20-тонный самоустанавливающийся аэродинамический сварочный роликовый вращатель
Самоустанавливающийся сварочный роторный аппарат с аэродинамическим профилем грузоподъемностью 20 тонн широко используется в таких отраслях, как изгот...
ПодробнееРоботизированная сварка В процессах используются программируемые роботизированные манипуляторы, оснащенные сварочными инструментами, для автоматического соединения металлических компонентов, что обеспечивает более быстрое время цикла, более стабильное качество сварки и более низкие долгосрочные трудозатраты, чем ручная сварка. От автомобильных сборочных линий до аэрокосмической промышленности роботизированная сварка стала основой современного производства. В этом руководстве объясняется, как работает каждый основной процесс, какие отрасли получают наибольшую выгоду и как выбрать правильную систему для вашей деятельности.
Роботизированная сварочная система состоит из роботизированной руки, источника сварочного тока, устройства подачи проволоки или системы подачи электродов и контроллера, который выполняет заранее запрограммированные траектории сварки с точностью до миллиметра. Робот следует по заданной траектории по заготовке, применяя тепло и присадочный материал в соответствии с точными параметрами — напряжением дуги, скоростью подачи проволоки, скоростью перемещения и потоком защитного газа — которые задаются на этапе программирования.
Современные системы роботизированной сварки объединяют несколько ключевых компонентов:
Шесть наиболее широко используемых процессов роботизированной сварки — это МИГ/GMAW, ТИГ/ГТАВ, точечная сварка, лазерная сварка, плазменная сварка и сварка трением с перемешиванием — каждый из них подходит для разных материалов, типов соединений и объемов производства.
Роботизированная сварка MIG — наиболее широко распространенный процесс роботизированной сварки в мире, на который приходится примерно 50–60% всех применений промышленной роботизированной сварки. При газовой дуговой сварке (GMAW) непрерывно подаваемый проволочный электрод плавится в сварочной ванне, а защитный газ — обычно смесь аргона и CO₂ — защищает расплавленный металл от атмосферных загрязнений.
Роботизированная сварка TIG обеспечивает высочайшее качество сварного шва и эстетичный внешний вид по сравнению с любым дуговым процессом, что делает ее незаменимой для прецизионных применений в аэрокосмической и медицинской промышленности. При газовой вольфрамовой дуговой сварке (GTAW) для создания дуги используется неплавящийся вольфрамовый электрод, при необходимости присадочная проволока добавляется отдельно.
Роботизированная точечная сварка является доминирующим процессом в производстве кузовов автомобилей: на один кузов автомобиля требуется от 3000 до 5000 отдельных точечных сварных швов. Точечная сварка сопротивлением (RSW) зажимает два перекрывающихся металлических листа между медными электродами и пропускает через материал электрический ток большой силы, генерируя локализованное тепло, которое сплавляет листы в отдельных точках.
Роботизированная лазерная сварка обеспечивает самые высокие скорости перемещения и наименьшие зоны термического влияния среди всех процессов сварки плавлением со скоростью перемещения до 10 метров в минуту при работе с тонкими листами. Сфокусированный лазерный луч — обычно от источника волоконного лазера мощностью 1–20 кВт — расплавляет основной металл с предельной точностью, не требуя контакта с заготовкой.
Роботизированная плазменная сварка устраняет разрыв между TIG и лазерной сваркой, обеспечивая более глубокое проплавление, чем TIG, и на более высоких скоростях, оставаясь при этом более доступным, чем лазерные системы. Суженная плазменная дуга достигает температуры, превышающей 20 000°C, что позволяет сваривать более толстые секции за один проход.
Роботизированная сварка трением с перемешиванием — это процесс в твердом состоянии, при котором металлы соединяются при температуре ниже их температуры плавления, что делает его предпочтительным методом сварки алюминиевых сплавов, которые трудно плавить обычными дуговыми процессами. Вращающийся штифт инструмента погружается в линию соединения и перемещается вдоль шва, генерируя тепло трения, которое пластифицирует, но не плавит, основной материал.
Выбор правильного процесса роботизированной сварки требует согласования характеристик процесса с типом вашего материала, конфигурацией соединения, требованиями к качеству и объемом производства.
| Процесс | Материалы | Скорость | Качество сварки | Стоимость установки | Лучшее приложение |
| MIG/GMAW | Сталь, алюминий, нержавеющая сталь | Высокий | Хорошо | Низкий–средний | Общее изготовление |
| TIG/GTAW | Все металлы | Низкий–средний | Отлично | Средний | Аэрокосмическая, медицинская |
| Точечная сварка | Листовой металл | Очень высокий | Хорошо | Средний | Автомобильные кузова |
| Лазер | Все металлы | Очень высокий | Отлично | Высокий | Аккумуляторы для электромобилей, электроника |
| Плазма | Сталь, Ти, Нержавеющая сталь | Средний–High | Очень хорошо | Средний–High | Трубы, сосуды под давлением |
| Трение Перемешивание | Алюминий, медь | Средний | Отлично | Высокий | Аэрокосмическая промышленность, лотки для электромобилей |
Таблица 1. Сравнение основных процессов роботизированной сварки по совместимости материалов, скорости, качеству и стоимости.
