Domine a Soldagem Robótica: Guia Completo para Qualidade, Eficiência e Economia de Custos

Na indústria de fabricação, empresas constantemente buscam qualidade e produtividade melhoradas enquanto mantêm custos baixos. Para fazer estas melhorias, empresas de fabricação frequentemente recorrem à tecnologia, e isso é especialmente verdade no caso da soldagem.

A soldagem, em sua forma mais básica, é o processo de unir dois materiais através da aplicação de calor e pressão. Quando as pessoas pensam em soldagem, a palavra frequentemente evoca uma imagem de máscara protetora e um par de luvas pesadas manuseando uma tocha. Embora a soldagem manual ainda tenha seu lugar na indústria, uma crescente escassez de soldadores profissionais deixou uma lacuna substancial. A American Welding Society estima que até 2020, haverá uma escassez de 290.000 profissionais de soldagem. Um número crescente de empresas está investindo em configurações de soldagem robótica.

Instalar um aparelho de soldagem robótica requer muita consideração, planejamento e investimentos significativos em tempo e dinheiro. No entanto, empresas que implementaram soldagem robótica em seus procedimentos descobriram benefícios inumeráveis a longo prazo.

Se sua empresa está considerando a possibilidade de usar soldagem robótica como parte de seu processo de fabricação de peças, aqui está um guia completo do que você precisa saber sobre o processo, sua história e seus benefícios.

O que é Soldagem Robótica?

Soldagem robótica, também chamada de soldagem automatizada, é o processo automatizado de usar ferramentas mecânicas programáveis para soldar e manusear uma peça. Esta aplicação relativamente nova de robótica preencheu a lacuna deixada pela crescente escassez de profissionais de soldagem, efetivamente assumindo uma grande parte dos trabalhos de soldagem da indústria norte-americana.

Há Quanto Tempo a Soldagem Robótica Existe?

A história da soldagem robótica está profundamente enraizada na história de robôs industriais em geral, remontando à metade do século 20.

O primeiro robô programável foi inventado em 1954 por George Devol, e Devol logo seguiu esta invenção com o estabelecimento da primeira empresa de robôs do mundo, Unimation. Com esta nova empresa, Devol e seus associados criaram o primeiro robô industrial. O modelo, chamado Unimate, foi usado em uma fábrica de automóveis da General Motors em Nova Jersey, realizando soldagem por pontos e extração de fundições sob pressão. Após esta introdução positiva, o conceito de robô industrial espalhou-se para todos os cantos do globo dentro de uma década.

A partir deste modelo inicial, o robô industrial continuou a melhorar. Em 1978, a Unimation, financiada pela General Motors, criou a Máquina Programável Universal para Montagem, chamada PUMA para abreviar. Muitos laboratórios ainda usam esta versão hoje.

A indústria continuou a crescer, explodindo no início dos anos 80. Durante estes anos, a indústria de robôs industriais cresceu tão rapidamente que um novo robô ou empresa entrava no mercado a cada mês, aumentando competição e inovação substancialmente. Nesta década, braços robóticos foram melhorados para ter mais mobilidade e controle.

Processos continuaram a melhorar ao longo dos anos 90, com controles eletrônicos melhorando a um ponto onde múltiplos robôs podiam ser controlados e coordenados simultaneamente. Interfaces de operador também foram melhoradas, e designs de robôs foram simplificados e otimizados para permitir mais acesso para manutenção e reparo.

Avanços tecnológicos continuam a melhorar a funcionalidade de robôs industriais até hoje, limitados apenas pelos custos de equipamento e pesquisa.

Como Funciona um Robô de Soldagem?

Uma unidade de robô de soldagem, também chamada de célula de robô de soldagem, consiste em vários componentes trabalhando juntos para soldar peças. Estes componentes incluem aqueles participando ativamente da soldagem, bem como acessórios e recursos de segurança para garantir a operação suave da célula.

