринт, создав больше пространства. Один сварочный робот заменяет группу людей. Больше места — больше движения и возможности добавить новые роботизированные сварочные машины.
• Повышенная безопасность: Люди не могут держать фокус долго; чем дольше работа, тем выше пробел в концентрации — причина аварий на тяжелых машинах. Сварочные роботы работают дни без единой ошибки. Аварии стали редкостью.
• Снижение отходов: Высокая точность роботов использует сырье максимально. Человеческие ошибки — главный источник отходов. С роботами большинство материалов используется полностью.

Недостатки

• Очень высокие начальные затраты на автоматизацию: Учитывая объем программирования промышленных роботов и сложные инструменты, начальная стоимость автоматизации завода очень высока.
• Необходимо обучение: Роботы все еще нуждаются в операторах и надзоре. Обучение людей управлению сложными роботами — дорого и долго. То же касается ремонта и обслуживания — только узкие специалисты, которых мало на рынке.
• Ограниченное принятие решений: Роботы не умеют принимать решения, работают по заложенным инструкциям. Множество решений требуют человеческого фактора. С развитием ИИ есть надежда, что в будущем роботы смогут думать.
• Ограниченная гибкость: В отличие от людей, обучаемых разным ролям, большинство сварочных роботов слишком специализированы. Переключение ролей возможно только намеренной перепрограммировкой.
• Длительный период внедрения: Переход на роботов не происходит мгновенно. Нужно перестроить завод, решить вопросы доставки (они тяжелые), привлечь экспертов для настройки, провести пробный период. Минимум 20 недель до полной оперативности.

Роботизированные сварочные системы и программирование

Сварочные роботы требуют специфического ПО для выполнения ролей. ПО создается независимыми компаниями и продается производителям роботов. Популярные программные системы:

Verbotics

Verbotics Weld — простое, но мощное сварочное ПО, запускаемое с любого настольного компьютера. Офлайн-настройка, делающая роботизированную сварку простой. Интерфейс дает превью управления сварочным роботом. Не бесплатно, но есть пробная версия.

Almacam Weld

Офлайн-ПО для сварочных роботов, позволяющее оптимизировать их для повышения эффективности. Используется более 20 лет, стало одним из самых востребованных. Преимущество: легкая установка, не требует долгого обучения оператора.

ABB

Еще одно офлайн-сварочное ПО, простое в использовании и внедрении. Повышает продуктивность, снижает риски, максимизирует инвестиции во все робототехнические системы. Совместим со многими сварочными роботами, управляем любому обученному человеку.

Области применения роботизированной сварки

Роботизированная сварка в основном используется на заводах тяжелого машиностроения. Основные отрасли:

Автомобильная промышленность

В среднем автомобиле более 5000 сваренных деталей — доказательство важности автоматизированных сварочных систем. Раньше это делали люди, что давало неровные швы, делающие машины менее эффективными. Современные автопроизводители не могут обойтись без сварочных роботов. Технологии будут улучшаться дальше.

Электронная промышленность

Материнские платы состоят из крошечных компонентов, не свариваемых руками. Роботизированная сварка здесь высоко передова, способна сваривать даже мельчайшие детали, неразличимые невооруженным глазом. Только роботизированная сварка может производить электронику так быстро, как требует спрос.

Нефтяная промышленность

Огромные трубы для транспорта нефти на большие расстояния зависят от роботизированной сварки для соединения, так как производятся секциями. Роботы нужны для безопасности: трубы должны быть герметичны, чтобы избежать взрывов или утечек, вредных людям и среде.

Авиакосмическая промышленность

Самолеты требуют еще большего внимания при производстве деталей, так как должны держаться в воздухе. Для минимизации ошибок вся сварка деталей самолетов выполняется высоко передовыми сварочными роботами, запрограммированными на покрытие всех участков. Оснащены системой машинного зрения для обнаружения дефектов.

