На каких современных производствах широко применяется роботизированная точечная сварка кратко

Обновлено: 02.07.2024

Сварочные роботы позволяют автоматически создавать металлические конструкции любой сложности: от велосипедной рамы до целого моста. Разнообразие моделей и возможность написать любое ПО для них способствуют тонкой кастомизации устройств под самые сложные проекты. В этой статье мы рассказываем о применении и возможностях роботов для автоматической сварки.

Автоматизация осуществляется ещё и с помощью 3D-печати. Принтеры сильно экономят время и затраты на рабочую силу. Активное применение этой технологии уже внедрено в работу американских и европейских производств.

Производителей робототехники слишком много, чтобы рассмотреть их всех в этой статье, так что упомянем лишь некоторых, самых известных: FANUC (Япония), KUKA (Германия), Hanwha (Южная Корея); также на рынке закрепляются производители коботов (co-bot — коллаборативный робот, спроектированный для работы с человеком), которые также могут быть модифицированы и применены для сварочных работ, такие как Universal Robots (Дания) и UFactory (Китай).

Как работает сварочный робот

Принцип работы устройств зависит от их типа, но всех роботов объединяет похожее строение.

Основу механизма составляет “рука” — нескольких металлических балок, соединённых с помощью подвижных элементов. На конце манипулятора находится рабочая головка, которая и осуществляет сварку.

Рука подвижна — чем больше на ней “суставов”, тем более сложную работу она способна выполнять. К устройству крепится оптический наводчик, позволяющий точно выбирать место для наложения шва.

Робот подключен к пульту управления, в котором установлено соответствующее ПО. Оно пишется для каждого проекта отдельно, что позволяет тонко кастомизировать возможности машины.

Виды сварочных роботов

Лазерные

Лазерная сварка применяется во многих областях: от автомобилестроения до конструирования космических кораблей. Её используют для создания деталей среднего и крупного размера.

Во время сварки лазер нагревает материал до температуры плавления. Луч фокусируется с помощью оптики и во время движения по прямой создаётся сварной шов. Для защиты от окисления используется инертный газ, обычно аргон.

Лазерная технология сочетается с другими видами соединения: точечной сваркой, склейкой и герметизацией.

Преимущества лазерной сварки:

Небольшие затраты, благодаря большой скорости соединения и высокому КПД;
Надежность — металл не подвергается ударам, не деформируется и не трескается;
Большая глубина шва при незначительной ширине.

Дуговые

Дуговой сварочный робот. Фото fanuc.eu.

Дуговая сварка — это обобщённый термин, включающий в себя такие методы, как MIG, TIG, MMA и другие. Во время работы устройства между электродом и металлом образуется электрическая дуга, которая расплавляет материал заготовки на свариваемых краях. Электрод может быть нерасходуемым и расходуемым. Во втором случае он плавится вместе с материалом и образует сварной шов.

Наиболее популярным методом дуговой нерасходуемой сварки является TIG с вольфрамовым электродом. Поскольку элемент не расплавляется, для защиты металла от окисления используют инертный газ, обычно аргон.

Главная проблема таких роботов — ПО, способное заставить машину правильно выполнить соединение деталей. Лучшие дуговые машины выпускают Kuka, Fanuc, Hanwha.

Точечные

Роботизированная точечная сварка — это самый распространённый вид контактной сварки Он применяется в производстве большинства металлических изделий.

Чаще всего роботы осуществляющие точечную сварку применяются в автомобильной промышленности, для соединения нескольких металлических листов. Но и в других отраслях такие машины востребованы.

Автоматизация точечной сварки — это быстрое, простое и недорогое решение. Роботы позволяют сэкономить на рабочей силе и времени производства.

Роботов для точечной сварки выпускают Kuka, Fanuc, Universal Robots и др.

Газовые

Преимуществом такого вида сварки является быстрое схватывание материала. Во время работы устройства газ непрерывно подаётся к сварочному наконечнику. Получается пламя, которое и служит источником нагрева. Металл раскаляется до температуры 2500-3000 градусов.

