Robotsko varjenje – vse, kar morate vedeti o tej sodobni in avtomatizirani metodi varjenja
Varjenje je postopek, pri katerem dva materiala spojimo skupaj s segrevanjem, mešanjem in nato ohlajanjem materialov in/ali polnila, da tvorimo močan spoj. Od obločnega do točkovnega varjenja se novi in rabljeni varilni roboti običajno uporabljajo v varilnih postopkih, kjer se zahtevani zvar ponavlja in sta kakovost in hitrost ključni. Robotsko varjenje je avtomatiziran proces, ki poveča učinkovitost, doslednost in donosnost naložbe.
Kaj je robotsko varjenje?
Robotsko varjenje je uporaba mehaniziranih programabilnih orodij (robotov), ki popolnoma avtomatizirajo varilni proces tako, da upravljajo z obdelovanci in poskrbijo za končen zvar. Postopki, kot je plinsko obločno varjenje, čeprav so pogosto avtomatizirani, niso nujno enakovredni robotskemu varjenju, saj človeški operater včasih pripravi materiale za varjenje.
Robotsko varjenje se običajno uporablja za uporovno točkovno varjenje in obločno varjenje v aplikacijah visoke proizvodnje, kot je avtomobilska industrija. Je razmeroma nova aplikacija robotike, čeprav so bili roboti prvič predstavljeni v ameriški industriji v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Uporaba robotov pri varjenju se je začela razvijati šele v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, ko je avtomobilska industrija začela obsežno uporabljati robote za točkovno varjenje.
Od takrat sta tako število robotov, ki se uporabljajo v industriji, kot tudi število njihovih aplikacij močno narasla. Leta 2005 je bilo v severnoameriški industriji v uporabi več kot 120.000 robotov, od tega približno polovica za varjenje. Rast omejujejo predvsem visoki stroški opreme in posledično omejitev na visokoproizvodne aplikacije.
Robotsko obločno varjenje je začelo hitro rasti šele pred kratkim in že obvladuje približno 20 % aplikacij industrijskih robotov. Glavni sestavni deli robotov za obločno varjenje sta manipulator ali mehanska enota (ki premika robota) in krmilnik, ki deluje kot “možgani” robota. Zaradi številnih prednosti robotskega varjenja se je izkazalo, da je to tehnologija, ki številnim proizvajalcem originalne opreme pomaga povečati natančnost, ponovljivost in pretočnost.
Varilna oprema za robotsko varjenje
Robotsko varjenje združuje varjenje, robotiko, senzorsko tehnologijo, krmilne sisteme in umetno inteligenco. Komponente vključujejo programsko opremo s posebnim programiranjem, varilno opremo, ki dovaja energijo iz varilnega vira energije obdelovancu, in robota, ki uporablja opremo za izvajanje varjenja.
Procesni senzorji robota merijo parametre varilnega procesa, njegovi geometrijski senzorji pa geometrijske parametre zvarov. S pridobivanjem in analiziranjem vhodnih informacij iz senzorjev krmilni sistem prilagodi izhod robotiziranega varilnega procesa glede na specifikacije varilnega postopka, opredeljene v programu. Glede na namen uporabe so roboti lahko robotske roke ali robotski portali. Običajno se uporabljajo šestosni industrijski roboti, ki obsegajo triosno spodnjo roko in triosno zapestje, saj omogočajo namestitev varilnega gorilnika na zapestje, da dosežejo vse položaje, potrebne za tridimenzionalno varjenje. Sistem mora biti integriran z robotom, varilna oprema pa mora biti združljiva z robotskim varjenjem in po možnosti posebej zasnovana zanj, ker lahko potem vse procese nadzoruje robot.
Kako deluje robotsko varjenje?
Pri uporabi robotov za kateri koli proces je treba metodo spremeniti, da se prilagodi avtomatizaciji. Enako velja za varjenje, pri katerem se uporablja več orodij, ki jih ni v ročnem ekvivalentu. Ljudje ne potrebujejo programiranja, kot ga potrebujejo robotski varilci.
Sam robot ima roko, ki se lahko premika v treh dimenzijah za premočrtne vrste in skozi več ravnin z zgibnimi različicami. Podajalnik žice pošlje polnilno žico robotu, saj jo potrebuje za varjenje. Gorilnik z visoko temperaturo na koncu roke tali kovino, da omogoči postopek varjenja. Ker temperature dosežejo več tisoč stopinj, so za ta proces ljudje varnejši z uporabo robotov. Certificirani človeški operaterji morajo še vedno ostati blizu robotov. Operaterji programirajo krmilnik z učnim obeskom. Ta naprava nastavlja nove programe, premika roko in spreminja parametre za proces. Za začetek varjenja, upravljavec uporablja gumbe na operacijskem polju.