Руководство по покупке сварочного робота

Самая сложная часть автоматизации производственного бизнеса — выбор правильного робота. Бесчисленные производители с уникальными продуктами, обещающими лучшие результаты. Выбор требует много исследований, так как роботы дороги. Это инвестиция на всю жизнь — должна быть верной. Руководство по покупке сварочных роботов:

Сложность (Complexity)

Хороший сварочный робот должен быть понятным. Слишком сложный робот может остановить производство при проблемах, требуя эксперта от производителя. При выборе убедитесь, что он достаточно прост для вашего внутреннего техника, чтобы сэкономить на будущих ремонтах.

Периферия (Peripherals)

Некоторые роботы требуют дополнений для работы — лишние затраты, которых стоит избегать. Выбирайте робота в полном комплекте, способного выполнять множество функций без покупки других частей. Если аксессуары нужны, убедитесь, что их легко найти локально.

Доступное пространство (Space Availability)

Количество и размер роботов зависят от площади завода. При замене людей на роботов нужно заранее очистить пол. Больше пространства — больше роботов. Малый завод, планирующий автоматизацию, потребует большей площади.

Характер работы (Nature of Work)

Не все процессы требуют передовых сварочных технологий, но если производство включает тяжелые металлические детали — роботизированная сварка единственный разумный путь. Автопроизводство использует тяжелые детали кузова, которые люди не могут обрабатывать качественно — сварочные роботы единственный вариант.

Бюджет (Your Budget)

Самый дешевый тяжелый промышленный робот — около $50 000, б/у немного дешевле, но суть: роботы дороги. Долгосрочно цель оправдывает средства, но начальные затраты на автоматизацию могут увести в долги без осторожности. Помимо покупки нужны деньги на обучение, установку, будущие ремонты. Вернуть инвестиции получится не скоро.

Гибкость (Flexibility)

Большинство производственных роботов задачеориентированы — спроектированы для конкретной роли. Это делает их эффективными, но ограничивает диапазон. Учитывая стоимость, лучше получить фабричную роботизированную руку, способную к нескольким ролям. Сварочный робот, умеющий также пик-энд-плейс — лучшая инвестиция, чем только сварка.

Доступность (Availability)

Импорт конкретного типа сварочного робота дороже, если его нет локально. Если живете рядом с крупным производителем — можете заказать кастомизированных роботов. Промышленные роботы не повсюду распространены, производители концентрируются в определенных регионах, возможно далеко от вашего завода. Учитывайте стоимость импорта.

Поддержка (Support)

Постпродажная поддержка критична для роботов. Это высокотехнологичные машины, но они ломаются или сбоят после длительной эксплуатации. Тогда нужна помощь без безумных затрат. Выбирайте производителей, предлагающих гарантии и выделенную техническую поддержку на определенный срок.

Наличие запасных частей (Spare Parts Availability)

Изношенные сварочные детали (исполнительные механизмы) чаще всего ломаются, так как несут основную работу. Любая движущаяся часть подвержена трению и со временем потребует замены. Выбирайте робота, чьи запасные части доступны в любой момент. Отсутствие запчастей может остановить производство — нежелательное прерывание.

Обновления программного обеспечения (Software Upgrades)

Доступность обновлений ПО — еще один важный фактор. Обновления делают роботов эффективнее. Робот с устаревшим ПО может начать влиять на качество производства. Выбирайте роботов с постоянной поддержкой ПО и обновлениями хотя бы раз в год.

Заключение

Сварочные роботы — среди самых важных промышленных роботов в производстве. Благодаря высокому тепла процесса роль лучше исполняется роботами, выдерживающими тепло лучше людей. Если планируете купить сварочного робота для завода, посетите ближайшего производителя и получите лучшую автоматизированную сварочную машину для своего предприятия.

Также читайте:

• Сварочный робот: Список лучших 10 брендов компаний по роботизированной сварке (14 июля 2021)
• Роботизированная сварочная ячейка: что это и где купить (29 марта 2021)
• Лучшие производители сварочного оборудования в Италии (20 октября 2020)