Газовая сварка — один из самых популярных видов соединения металлов в промышленности. Она легко интегрируется в роботизированные системы, поэтому автоматические устройства уже давно вошли в массовое производство. Благодаря роботам этот тип сварки — самый быстрый из существующих.

Сварочные роботы способны действовать в любом положении, что добавляет процессу гибкости. В современных устройствах есть защита от вредных паров, сварные швы обладают большой прочностью, а КПД машины позволяет извлекать из нее максимум пользы.

Плазменные

Технологии плазменной сварки применяются для сложных соединений. Благодаря высоким температурам сварка происходит практически мгновенно.

Роботизированная плазменная сварка (PAW) похожа на технологию TIG. Для работы используется сжатый ионизированный газ, проходящий через медное сопло. Тем самым достигается максимальная температура, позволяющая добиться минимального поперечного сечения сварного шва. Для плазменной сварки обычно используется тот же нерасходуемый вольфрам, что и для дуговой.

Роботы обеспечивают большую гибкость работы благодаря возможности настроить скорость и температуру.

Реальные примеры использования сварочных роботов

Мост, изготовленный с помощью сварочных роботов и 3D-печати

В течение трёх лет голландская компания MX3D работает над созданием самого необычного стального пешеходного моста в мире. Его каркас выполнен в виде скрученных металлических балок, создающих футуристический стиль. У конструкции будет реальное применение — её установят над каналом в Амстердаме.

Но самое интересное, что мост создаётся только с помощью сварочных роботов. Разработчики взяли аппараты, обычно применяемые в автомобильной промышленности и работающие на технологии дуговой сварки MIG.

В изготовлении используется метод 3D-печати. Программное обеспечение позволяет наращивать новые слои металла сложной формы по уже готовым макетам.

Первоначально планировалось установить роботов прямо над каналом и печатать мост на месте. Но, из-за сложности с реализацией, конструкция создается в мастерской.

Длина готового моста составляет 12,5 метров, на его создание ушло шесть месяцев. На печать затрачено 4500 кг нержавеющей стали и 1100 км проволоки. В 2019 году разработчики планируют ввести изделие в эксплуатацию.

Велосипед, напечатанный на 3D-принтере

Ещё один необычный пример использования сварочных роботов — велосипед из нержавеющей стали, сделанный с помощью 3D-технологий.

Это не первый байк, который изготавливается автоматическими системами. Раньше рамы делались на основе лазерной сварки из уже готовых компонентов. Этот же студенческий проект предусматривает использование 3D-печати вместе с роботизированной сварочной системой.

Робот создаёт шарик расплавленного металла, затем добавляет еще один поверх него, как только тот затвердеет. Таким образом появляются балки, которые свариваются, и получается рама.

Конечный продукт, под названием Arc Bicycle, весит примерно столько же, сколько обычный велосипед со стальной рамой, и вполне способен ездить по бездорожью.

Мини-робот от Kuka — один из самых маленьких и производительных аппаратов для автоматической сварки

Компактный размер этой модели позволит сэкономить рабочую площадь. Фото maschinenmarkt.vogel.de

Компания Kuka выпустила один из самых небольших стационарных сварочных роботов — WTG 1200. Размеры его рабочей ячейки всего 1200x800 мм — это самый маленький автоматический сварочный аппарат с технологией дуговой сварки.

Грузоподъёмность устройства — 6 кг, при этом оно оптимизировано для работы на особо высоких скоростях. Управление осуществляется с помощью пульта, можно включить автоматический или ручной режим.

Разработчики реализовали защиту для работников. Пока двери в камеру хранения материалов открыты, машина не запустится.

Устройство уже внедрено на различные производства. Как показала практика, с помощью этого робота производительность увеличилась до 50% благодаря высокой скорости работы системы.

Hyundai использует сварочных роботов в производстве кораблей

Hyundai Heavy Industries (HHI), одна из крупнейших судостроительных компании в мире, разработала миниатюрный сварочный робот для своих сотрудников. Устройство можно возить с собой, а потом прикрепить его к кораблю с помощью магнитов. Маленький робот увеличивает производительность труда в два-три раза.