Orodje v robotski roki se segreje, da stopi kovino in poveže želene kose. Po potrebi podajalnik žice dovaja več kovinske žice na roko in gorilnik. Ko čakate na naslednje dele za varjenje, roka premakne gorilnik k čistilniku, da očisti morebitne kovinske brizge z roke, ki bi se lahko strdile na mestu brez tega postopka. Ker je eden glavnih razlogov za uporabo robotskih varilnikov zaščita ljudi, imajo ti avtomatizirani sistemi več varnostnih funkcij. Zaščita obloka preprečuje, da bi se visoko vročinski oblok mešal s kisikom. Zaprti prostori ščitijo operaterje pred temperaturami in močno svetlobo.
Prednosti robotskega varjenja
Avtomatizacija tovarne z varilnimi roboti ima več prednosti, vključno s hitrejšimi, doslednimi časi ciklov, brez prekinitve proizvodnje in boljšo kakovostjo zvara. V bistvu z uporabo varilne robotske avtomatizacije postopek traja manj časa, proizvajalci pa lahko zmanjšajo stroške neposrednega dela in varnosti ter prihranijo materiale. Robotske varilne celice zagotavljajo še varnejše delovno okolje, saj močno zmanjšajo bleščanje obloka, prekomerno pršenje in neposreden stik z robotom in delom. Robotski varilec je bolj dosleden in se lahko hitro premika od enega zvara do drugega, kar pospeši celoten postopek.
Prihranek časa: robotski varilni sistemi bodo delo opravili hitro. Ne glede na to, ali imate nove ali rabljene varilne robote, povzročajo manj napak kot ročno varjenje. Za razliko od delavcev roboti ne potrebujejo odmorov, počitnic itd. Vaše delo se lahko nadaljuje brez prekinitev, 24/7. To pa bo povečalo vašo učinkovitost in produktivnost.
Zmanjšanje stroškov neposrednega dela in varnosti: stroški ročnega varjenja so lahko visoki. Zahteva čas, spretnost in koncentracijo. Je tudi nevarno. Zaradi hlapov, isker in vročine je ročno varjenje težko in nevarno delo. Z robotskim varjenjem boste zaščitili delavce in zmanjšali stroške. Ti sistemi prenesejo nevarnosti in pogosto povečajo proizvodnjo. Občutno se zmanjšajo tudi stroški zavarovanja in nezgodni stroški.
Varčevanje z materiali: tudi najbolj izurjeni varilci delajo napake. Pri novi in rabljeni varilni robotiki pa je vse regulirano, tudi moč in žica. Avtomatizirani rabljeni varilni robotski sistemi varčujejo z energijo z doslednim delovanjem (manj zagonov). Poleg tega so končni zvari bolj dosledni. Natančnost robotskih sistemov pomeni manj izgubljenega materiala in časa. Ohranite svoj material in hkrati povečajte kakovost izdelka!
Nekatera podjetja postopoma prehajajo na robotsko varjenje, začenši z eno samo varilno celico in počasi prehajajo na popolnoma avtomatiziran postopek varjenja. Roboti so lahko v pomoč, kadar je dostop do dela omejen ali težko dosegljiv. Proizvajalci so ustvarili modele, ki omogočajo, da vitka robotska roka doseže težje dostopna območja.
Omejitve
Ena od težav pri varjenju z roboti je, da kabli in cevi, ki se uporabljajo za tok in zrak itd., ponavadi omejujejo zmogljivost gibanja zapestja robota. Rešitev tega problema je nihalo, ki omogoča pretok stisnjenega zraka, hladilne vode, električnega toka in signalov znotraj ene same vrtljive enote. Vrtljiva enota omogoča tudi programiranje brez povezave, saj je mogoče vse kable in cevi napeljati po določenih poteh robotove roke.
Druge omejitve robotskega varjenja:
- Kompleksno programiranje za končnega uporabnika, uporabniku neprijazno, samo za strokovnjake
- Omejeni API-ji, zaradi česar je preprosta sprememba zapletena
- Vmesnik človek-stroj (HMI) v resnici ne deluje – sistemi zahtevajo prilagajanje in usposabljanje. Robotske varilne sisteme je težko prilagoditi
- Izzivi povezljivosti, pomanjkanje medsebojno povezljivih standardov
- Nadomešča človeško delo
- Tehnologija postaja zastarela
Robotski varilni procesi
Varjenje zahteva visoko stopnjo izobrazbe in spretnosti. Vendar pa število poklicnih varilcev ne zadovoljuje potreb industrije, saj jih danes močno primanjkuje. Roboti avtomatizirajo proces, kar zagotavlja večjo natančnost, manj odpadkov in hitrejše delovanje. S številnimi razpoložljivimi stroji se roboti prilagajajo najrazličnejšim varilnim postopkom, vključno z obločnim, uporovnim, točkovnim, TIG in drugimi.
