Роботизированная сварка: виды, возможности, тенденции

Современное промышленное производство активно внедряет автоматизированные технологии для повышения эффективности, качества и снижения себестоимости продукции. Одним из ключевых процессов в машиностроении, судостроении, автомобильной промышленности и других отраслях является сварка. Роботизированная сварка позволяет значительно ускорить производственные процессы, минимизировать человеческий фактор и обеспечить стабильно высокое качество соединений. Кроме того, это один из самых понятных процессов для заказчика. Именно поэтому автоматизация сварочных процессов является самой популярной задачей как на Российском рынке, так и на мировом.

В данной статье мы рассмотрим:

• основные виды роботизированной сварки, их преимущества и ограничения;
• материалы, которые можно эффективно сваривать с помощью промышленных роботов;
• факторы, влияющие на скорость сварки, и способы ее оптимизации;
• максимально достижимые скорости для разных технологий;
• влияние автоматизации на производительность;
• требования к заготовкам и кондукторам, обеспечивающие высокое качество сварных швов.

1. Виды сварки промышленным роботом

Дуговая сварка (MIG/MAG, TIG, MMA)

Наиболее распространенный метод в роботизированной сварке благодаря высокой скорости и универсальности.

• MIG/MAG(Metal Inert Gas / Metal Active Gas) – сварка плавящимся электродом в среде защитного газа (газ может быть как инертным, так и активным). В качестве защиты, как правило, используют аргон, CO₂ или их смеси. Основными преимуществами данного вида сварки являются высокая скорость (до 2,5 м/мин на тонких металлах при использовании CMT процесса), возможность сварки в различных пространственных положениях. Сварка относительно легко настраивается (для черных металлов), имеет относительно низкую стоимость в пересчете на метр сварного соединения в сравнении с другими видами роботизированной сварки.
• TIG (Tungsten Inert Gas) – сварка неплавящимся электродом в среде инертного газа (в основном аргон, гелий и т.д.). В качестве электрода выступает заточенный вольфрамовый стержень. Преимуществами данного вида сварки является высокое качество и эстетика сварного шва, минимум брызг, возможность сварки цветных и очень тонких металлов. Из недостатков данного вида сварки можно выделить более низкую скорость по сравнению с MIG/MAG, более дорогую цену метра сварного соединения, и более высокие требования к сварочной квалификации того, кто производит настройку.
• MMA(Ручная дуговая сварка штучным электродом) - редко автоматизируется в силу своих особенностей, но возможна в специализированных решениях для ремонта и сварки в труднодоступных, опасных местах.

Лазерная сварка

Для лазерной сварки используется концентрированный лазерный луч для локального нагрева. Позволяет сваривать широкий спектр материалов (не только металлы, но и полимеры). При сварке алюминия необходимо проектировать закрытую камеру. В силу своих свойств этот металл способен отражать лазерный луч непредсказуемым образом.

К преимуществам лазерной сварки можно отнести потрясающе высокую скорость (до 10 м\мин), минимальную зону термического влияния, возможность сварки разнородных металлов, достаточно простой процесс настройки.

Из минусов можно выделить достаточно дорогостоящее оборудование, в особенности для сварки толстостенного металла, и высокие требования к качеству заготовок.

Контактная (точечная) сварка

Применяется в автомобилестроении для соединения кузовных деталей. Для других задач применяется редко в силу своей стоимости при оснащении робота сварочными клещами. Если робот подносит деталь к машине контактной сварки – затраты на реализации подобного проекта в разы ниже. К плюсам данной сварки относится высокая скорость (до 60 точек в минуту), отсутствие расходных материалов и высокое качество сварного соединения. К недостаткам можно отнести высокую стоимость оборудования и необходимость использования роботов большой грузоподьемности (100+ кг).

Плазменная сварка

Аналог TIG, но с более высокой температурой дуги. Скорость сварки 0,3–1 м/мин. Обычно используется для сварки нержавеющей стали, алюминия, титана.

Гибридная лазерно-дуговая сварка

Достаточно новый вид сварки. Отличается высокой скоростью и повышенной глубиной провара. Используется в кораблестроительной и аэрокосмической промышленности.

2. Металлы для роботизированной сварки

• Низкоуглеродистые стали до 0,25% C.
• Высокоуглеродистые и легированные стали (требуется предварительный подогрев или специальная технология).
• Нержавеющая сталь
• Алюминий и его сплавы
• Медь
• Титан (только в инертной среде).
• Разнородные соединения (например, сталь + алюминий)

3. Факторы, влияющие на скорость сварки

Скорость сварки – один из важнейших параметров, определяющих производительность автоматизированных линий. В отличие от ручной сварки, где скорость зависит от квалификации оператора, роботизированные системы позволяют достигать высоких и стабильных скоростей благодаря точному управлению траекторией, силой тока, подачей проволоки и другими параметрами.

Технологические параметры

Геометрические факторы

Качество подготовки заготовок

4. Что дает роботизация сварки?

Внедрение роботизированной сварки – это не только увеличение скорости, но и снижение себестоимости, гибкость, повышение безопасности и стабильности производства. Автоматизация сварочных процессов приводит к радикальному изменению ключевых производственных показателей:

На прирост производительности напрямую влияет количество сварных соединений на детали и их протяженность. Чем выше суммарная длина сварных швов, тем ощутимее будет увеличение выпуска конечной продукции в сравнении с использованием сварщиков-людей.

Эффективность применения робота-сварщика так же растет существеннее с ростом веса заготовки. Оно и понятно, в некоторых случаях для кантования изделия человеку потребуется применение специальных средств, таких как кран-балка, что требует существенных затрат по времени. Робот, с помощью позиционера, поворачивает деталь практически мгновенно.

Исторический пример: с внедрением на автомобильных производствах промышленных роботов на сварочных операциях увеличило производительность по меньшей мере в 4 раза.

5. Как повысить эффективность применения роботов в сварке?

Для стабильно высокой скорости и качества на сварочных операциях с применением промышленных роботов-манипуляторов необходимо уделять особое внимание следующим аспектам:

Роботизированная сварка представляет собой эффективное и многообещающее решение для повышения производительности, качества и снижения себестоимости в различных отраслях промышленности, обладая широким спектром технологий.