Aqui estão os componentes mais básicos de uma célula de robô de soldagem, todos importantes para o processo de soldagem robótica:

• Alimentador de Arame: Move o arame de enchimento para o robô em uma taxa programada. Este arame de enchimento é frequentemente usado para adicionar material a uma solda para suportar a junta.
• Robô de Soldagem: Inclui o robô e a ferramenta na ponta do braço, tipicamente uma tocha ou outro manipulador. Estes robôs vêm em dois tipos: robôs articulados e robôs retilineares. Robôs retilineares podem mover seu braço primário em três direções e girar um pulso na ponta do braço. Robôs articulados têm juntas rotativas — estas permitem mais liberdade de movimento e amplitude de movimento fora de três dimensões.
• Limpa Arame: O limpador é usado para remover respingos da tocha entre ciclos de trabalho, prolongando a vida útil do equipamento.
• Tocha: A tocha usa energia fluindo para um eletrodo para aquecer e unir metais juntos. Unidades de soldagem a arco também têm um aparelho de blindagem de arco incluído na tocha. Além disso, uma unidade de resfriamento a ar ou água é geralmente incluída.
• Área de Trabalho: É onde as peças são colocadas e mantidas para o robô soldar. Fixadores mantêm as peças no lugar enquanto o robô completa suas soldas.
• Controlador: Este componente é efetivamente o "cérebro" da célula de soldagem, fornecendo energia e instruções ao robô usando programas armazenados.
• Pendente de Ensino: Este sistema de interface portátil permite ao operador definir parâmetros de soldagem, mover manualmente o robô e inserir novos programas.
• Fonte de Energia de Soldagem: Fornece energia à tocha de soldagem. Isto variará em tamanho e desempenho dependendo dos requisitos das peças sendo soldadas. A fonte de energia difere ligeiramente dependendo se a célula é uma unidade de soldagem a arco ou soldagem por pontos.
• Luz de Pilha: Esta luz indica o que a célula está fazendo a qualquer momento. Geralmente, luz vermelha indica parada de emergência, luz laranja significa que o robô está sendo programado e verde significa que a célula está rodando automaticamente.
• Caixa de Operação: Esta caixa contém controles para iniciar e parar uma célula, e contém botões para cada função, incluindo um botão de reinicialização para resetar a célula após uma falha ter sido resolvida.
• Recursos de Segurança: A maioria das máquinas de soldagem robótica incluirá recursos de segurança para prevenir danos a trabalhadores e operadores. Estes incluem cercas, blindagem de arco, portas de acesso e outros recursos para reduzir exposição do trabalhador a luz perigosa, fumos e movimento enquanto a célula trabalha.

Programas são inseridos via pendente de ensino e salvos no controlador, que diz ao robô o que fazer. Estes programas movem o robô de soldagem e manipulam a tocha na ponta de seu braço, colocando-a exatamente onde precisa estar a qualquer ponto. A tocha aquece, usando uma fonte de energia para gerar calor suficiente no metal para fundir peças permanentemente. O alimentador de arame alimenta material extra ao braço do robô para fazer isso. Entre peças, o braço move a tocha para o limpa arame para remover quaisquer respingos.

Qual é o Processo de Soldagem Robótica?

O fluxo de trabalho de uma célula de soldagem robótica consiste em uma série de passos monitorados de perto. Estes passos são:

1. Coloque a peça no fixador e prenda-a firmemente no lugar.

2. Selecione o programa apropriado do controlador. Alternativamente, se o programa apropriado não estiver disponível, programe o controlador usando o pendente de ensino.

3. Pressione o botão de início no controlador para começar o trabalho.

4. Conforme a primeira peça é trabalhada, mova a segunda peça para a estação de carregamento apropriada.

5. Conforme a soldagem começa na primeira estação de trabalho, comece a configurar a segunda estação de trabalho.

6. Quando a soldagem termina, o trabalho começará na segunda estação.

7. Colete a peça finalizada da estação 1 e recarregue a estação de trabalho para o próximo ciclo.

Funções e intricadas específicas variam dependendo da célula de soldagem robótica particular usada, mas a maioria seguirá este procedimento geral.