Устройство весит всего 15 кг, высота — 15 см, длина — 50 см. Рабочая “рука” состоит из шести суставов, делающих её такой же подвижной, как и у человека. Устройство способно функционировать непрерывно, тем самым его производительность намного больше, чем у человека.

Небольшие размеры дают преимущество не только в транспортировке. Робот способен добраться до труднодоступных мест, где человек работать неспособен. HHI применяется не только в судостроении, но и в обслуживании морских нефтяных вышек. Поэтому робот получил несколько видов ПО, позволяющих ему выполнять различные действия на морских строительных площадках: резку стали, взрывные и покрасочные работы.

К тому же производительность увеличивается как минимум вдвое, так как один работник может одновременно контролировать двух-трех роботов.

Перспектива

Специалисты обещают, что сварочные роботы будут управляться с помощью мысли.

Учёные и инженеры планируют максимально автоматизировать процесс сварки. Уже сейчас разрабатывается технология, позволяющая управлять сварочным роботом силой мысли. Это возможно благодаря использованию нейроинтерфейса работающего по принципу энцефалографа.

Разработчики ставят задачу обезопасить процесс работы со сварочными роботами и ускорить создание металлических конструкций. Благодаря ЭЭГ человек будет находиться вдали от опасного производства, в связи с чем риск получить травму минимальный. Также увеличится скорость управления машинами, соответственно, вырастет КПД.

По словам разработчиков, объединение умов человека и машины позволит максимально эффективно использовать роботов для создания сложных конструкций. Машину не придётся программировать, что сильно сократит время на подготовку к работе — процесс будет осуществлять в реальном времени, с помощью мысли.

К человеку прикрепляются датчики ЭЭГ. Когда пользователь просматривает на экране компьютера фотографии соединений, которые потенциально могут быть сварены, программа распознаёт намерение, анализируя реакцию на нужный результат.

Пока технология испытывалась только в лаборатории, но в ближайшее время разработчики хотят внедрить её в промышленное производство для тестирования. Создатели утверждают, что их наработки помогут существенно снизить стоимость создания деталей с помощью роботов, особенно небольших партий. Из-за необходимости написания программ создание штучных продуктов неоправданно дорого. Использование живого оператора сократит стоимость процесса в десятки раз.

В будущем разработчики будут усложнять технологию, чтобы роботы могли создавать сложные конструкции без написания специализированного ПО.

Будущее автоматизированной сварки

Как показывают примеры, роботизация идёт полным ходом. Автоматические устройства уже давно стали неотъемлемой частью на производствах, а с появлением 3D-печати и новых ПО их возможности ограничиваются только человеческой фантазией.

Успехи энтузиастов и крупных компаний позволят уже в ближайшее время производить сложные конструкции с помощью автоматических систем. А это удешевит разработку, что скажется и на конечной цене.

Уже сейчас роботы используются в автомобильной промышленности, самолётостроении, в корабельной и космической отраслях.

Такие технологии, как управление системой с помощью мысли, будучи внедрёнными в массовое пользование, позволят создавать дешёвые детали для любых отраслей. Поэтому роботизированная сварка, ещё и дополненная 3D-печатью, скоро станет стандартом в работе с металлом.

Выбрать оборудование для автоматизации производства, в том числе сварочных роботов, получить исчерпывающую консультацию и сервис вы можете в Top 3D Shop.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами Роботизации и Автоматизации со всех уголков мира:

Роботизированная сварка с каждым годом становится все более популярной и востребованной во всех областях промышленности. Связан такой успех прежде всего с тем, что специализированное оборудование способно заметно уменьшить временные затраты, а также финансовые на производство тех или иных изделий. Роботы, программируемые человеком, уверенно заменяют сварщиков и отлично справляются с поставленными перед ними задачами. Незаменимы умные машины и на конвейерных производствах, где присутствуют сварочные операции. Поэтому стоит рассмотреть подробнее суть и применение роботизированной сварки.

Суть и особенности использования роботизированной сварки

Сегодня человечество активно пытается автоматизировать все производственные процессы. Не стала исключением и сварка. Специальные роботы способны работать на конвейерах без перерыва часами, делая работу предприятия в разы эффективнее. Примечательно, что большинству современных моделей абсолютно не страшны просадки сети и перебои напряжения, они все также отлично функционируют в любых условиях.