1. Obločno varjenje
Ena najpogostejših vrst robotskega varjenja je obločni postopek. Pri tej metodi električni oblok ustvari izjemno vročino, ki stopi kovino. Staljena kovina povezuje dele skupaj in se po ohlajanju strdi v stabilno povezavo. Kadar projekt zahteva veliko količino natančno povezanih kovin, je obločno varjenje idealna aplikacija.
2. Uporovno varjenje
Ko projekti potrebujejo toplotno obdelavo ali način za znižanje stroškov, lahko roboti uporabijo uporovno varjenje. Med tem postopkom tok električne energije ustvari bazen staljene kovine, ko prehaja med dvema kovinskima podstavkoma. Ta staljena kovina se pridruži kosu skupaj iz kovine.
3. Točkovno varjenje
Nekateri materiali so odporni na električni tok, kar onemogoča druge oblike varjenja. Ta situacija se pogosto pojavlja v avtomobilski industriji pri sestavljanju delov karoserije avtomobila. Da bi rešili težavo, robotski varilci uporabljajo različico uporovnega varjenja, da povežejo par tankih kovinskih plošč na enem mestu.
4. TIG varjenje
Robotsko varjenje, ki zahteva visoko stopnjo natančnosti, lahko zahteva TIG varjenje. Ta metoda se imenuje tudi plinsko volframovo obločno varjenje ali GTAW. Med volframovo elektrodo in kovinsko osnovo poteka električni oblok.
5. MIG varjenje
Plinsko obločno varjenje, znano tudi kot GMAW ali MIG, je hitra in enostavna metoda, ki uporablja visoko stopnjo nanašanja. Žica se neprekinjeno premika do segrete konice varilca, ki stali žico, kar omogoča, da velika količina staljene kovine kaplja na podlago za povezavo podstavka z drugim kosom.
6. Lasersko varjenje
Ko varilni projekti zahtevajo natančnost za veliko količino delov, je lasersko varjenje prednostna metoda spajanja kovin. Majhni deli, kot so nakit ali medicinske komponente, pogosto uporabljajo lasersko varjenje.
7. Plazemsko varjenje
Plazemsko varjenje ponuja najpomembnejšo stopnjo prilagodljivosti, saj lahko operater enostavno spremeni hitrost plina, ki prehaja skozi šobo, in temperaturo.
Robotske aplikacije za varjenje
Robotsko varjenje je zaradi prihranka časa in visoke produktivnosti postalo pomembno v kovinski in težki industriji, predvsem pa v avtomobilski industriji, ki uporablja točkovno in lasersko varjenje.
Najbolj primerno je za kratke zvare z ukrivljenimi površinami in ponovljivimi, predvidljivimi dejanji, ki ne zahtevajo stalnih premikov in sprememb v procesu varjenja. S pomočjo zunanjih osi je robot primeren tudi za dolge zvare, na primer v ladjedelništvu. Čeprav se robotsko varjenje večinoma uporablja v masovni proizvodnji, kjer sta učinkovitost in količina bistvenega pomena, je mogoče izdelati programe, ki bodo ustrezali vsem potrebam, robotiko pa uporabiti za manjše in celo enkratne proizvodnje ob ohranjanju visoke stroškovne učinkovitosti.
Robotsko ali klasično ročno varjenje?
Ročno varjenje ima še vedno svoje mesto v sodobni proizvodnji. Za projekte, pri katerih potrebujete strokovnjaka za hitro spremembo uporabljenih stilov varjenja, bo ročno varjenje vaša najboljša izbira. Profesionalni varilec lahko takoj spremeni, kar počne, vendar se roboti ne prilagajajo tako hitro negotovim situacijam.
Ker ročno varjenje ostaja proces, ki ga mnoga podjetja še vedno potrebujejo, profesionalni varilci ne bodo kmalu izginili. Dejansko bodo ob zgoraj omenjenem pomanjkanju strokovnih varilcev tisti, ki imajo certifikat, zlahka našli delo, tudi če več podjetij vlaga v robote. Zamenjava ročnih varilcev z roboti ne bo izključila dejavnosti certificiranja. Večina operaterjev robotskih varilcev mora imeti certifikat na tem področju. Strokovnjaki za robotiko, ki poznajo varjenje, zagotavljajo, da če so projekti pravilno programirani, se končajo hitreje in stroškovno učinkovito.