Como Robôs São Usados na Indústria de Soldagem?

A soldagem robótica compõe 29% de todas as aplicações robóticas na indústria, superada apenas pelo manuseio de materiais robótico. Soldagem automática é mais comumente usada nas indústrias de fabricação e engenharia para aumentar a eficiência de empresas e laboratórios.

Mais comumente, são usadas para soldagem por resistência por pontos e soldagem a arco para altas quantidades de produto. Estes dois processos são descritos em detalhes abaixo:

Soldagem por Resistência por Pontos

A soldagem por resistência robótica é uma maneira econômica de soldar duas peças de chapa metálica juntas em um único ponto, ou ponto. Este tipo de soldagem é comumente visto na indústria de fabricação de automóveis, onde é usado para soldar chapa metálica na forma de um carro. Muitos dos soldadores por pontos na indústria automobilística são robóticos e podem ser vistos trabalhando em linhas de montagem de carros.

O processo de soldagem por pontos funciona aplicando dois eletrodos de liga de cobre às peças sendo fundidas e passando uma corrente através dos materiais. A corrente aquece o metal e faz com que derreta, formando uma poça entre as peças no ponto aplicado. Ao resfriar, as peças fundem-se juntas.

Robôs soldadores são ideais para esta aplicação pois são capazes de colocar múltiplas soldas por pontos com extrema precisão e eficiência.

Soldagem a Arco

A soldagem a arco robótica cresceu como indústria apenas recentemente, mas está rapidamente alcançando a soldagem por pontos como o método de soldagem robótica mais popular. O processo usa uma fonte de energia para gerar um arco elétrico entre um eletrodo montado na tocha e o metal. Este arco produz uma temperatura de cerca de 6.500 graus Fahrenheit na ponta da tocha. Isso aquece o metal, produzindo uma poça de metal fundido sob a tocha que solidifica ao resfriar. Ao resfriar, as peças fundem-se permanentemente.

Devido às temperaturas extremamente altas produzidas, os metais envolvidos neste processo frequentemente reagirão quimicamente com o oxigênio e nitrogênio no ar circundante. Isso pode comprometer a integridade da junta de solda. Por esta razão, muitos processos de soldagem a arco envolvem um processo chamado blindagem de arco. Este processo cobre o arco e o metal fundido com um escudo protetor de gás ou vapor, minimizando o contato entre o metal fundido e o ar circundante.

O calor extremo e reações químicas envolvidas na soldagem a arco tornam-na uma aplicação perfeita para robótica, pois isso reduz a exposição de trabalhadores e operadores a estes riscos.

Quais são as Vantagens da Soldagem Robótica?

Implementar uma configuração de soldagem robótica requer investimento significativo de tempo e fundos. No entanto, os benefícios do sistema superam em muito os benefícios da soldagem tradicional, e os custos do sistema são rapidamente recuperados em produtividade aumentada, qualidade melhorada e desperdício reduzido.

Equipes de soldagem nos Estados Unidos beneficiam-se da soldagem robótica devido aos seguintes benefícios:

Produção Aumentada

Sistemas de soldagem robótica fazem o trabalho rápido e eficientemente, cometendo menos erros que seus equivalentes humanos enquanto aumentam a velocidade de produção tremendamente. Além disso, robôs podem trabalhar 24/7, diferente de trabalhadores humanos que requerem sono, pausas e férias. Operadores humanos tipicamente têm menos de 50% de tempo de arco ligado, e porcentagens de tempo ligado humano diminuem conforme a fadiga se instala mais tarde no turno. Robôs, por outro lado, têm 75%-80% de tempo de arco ligado. Este número aumenta para 95% para peças com costuras mais longas.

Qualidade e Consistência Melhoradas

O sistema automatizado cria soldas consistentes com extrema precisão, colocando as mesmas soldas de qualidade no mesmo local repetidamente sem fadiga. A precisão destes sistemas também reduz respingos, resultando em costuras mais limpas. Isso não elimina erros e defeitos, porém — equipamento com defeito ou danificado ou programação incorreta podem ambos resultar em defeitos de produto. Felizmente, ambos problemas podem ser prevenidos por técnicos de soldagem robótica certificados.