На рынке представлено огромное количество сварочных роботов, созданных для решения различного типа задач. Абсолютно все модели поддерживают возможность перепрограммирования, благодаря чему настройка оборудования занимает минимум времени. При этом роботы выполняют ровные швы значительно быстрее человека, работают без перерывов и ошибок.

До того, как запустить робота в работу, специалист определяет основные параметры сварки. Затем он задает координаты, по которым должно происходить движение горелки. В отличие от классических аппаратов автоматической сварки роботы движется именно по ним, а не по заданному направляющими шаблону.

Основные преимущества и недостатки роботизированной сварки

Применение роботов в сварочных цехах вызывает среди специалистов жаркие споры. У одних такие перспективы вызывают вполне здоровый оптимизм. Другие же наоборот не торопятся доверять умным машинам и предпочитают, чтобы на производстве работали люди. И одну, и вторую позицию можно понять. Все новое вызывает массу интереса и недоверия. Поэтому мы просто честно расскажем обо всех недостатках и преимуществах сварочных роботов.

Среди неоспоримых достоинств роботизированной сварки обязательно нужно выделить:

Роботизированная сварка – это разновидность автоматизированного процесса, характеризующаяся высокой точностью. Программируемые роботы заменяют сварщиков, увеличивают производительность работ в десятки раз. Сварочный робот – обязательная часть конвейерного производства, где есть сварочные операции. Например, при сборке машин, бытовой техники, оборудования.

Суть и применение роботизированной сварки

С помощью роботов металл сваривают и режут, чаще используют точечную, электродуговую, аргоновую сварку, допустимо формирование сварного соединения с использованием флюса. Манипуляторы создают равномерный шовный валик, механизация исключает человеческий фактор, не нужно следить за ванной расплава, дуга в несколько миллиметров поддерживается в автоматическом режиме. На прокладку не влияет позиция захвата заготовок, отклонение захвата не превышает 5 мм.

Сварочные роботы применят при сборке машин, бытовой техники, оборудования. Очень часто с их помощью не только сваривают, но и режут металл.

Устройство сварочных роботов

Автоматизированное устройство – это аппарат, установленный на прочную основу с шарнирным поворотным механизмом. Корпус свободно вращается вокруг оси. Робот для сварки оснащен:

источником тока;
преобразователем вольт-амперных характеристик;
подающим устройством.

До запуска оборудование настраивается, определяются параметры сварки. Задаются координаты передвижения робота-сварщика, чтобы его действия ограничивались расположением инструмента. Работа производится автоматически, без участия оператора. Возможно создание криволинейных швов любой сложности. Движение сварочного робота запрограммировано, горелка движется по заданной траектории, а не по шаблону, как в автомате.

В конструкции простейшего оборудования манипулятор поднимает до 25 кг веса, для каждого типа сварки разработана индивидуальная программа. Некоторые доукомплектовывают роботов-сварщиков обучающими брошюрами, видеоуроками. Добавляют специальные держатели для фиксации заготовок в определенном положении. Электронику можно настроить на подготовительные работы, он будет зачищать металл, обезжиривать, производить другие манипуляции.

Преимущества и недостатки

Роботизация сварки оптимизирует технологический процесс, роботизированные автоматы заменили сварщиков. Преимущества автоматизации работ:

повышается качество соединений;
однотипные операции выполняются с одинаковой скоростью (человек на такое не способен);
оборудование перенастраивается в процессе работы в считанные минуты;
уменьшается процент брака;
поддерживается стабильное горение дуги, сохраняется интервал между заготовкой и электродом;
длительность работы намного выше;
расходы на оборудование быстро окупаются за счет исключения ручного труда, повышения производительности;
расходы на техническое обслуживание несоизмеримо меньше фонда зарплаты сварщиков с обязательными отчислениями;
оператор, настраивающий технику, действует по переделенным алгоритмам, не требующим специальных знаний, его недолго обучать;
безопасность – нет термического и лучевого воздействия на людей;
экономический эффект;
не нужна система контроля, эту функцию выполняет компьютер.

