Мастерство роботизированной сварки: полное руководство по качеству, эффективности и экономии

В производстве компании постоянно стремятся к улучшению качества и продуктивности при низких затратах. Для этого часто обращаются к технологиям, особенно в сварке.

Сварка в базовой форме — соединение двух материалов теплом и давлением. Слово «сварка» ассоциируется с маской, перчатками, горелкой. Ручная сварка все еще имеет место, но растущий дефицит профи оставил большую брешь. Американское сварное общество (AWS) оценивает дефицит в 290 000 сварщиков к 2020 г. Растущее число компаний инвестирует в роботизированные сварочные комплексы.

Установка роботизированной сварки требует серьезного рассмотрения, планирования и значительных инвестиций времени и денег. Но компании, внедрившие её, открыли бесчисленные долгосрочные выгоды.

Если ваша компания рассматривает роботизированную сварку для фabrication деталей — полное руководство по процессу, истории и выгодам.

Что такое роботизированная сварка?

Роботизированная сварка (автоматизированная сварка) — автоматизированный процесс использования механизированных программируемых инструментов для сварки и манипулирования деталью. Это относительно новое применение робототехники заполнило брешь от дефицита сварщиков, эффективно перехватив большую долю сварочных работ в североамериканской промышленности.

Как давно существует роботизированная сварка?

История глубоко укоренена в истории промышленных роботов, назад к середине 20 века.

Первый программируемый робот изобрел Джордж Девол в 1954 г., вскоре основал первую робототехническую компанию Unimation. Новая компания создала первый промышленный робот. Модель Unimate использовалась на заводе General Motors в Нью-Джерси, выполняя точечную сварку и извлечение литых деталей. После позитивного входа концепция промышленных роботов распространилась глобально за деCADE.

От этой модели промышленный робот улучшался. 1978 г. — Unimation, финансируемая GM, создала Programmable Universal Machine for Assembly (PUMA). Многие лаборатории используют эту версию до сих пор.

Индустрия бумовала в ранние 80-е. Каждый месяц новый робот или компания на рынке — рост конкуренции и инноваций. Роботизированные руки улучшили мобильность и контроль.

90-е — улучшение процессов, электронные контролы к точке, где множественные роботы могли координироваться одновременно. Операторские интерфейсы улучшились, дизайны упростились для доступа к ТО/ремонту.

Технологические avancы продолжают улучшать функционал промышленных роботов до сегодня, ограниченные только стоимостью оборудования и R&D.

Как работает сварочный робот?

Роботизированная сварочная ячейка (robot welding cell) — несколько компонентов, работающих вместе для сварки деталей. Включают активные участники сварки, аксессуары, фичи безопасности для плавной работы ячейки.

Базовые компоненты робото-сварочной ячейки, все важны:

• Подача проволоки (Wire Feeder): Подает наплавную проволоку в робота по запрограммированному рейту. Часто используется для добавки материала в шов для поддержки стыка.
• Сварочный робот (Welding Robot): Робот + инструмент на конце руки (горелка/манипулятор). Два типа: артикулирующие (артикулированные) и ректилинейные. Ректилинейные — 3 направления движения основной руки + вращение запястья. Артикулирующие — вращающиеся суставы, больше свободы движений за 3 измерения.
• Очиститель проволоки (Wire Cleaner): Удаляет сплэтер с горелки между циклами, продлевая жизнь оборудования.
• Горелка (Torch): Ток к электроду нагревает и соединяет металлы. Дуговые блоки имеют ар곤озащиту в горелке. Воздушное/водяное охлаждение обычно включено.
• Рабочая зона (Work Area): Детали размещаются и фиксируются для робота. Оснастка держит детали пока робот сваривает.
• Контроллер (Controller): «Мозг» ячейки, питание и инструкции роботу через хранимые программы.
• Пульт обучения (Teach Pendant): Ручной интерфейс для установки параметров, ручного движения робота, ввода новых программ.
• Блок питания сварки (Welding Power Supply): Питание горелки. Размер/производительность зависит от требований деталей. Отличается для дуговой/точечной сварки.
• Светоиндикатор (Stack Light): Статус ячейки: красный — аварийная остановка, оранжевый — программирование, зеленый — авторежим.
• Операторский пульт (Operation Box): Пуск/стоп ячейки, кнопки функций, рестарт после устранения неисправности.
• Фичи безопасности (Safety Features): Ограждения, аргонозащита, двери доступа и др. для снижения воздействия на людей: свет, дымы, движение.