Economia de Energia

Sistemas de soldagem automatizados conservam energia rodando consistentemente, cortando partidas intensivas em energia. Além disso, robôs não soldam em excesso e reduzem a necessidade de soldagem corretiva, cortando gastos de energia.

Sucata Reduzida

Erro humano é sempre possível, mesmo com os soldadores mais habilidosos. No entanto, todo movimento que um robô de soldagem faz é planejado e automatizado, reduzindo erros e, portanto, reduzindo o número de peças sucateadas. Em trabalhos de maior valor, isso pode ser um fator crucial para manter o orçamento.

Desperdício Reduzido

Consumíveis são ainda outra fonte de desperdício. Consumíveis incluem bicos e outros componentes com vidas úteis relativamente curtas que são substituídos após certo número de usos. Unidades de soldagem robótica aumentam a velocidade de soldagem e minimizam uso excessivo de energia, aumentando a vida útil de cada componente consumível. Isso significa que novos consumíveis são comprados menos frequentemente, economizando custos.

Retorno sobre Investimento

A maioria das empresas descobrirá que para projetos maiores, as eficiências, precisão e economia de custos da soldagem robótica — mais do que compensam o custo inicial de configuração ao trabalhar com uma empresa de fabricação de metal.

A combinação de maiores velocidades, soldas de maior qualidade e sucata reduzida todas contribuem para este rápido retorno sobre investimento. Este retorno aumenta ainda mais quando você considera os custos de energia reduzidos e chances minimizadas de soldagem em excesso. Mudar para um processo de soldagem robótica pode ajudar a economizar significativamente a empresa em custos totais.

Para calcular um retorno aproximado sobre investimento, uma empresa pode avaliar tempos de ciclo de peça atuais e compará-los com tempos de ciclo potenciais para uma configuração de soldagem robótica. Outras economias em desperdício, mão de obra e energia podem ser incorporadas na estimativa também para um número mais preciso.

Como Escolher um Fabricante por Contrato com Configuração de Soldagem Robótica de Alta Qualidade?

Um bom fabricante por contrato investe não apenas em profissionais altamente treinados, mas também em configurações de soldagem robótica que fornecem a melhor qualidade e valor monitorando pistolas MIG e consumíveis e buscando periféricos apropriados para a máquina:

Pistolas MIG

Pistolas MIG devem ser selecionadas cuidadosamente para atender às necessidades do modelo particular sendo usado na configuração de soldagem robótica. Empresas devem escolher pistolas MIG com amperagem adequada e capacidade de resfriamento para a aplicação. Amperagem inadequada ou resfriamento pode causar falha na máquina, enquanto comprar uma pistola com mais capacidade de amperagem que o necessário é desperdício de dinheiro, pois o preço de uma pistola MIG robótica é diretamente proporcional à amperagem que oferece.

Consumíveis

Consumíveis, como pontas de contato, bicos, cabeças retentoras e revestimentos, também devem ser selecionados e gerenciados cuidadosamente. Diferentes bicos e pontas de contato devem ser selecionados para diferentes aplicações — consumíveis de serviço padrão devem ser usados para aplicações de baixa amperagem ou aplicações com tempos de arco mais curtos, enquanto consumíveis de serviço pesado, que são mais caros que as versões padrão, devem ser usados para aplicações de alta amperagem ou alto tempo de arco para reduzir a quantidade de tempo de inatividade necessário para trocá-los.

Periféricos

Um periférico é qualquer peça de equipamento adicional que pode ser integrada ao sistema de soldagem robótica. Usar o tipo certo de periféricos pode maximizar o desempenho da configuração. Embora periféricos venham com custo inicial, eles podem aumentar o retorno sobre o investimento da soldagem robótica melhorando o desempenho da configuração, aumentando a vida útil dos consumíveis e reduzindo a probabilidade de defeitos de soldagem.

Alguns periféricos potencialmente úteis incluem:

• Estação de Limpeza de Bico: Também chamada de reamer ou limpador de respingos. Este periférico limpa o bico de sujeira, detritos e respingos durante passagens de rotina na operação de soldagem. Isso ajuda a prevenir perda de cobertura que poderia levar a defeitos e retrabalho de solda. Isso também aumenta a vida útil dos consumíveis, reduzindo a frequência de trocas.
• Pulverizadores Anti-Respingos: Este periférico aumenta a vida útil dos consumíveis adicionando um composto anti-respingos nos consumíveis que atua como barreira protetora. Como a estação de limpeza de bico, isso previne perda de cobertura e reduz a frequência de trocas de consumíveis.
• Cortadores de Arame: Para robôs de soldagem a arco, as unidades requerem um arame para protruir quando um arco inicia. Um cortador de arame corta o arame de soldagem para um comprimento especificado, removendo quaisquer inconsistências no comprimento e qualidade do arame. Isso resulta inícios de arco mais confiáveis e soldas mais consistentes.
• Suporte de Braço: Para certas configurações, colisão é um risco que deve ser considerado. Para robôs com software de detecção de colisão, um suporte de braço sólido é necessário para proteger o equipamento mantendo-o no lugar enquanto o robô detecta a colisão e desliga.
• Embreagem: Para robôs sem detecção de colisão, uma embreagem é necessária para proteger equipamento de colisão. A embreagem reconhece o impacto físico de uma colisão e envia um sinal elétrico ao controlador do robô que faz o sistema parar, prevenindo qualquer dano adicional.

Todos estes periféricos podem ajudar na proteção e aumento da produtividade de equipamentos de soldagem robótica.

Quem Deve Operar uma Unidade de Soldagem Robótica?

A soldagem robótica requer supervisão e manutenção constante por um operador treinado. Se ninguém no pool de talentos atual da empresa tem experiência prévia em soldagem robótica, é do melhor interesse da empresa contratar uma empresa de fabricação de metal com técnicos de unidade de soldagem robótica certificados na equipe.

Um técnico treinado será capaz de maximizar o tempo de atividade no projeto, agendando e realizando manutenção preventiva regular no sistema. Isso ajuda a minimizar tempo de inatividade desnecessário e garante que o sistema funcione suavemente — todos benefícios que são repassados ao seu projeto.

Contratar um fabricante por contrato com técnicos de soldagem robótica certificados pode ser um método mais custo-efetivo. Muito poucas empresas se especializam em soldagem robótica, especialmente dentro dos Estados Unidos, com uma equipe altamente treinada e profissional que sabe exatamente como trabalhar com células de soldagem robótica para produzir os melhores resultados para seu produto. A Fairlawn Tool, Inc. é uma destas empresas, fornecendo serviço de soldagem robótica de qualidade a nossos clientes por uma equipe de soldagem certificada AWS.

A Fairlawn Tool, Inc. considera a soldagem robótica parte integral de nosso processo de produção para ajudar a reduzir custos totais para nossos clientes, ajudando você a obter o produto de mais alta qualidade ao menor custo. Além disso, também orgulhosamente oferecemos serviços de soldagem manual bem adequados a pequenas séries e pedidos comerciais altamente personalizados. Na maioria dos casos, a soldagem manual pode ser combinada com soldagem robótica para obter o melhor de ambas abordagens. Nos orgulhamos de qualidade consistente, não importa quão grande o projeto de fabricação, porque queremos garantir que cada unidade exceda suas expectativas.

A Fairlawn Tool é um fabricante por contrato de serviço completo para todas suas necessidades de fabricação de metal. Ao lidar com cada parte do processo internamente a partir de nossa localização de fábrica em Maryland, somos capazes de garantir o mais alto nível de qualidade a um preço competitivo. Estamos sempre felizes em ajudar a responder quaisquer perguntas e consultar sobre a melhor abordagem para sua empresa.

Entre em contato conosco hoje para falar conosco sobre seus próximos projetos de fabricação de metal.