Теперь о недостатках, они тоже имеются:

высокая стоимость роботов;
повторяемость операций, потесано автоматику перенастраивать не будешь, роботы-сварщики используются только на конвейерной сборке, серийном производстве;
качество сварных работ зависит от опыта оператора, умения настраивать оборудование.

Разновидности сварочных роботов

Разработаны и выпускаются роботизированные модели для сварки:

плавящимся электродом;
сварной проволокой;
вольфрамовыми и графитовыми стержнями;
контактными медесодержащими электродами (точечная сварка);
плазмой;
лазером.

Некоторые производители наладили выпуск гибридных модификаций. Основные различия роботов сварочных:

Промышленных роботов для сварки выпускают многие производители:

в Японии, марки Fanuc AM-0iA надежные;
немецкий агрегат Kuka KR5 – оптимальный вариант соотношения цены и качества;
оборудование OTC (Almega AII-B4) популярно на сборочных конвейерах автоконцернов;
модель Motoman EA 1400N гибридная.

Электронные аппараты производят:

предварительную разметку металла;
занимаются зачисткой поверхности;
снимают фаски под нужным углом;
позиционируют стык с точностью до микрон;
формируют шов по заданной траектории.

Узлы вращения обеспечивают разнонаправленное движение манипулятора и опорной платформы.

Настройка оборудования

Сварочные роботы предусматривают этапы настройки роботизированного оборудования:

Первые две настройки проводятся обязательно после подключения роботизированного сварочного оборудования к сети, чтобы правильно его установить.

Предварительная калибровка по умолчанию. Проводится операторами завода-изготовителя. Сварочные порты и зажимные механизмы при взаимодействии калибруют до микрон.

Размещение роботизированного сварочного комплекса

При установке роботизированного сварочного комплекса на рабочую позицию соблюдают ряд правил:

толщина бетонного пола не менее 30 см;
неровности поверхности больше 5 мм не допустимы;
фиксация производится съемными анкерными болтами, исключающими сдвиг при вибрации;
рабочая зона ограждается сигнальной лентой или переносными желтыми заборными панелями;
размер охранной зоны не менее 1,5 метра;
предусматривается подключение воздушного провода для охлаждения соединения;
электропроводка укладывается в металлические кабель-каналы.

Программное обеспечение настраивается только после позиционной установки робота.

Любое крупное по масштабам производство невозможно без сварочного робота. Перспективы его использования очень велики: от использования в автомобильных сварочных работах, заканчивая конвейерным производством серийных изделий.

Особенностью является отсутствие потребностей, свойственных человеку – перерыва между работой, заработной платы и отпусков.

Отсутствие человеческого фактора – это не единственный аргумент в пользу сварочных роботов. Бесперебойная работа машин многократно продуктивность.

Статья кратко и информативно рассказывает о сварочных роботах, об их положительных и не очень сторонах использования их в производстве.

Сварочные роботы – общие сведения

Сварка с использованием роботов – вид сварки, основной характеристикой которого выделяется его автоматизированность. На производстве используются специально запрограммированные сварочные роботы, призванные заменить работу людей-сварщиков.

Крупные предприятия с конвейерным производством используют такой метод сварки.

Роботы разных производителей заметно отличаются – для продвижения своего продукта крупные производители сварок внедряют функции собственного патента.

Данной отрасли производства характерен высокий уровень конкуренции, что заставляет создателей машин внедрять в проекты полезные и упрощающие производство функции.

Каждый производитель старается захватить функциональными машинами все сегменты рынка, в том числе и бюджетный. Компания Fanuc из Японии, например, известна своей моделью Am-0iA, лидер европейского сегмента Kuka – моделью KR5.

Более известные бренды вроде Panasonic имеют в своём производстве модель TA1400G2, которая активно используется на предприятиях отечественных производителей. Также отметим компанию Motoman и модель EA 1400N, о которой достаточно хорошо отзываются.

Нечто особенное о роботизированной сварке

Основная черта большинства роботов для сварки – применение компонентов с большим ресурсом работы.

Использование передовых разработок, совершенствование электросхем позволяет роботам работать даже при нестабильной ситуации на производстве, вроде неполадок с электричеством или скачущим напряжением в сети.