Программы вводятся через пульт обучения, сохраняются в контроллере, говорящем роботу что делать. Программы движут робота и манипулируют горелкой на конце руки, помещая её точно где нужно. Горелка нагревается, питание генерирует тепло для плавления металла — постоянное соединение. Подача проволоки дает доп. материал. Между деталями рука двигает горелку к очистителю для удаления сплэтера.

Какой процесс роботизированной сварки?

Рабочий процесс ячейки — серия контролируемых шагов:

1. Установить деталь в оснастку, зафиксировать.
2. Выбрать программу из контроллера. Или запрограммировать контроллер через пульт, если программы нет.
3. Нажать пуск на контроллере.
4. Пока первая деталь сваривается, подать вторую на загрузочную станцию.
5. Пока сварка на 1 станции, наладить 2 станцию.
6. Когда сварка закончена, работа начнется на 2 станции.
7. Собрать готовую деталь со станции 1, перезагрузить станцию для следующего цикла.

Специфические функции зависят от конкретной ячейки, но большинство следуют этой процедуре.

Как роботы используются в сварочной индустрии?

Роботизированная сварка — 29% всех роботизированных применений в промышленности, второе после робото-манипулирования материалами. Автосварка чаще в мануфактуринге и инженерии для эффективности компаний и лабов.

Чаще всего — резистивная точечная сварка и дуговая сварка для больших объемов. Детально ниже:

Резистивная точечная сварка (Resistance Spot Welding)

Экономичный способ сварки двух листов в одной точке. Широко в автопроме для кузовов. Многие точечные сварщики на конвейерах — роботизированные. Процесс: два медных электрода на детали, ток проходит через материалы. Ток нагревает металл до плавления, образуя ванну в точке. При охлаждении детали сплавляются. Роботы идеальны — ставят множественные точечные швы с экстремальной точностью и эффективностью.

Дуговая сварка (Arc Welding)

Роботизированная дуговая сварка выросла недавно, но быстро догоняет точечную по популярности. Блок питания генерирует электрическую дугу между электродом на горелке и металлом. Дуга дает ~6500°F (~3600°C) на кончике горелки. Нагревает металл, образуя ванну расплава под горелкой, затвердевающую при охлаждении. Детали навсегда сплавляются.

Из-за экстремального тепла металлы часто реагируют с кислородом/азотом воздуха — компромисс целостности шва. Поэтому многие дуговые процессы включают аргонозащиту (arc shielding) — защитный щит газа/пара, минимизирующий контакт расплава с воздухом.

Экстремальное тепло и химические реакции делают дуговую сварку идеальной для робототехники — снижает риски для людей.

Преимущества роботизированной сварки

Внедрение требует значительных инвестиций времени и средств. Но выгоды системы далеко превосходят традиционную сварку, а затраты быстро окупаются ростом продуктивности, качеством, снижением отходов.

Сварочные команды по США выигрывают от роботизированной сварки:

Рост производства

Роботизированные системы делают работу быстро/эффективно, меньше ошибок чем люди, резко повышая скорость. Роботы работают 24/7, люди — спят, перерывы, отпуска. Люди — <50% arc-on time, падет к концу смены. Роботы — 75-80% arc-on, до 95% для длинных швов.

Качество и консистентность

Автосистема создает консистентные швы с экстремальной точностью, ставя одинаковые качественные швы в то же место повторно без утомления. Прецизия снижает сплэтер — чистые швы. Не исключает дефекты — неисправное оборудование или неверная программа дают брак. Предотвращается сертифицированными техниками роботизированной сварки.

Экономия энергии

Автосистемы экономят энергию стабильной работой, резая энергозатратные пуски. Роботы не переваривают и снижают нужду в корректирующей сварке — экономия энергии.

Снижение брака

Человеческая ошибка всегда возможна даже у профи. Каждое движение робота запланировано и автоматизировано — меньше ошибок, меньше списанных деталей. На высокоценных заказах — критично для бюджета.

Сокращение отходов

Расходники (consumables) — еще источник отходов: сопла и компоненты с короткой жизнью, меняемые после циклов. Роботизированные блоки повышают скорость и минимизируют излишки энергии, увеличивая жизнь каждого расходника. Новые расходники покупаются реже — экономия.

ROI (Возврат инвестиций)

Большинство компаний для крупных проектов найдут: эффективность, точность, экономия затрат роботизированной сварки — более чем окупают стартовые вложения работая с фabrication компанией.

Комбинация скорости, качества швов, снижения брака дает быстрый ROI. Усилен снижением энергозатрат и минимизацией переваривания. Переход на роботизированную сварку может значительно сэкономить общие затраты компании.

Для приблизительного ROI — оцените текущие циклы деталей и сравните с потенциальными циклами роботизированной установки. Экономия на отходах, труде, энергие включите для точной цифры.

Как выбрать контрактного производителя с качественной роботизированной сваркой?

Хороший контрактный производитель инвестирует не только в профи, но и в роботизированные комплексы дающие лучшее качество/ценность через мониторинг MIG горелок и расходников и подбор периферии:

MIG горелки

Выбор MIG горелок под модель роботизированной установки. Правильные амперность и охлаждение. Недостаточная амперность/охлаждение = отказ машины. Избыточная амперность = переплата (цена пропорциональна амперности).

Расходники (Consumables)

Контактные наконечники, сопла, держатели, лайнеры — тщательный выбор/управление. Разные сопла/наконечники под разные применения: стандартные для низких амперностей/коротких дуг, тяжелые (дороже) для высоких амперностей/длинных дуг — меньше даунтайма на смену.

Периферия (Peripherals)

Периферия — доп. оборудование, интегрируемое в робо-систему. Правильная периферия максимизирует производительность. Имеет upfront стоимость, но увеличивает ROI за счет производительности, жизни расходников, снижения дефектов.

Полезная периферия:

• Станция очистки сопла (Nozzle Cleaning Station): Реамер/сплэтер-клинер. Чистит сопло от грязи/сплэтера в рутинных проходах. Предотвращает потерю покрытия -> дефекты/переработка. Увеличивает жизнь расходников -> реже смены.
• Анти-сплэтер спреи (Anti-Spatter Sprayers): Увеличивает жизнь расходников анти-сплэтер соединением как барьером. Как станция очистки — предотвращает потерю покрытия, реже смены расходников.
• Резаки проволоки (Wire Cutters): Для дуговых роботов проволока должна выделяться при инициации дуги. Резак обрезает проволоку до заданной длины, убирая неконсистентность длины/качества. Надежные старты дуги, консистентные швы.
• Крепление руки (Arm Mount): Для сетанов с риском коллизии. Для роботов с детекцией коллизии — твердое крепление защищает оборудование, удерживая его пока робот детектит коллизию и гасится.
• Муфта (Clutch): Для роботов БЕЗ детекции коллизии. Муфта распознает физический удар коллизии, посылает электрический сигнал контроллеру -> стоп системы, предотвращая дальнейший ущерб.

Вся эта периферия помогает защите и повышению продуктивности роботизированного сварочного оборудования.

Кто должен управлять роботизированной сварочной единицей?

Роботизированная сварка требует постоянного надзора и ТО обученным оператором. Если в пуле талантов компании нет опыта роботизированной сварки — в интересе компании нанять фabrication компанию с сертифицированными операторами роботизированных ячеек.

Обученный техник максимизирует аптайм проекта, планируя и выполняя регулярное превентивное ТО системы. Минимизирует ненужный даунтайм, гарантирует плавную работу — все выгоды передаются вашему проекту.

Найм контрактного производителя с сертифицированными техниками роботизированной сварки может быть более costeffective. Очень мало компаний специализируются на роботизированной сварке, особенно в США, с высококвалифицированным профи-штатом, знающим, как работать с робо-ячейками для лучших результатов. Fairlawn Tool, Inc. — одна из таких компаний, дающая качественные роботизированные сварочные услуги AWS-сертифицированной сварочной командой.

В Fairlawn Tool, Inc. считаем роботизированную сварку неотъемлемой частью производства для снижения общих затрат клиентов, давая лучшее качество по низкой цене. Также гордо предлагаем ручную сварку для мелкосерийных и высококастомных коммерческих заказов. Часто ручную и роботизированную можно комбинировать для лучшего из обоих подходов. Гордимся консистентным качеством, какой бы велик ни был проект — каждый юнит превосходит ожидания.

Fairlawn Tool — полноцикловой контрактный производитель для всех ваших нужд металлообработки. Обрабатывая каждый этап инхаус из нашего завода в Мэриленде, гарантируем высший уровень качества по конкурентоспособной цене. Всегда рады ответить на вопросы и консультировать по лучшему подходу для вашей компании.

Свяжитесь сегодня для обсуждения ваших грядущих проектов металлообработки.