Роботизированная сварка неизменно превосходит ручную сварку по производительности, повторяемости и совокупной стоимости владения, особенно в условиях крупносерийного производства, где стабильность имеет решающее значение.
Роботизированный сварочный аппарат MIG обычно работает при 50–80 % времени горения дуги по сравнению с 20–30 % у квалифицированного сварщика, работающего вручную, что эффективно увеличивает чистую производительность сварки в три раза за смену. Роботы не делают перерывов, не устают и не замедляют работу к концу смены. На автомобильном заводе, работающем в три смены, одна роботизированная ячейка может производить то, что потребовало бы 6–9 ручных сварщиков.
Роботизированные сварочные системы поддерживают допуски параметров сварного шва в пределах ±1–2% для тысяч последовательных сварных швов — уровень постоянства, который ни один сварщик-человек не может поддерживать в течение всей производственной смены. Это напрямую приводит к меньшему количеству дефектов, снижению процента брака и снижению затрат на доработку. Многие производители сообщают о снижении количества дефектов на 30–50% после перехода от ручной сварки к роботизированной.
Удаление рабочих от прямого воздействия дуги снижает частоту вдыхания сварочного дыма, травм глаз от ударов УФ-дуги и ожогов — одних из наиболее распространенных профессиональных травм на производстве. По оценкам Международной организации труда, профессиональные заболевания, связанные со сваркой, ежегодно поражают сотни тысяч рабочих во всем мире. Роботизированные сварочные камеры, оснащенные системой удаления дыма и защитным ограждением, значительно снижают эти риски.
Хотя роботизированные сварочные ячейки требуют значительных первоначальных инвестиций — обычно 80 000–250 000 долларов США на ячейку в зависимости от процесса и периферийных устройств, — периоды окупаемости в больших объемах обычно составляют 12–36 месяцев. Если принять во внимание рабочую силу, расходные материалы, лом и доработку, роботизированная сварка обычно снижает стоимость сварки каждой детали на 25–45% в течение 5 лет.
| Фактор | Роботизированная сварка | Ручная сварка |
| Время включения дуги | 50–80% | 20–30% |
| Повторяемость сварных швов | ±0,1–0,5 мм | ±1–3 мм |
| Уровень дефектов | Очень низкий (0,1–1%) | Низкий–средний (2–8%) |
| Настройка/переключение | Часы (перепрограммирование) | Минуты |
| Первоначальные инвестиции | 80 000–250 000 долларов США | 5000–30 000 долларов США |
| Долгосрочная стоимость | Нижний | Высокийer (labor-intensive) |
| Гибкость | Средний (programmable) | Высокий (adaptive) |
| Безопасность работников Risk | Низкий | Средний–High |
| Лучший том | Высокий (1,000 parts/run) | Низкий–средний (1–500 parts) |
Таблица 2. Роботизированная сварка по сравнению с ручной сваркой по ключевым показателям производительности, стоимости и гибкости.
Практически каждый крупный производственный сектор в настоящее время использует процессы роботизированной сварки, но наибольшая концентрация внедрения роботизированной сварки приходится на автомобильную, аэрокосмическую, строительную технику и бытовую электронику.
Автомобильная промышленность является крупнейшим пользователем роботизированной сварки: по оценкам, 30–40% всех промышленных роботов, используемых во всем мире, выполняют сварочные задачи в производстве автомобилей. Линии кузова в белом используют сотни роботизированных ячеек точечной сварки для сборки дверных панелей, днищ пола, рейлингов на крыше и стоек. Выхлопные системы, топливные баки и компоненты шасси обычно соединяются с помощью роботизированной MIG или лазерной сварки.
Аэрокосмическая промышленность требует самых высоких стандартов качества сварки, поэтому роботизированная сварка TIG, плазменная сварка и сварка трением с перемешиванием являются доминирующими процессами для структурных компонентов планера. Роботизированная FSW используется для соединения алюминиевых панелей фюзеляжа и обшивки крыла, а роботизированная TIG обрабатывает титановые компоненты двигателя и узлы гидравлических линий.
Стрелы экскаваторов, ковши погрузчиков, стрелы кранов и рамы из конструкционной стали обычно изготавливаются с использованием роботизированной сварки MIG из-за необходимости использования толстых листов и больших объемов производства. Роботизированная сварка в этом секторе снижает физическую нагрузку на сварщиков, работающих с тяжелыми компонентами, и повышает стабильность сварных швов длинных конструкций, которые сложно выполнить вручную.
Быстрый рост электромобилей сделал роботизированную лазерную сварку незаменимой для сварки выступов аккумуляторных элементов, сборки модулей и изготовления аккумуляторных лотков. Аккумуляторные батареи электромобилей могут содержать тысячи отдельных лазерных сварных швов, каждая из которых должна соответствовать строгим стандартам герметичности и проводимости, что является недостижимой целью для масштабных ручных процессов.
Выбор правильного процесса роботизированной сварки требует оценки пяти ключевых факторов: типа и толщины основного материала, конструкции соединения, требуемого стандарта качества сварки, годового объема производства и доступного капитального бюджета.
Следующее поколение процессов роботизированной сварки формируется за счет искусственного интеллекта, совместной робототехники и адаптивных систем управления в реальном времени, которые делают автоматизацию доступной для мелких производителей.
Роботизированная сварка MIG (GMAW) — наиболее часто используемый процесс роботизированной сварки, на который приходится большая часть всей промышленной роботизированной сварки в мире. Сочетание скорости, универсальности материалов, низкой стоимости расходных материалов и простоты программирования делает его выбором по умолчанию для большинства новых роботизированных сварочных установок в общем производстве и автомобилестроении.
Время программирования роботизированной сварочной ячейки варьируется от нескольких часов для простых деталей с короткими путями сварки до нескольких недель для сложных многопроходных сборок с десятками сварных соединений. Программное обеспечение для автономного программирования может сократить время программирования на роботе на 50–70 %, позволяя инженерам моделировать и уточнять траектории сварки на цифровой модели перед развертыванием.
Основными ограничениями роботизированной сварки являются высокие первоначальные капитальные затраты, ограниченная гибкость при производстве небольших объемов или очень разнообразных деталей, а также необходимость постоянного качества подгонки деталей. Роботы превосходно справляются с повторяющимися задачами, связанными с однородными деталями, но испытывают трудности с адаптивным принятием решений, которые опытные сварщики применяют при работе с нерегулярными зазорами, деформированными приспособлениями или необычными конфигурациями соединений. Системы отслеживания швов и искусственного интеллекта постепенно сокращают этот разрыв.
Да, системы совместной роботизированной сварки и программное обеспечение для автономного программирования сделали роботизированную сварку экономически выгодной для партий размером всего 25–50 деталей. Сварочные системы Cobot с обучающими подвесными интерфейсами или планшетными интерфейсами программирования позволяют операторам, не имеющим традиционных навыков программирования роботов, создавать новые рабочие места менее чем за час, что делает их практичными для мастерских и изготовителей по индивидуальному заказу.
Роботизированные сварочные системы по-прежнему должны производить сварные швы, соответствующие тем же стандартам AWS, ASME, ISO или индивидуальным стандартам, которые требуются для ручной сварки — робот не сертифицирует сварной шов автоматически. Тем не менее, возможности согласованности и регистрации данных роботизированных систем значительно облегчают демонстрацию управления процессом во время проверок качества и квалификационных испытаний процедур сварки.
Роботизированные сварочные системы требуют регулярного обслуживания расходных материалов сварочной горелки (контактные наконечники, сопла, вкладыши), периодической смазки и проверки соединений манипуляторов робота, а также калибровки TCP (центральной точки инструмента) для поддержания точности позиционирования. Для большинства систем плановые интервалы технического обслуживания составляют 500–1000 часов работы. Правильные программы профилактического обслуживания могут продлить срок службы манипулятора робота до 10–15 лет.
Роботизированная сварка меняет, а не устраняет роль человека-сварщика, смещая спрос в сторону должностей с более высокой квалификацией, таких как программисты роботов, инженеры-сварщики и специалисты по автоматизации. Многие производители сообщают, что роботизированная сварка позволила им перенаправить опытных сварщиков на сложные, нестандартные или ремонтные работы, с которыми роботы пока не могут эффективно справиться. На рынках, испытывающих нехватку квалифицированных сварщиков, роботизированная сварка становится все более необходимостью, а не предпочтением.
Процессы роботизированной сварки коренным образом изменили качество, скорость и экономику производства практически во всех металлоемких отраслях. Независимо от того, оцениваете ли вы сварку MIG для производителя металлоконструкций, лазерную сварку для производителя аккумуляторов для электромобилей или сварку TIG для поставщика аэрокосмической отрасли, основной принцип остается тем же: соответствие процесса условиям применения обеспечивает наилучшее качество сварки при минимальной стоимости детали.
Поскольку отслеживание швов на основе искусственного интеллекта, коллаборативные роботы и инструменты автономного программирования снижают барьеры для входа, роботизированная сварка больше не является исключительной прерогативой крупных производителей автомобилей. Для любого предприятия, производящего более нескольких сотен деталей в год с повторяемой геометрией, инвестиции в правильный процесс роботизированной сварки являются одним из самых высокодоходных решений, доступных в современном производстве.
Контент