Основными компонентами простейшего сварочного робота являются:

Параметры сварки и требуемые детали настраиваются с помощью управляющего пульта, который присвоено собственное программное обеспечение, разновидность которого зависит от типа сварки.

Комплектация сварочных машин отличается, но часто в ней присутствуют держатели, с помощью которых робот проводит позиционирование и фиксацию детали во время сварочных работ.

В доступных функциях робота так же есть зачистка металла, резка металла и снятие фасок, что делает возможным выполнять подготовительные операции без человеческой помощи.

В способностях машин есть возможность выполнить любой тип сварочных работ или резки. Из основных видов сварки машина справляется с точечной, электродуговой и аргонодуговой, в том числе с использованием флюса.

Использование робота несёт низкий уровень риска ухудшения здоровья оператора и других рабочих т.к. полностью исключает их из процесса сварки. Мы рассмотрим светлые и тёмные стороны использования сварочных роботов.

Светлые и тёмные стороны использования роботов

Один из основных плюсов роботизированной сварки– машина делает однотипную работу раз за разом и не теряет при этом в качестве, делает внушающие доверие швы и способна перенастроиться посреди выполняемого задания. Это отличает его работу от человеческой – человеку достаточно трудно заниматься монотонным однотипным трудом весь рабочий день.
Вторым достоинством является выгода от перехода к роботизированной металлосварке. Роботы стоят достаточно дорого, но за счет высокой производительности работы они быстро окупаются. Предприятию достаточно проводить лишь техническое обслуживание машины, в отличие от сотрудника, которому необходимо выплачивать заработную плату, за которого нужно платить налоги.
Третьим достоинством является настраиваемость машин и быстрое освоение этого оборудования оператором. Благодаря специальным алгоритмам, которые достаточно понятны для освоения, даже новичок легко сориентируется в управлении роботом. Ручная же сварка не характеризуется простотой в обучении. При роботизации сварки сварщики получают возможность переучиться и получить полномочия оператора.
Четвертое достоинство – бесперебойная работа машин. Это неминуемо повышает продуктивность предприятия, так как сварочная машина не требует отдыха и, в отличие от человека, не имеет физиологических потребностей.

Помимо достоинств, конечно, у этой методики металлического сваривания есть недостатки, но они блекнут на фоне достоинств. Во-первых, недостатком можно выделить дорогое оборудование. Пусть вложенные средства и окупаются на дистанции, не всякое предприятие способно сразу закупить такое количество техники, чтобы им можно было заменить всех сварщиков.
Во-вторых, недостатком выделяется возможность роботизации только в конвейерном типе производства. В других типах их использование менее эффективно и окупаемость будет достигнута значительно медленнее. Переобучение сварщиков в операторов по работе с сварочными роботами требует некоторого времени, что не позволяет закупить оборудование и сразу начать им пользоваться в производстве.
Третьим недостатком выделяется зависимость машины от правильных её настроек. Это вытекает из многих критериев: плохого обучения операторов, неважного самочувствия и т.д. Человеческий фактор всё-таки присутствует, но всё ещё крайне мал в сравнении с ручной работой.

Итоги

Интенсивное внедрение роботизированной сварки – это неминуемый процесс. В ближайшем будущем она будет использоваться не только на специализированных производствах, но и в других отраслях, где постепенно будут брать курс на исключение человеческого участия из производства. Сварочная машина способна проводить сварку любой сложности, включая сварку в защитных газах.

Рост промышленности невозможен без перехода на роботизированное производство, так как перспектива использования людского труда не приведет человечество к высокой эффективности производства.

Снижается риск ухудшения здоровья персонала, так как они не участвуют во вредных способах сварки.

Роботизация не так страшна, как кажется. С течением времени машины хоть и заменят рабочие руки, но необходимость их обслуживания так и останется важным вопросом, обосновывающим потребность в операторах с нужной квалификацией.

Любой сварщик располагает возможностью переучиться и сменить квалификацию.

Вы уже имели дело с роботизированной сваркой? Тогда ждём Ваши рассказы об этом в комментариях.

Читайте также: