Solda Robótica Explicada: Processos, Benefícios e Aplicações

A soldagem é um processo onde dois materiais são fundidos juntos através de aquecimento, mistura e então resfriamento dos materiais e/ou um metal de adição para formar uma junção forte. Da solda a arco à solda por pontos, robôs de solda novos e usados são tipicamente usados em processos de soldagem onde a solda requerida é repetitiva e qualidade e velocidade são cruciais. A solda robótica é um processo automatizado que aumenta eficiência, consistência e ROI.

O Que é Solda Robótica?

Solda robótica é o uso de ferramentas mecanizadas programáveis (robôs), que automatizam completamente um processo de soldagem tanto realizando a solda quanto manuseando a peça. Processos como solda a arco metálico a gás, embora frequentemente automatizados, não são necessariamente equivalentes a solda robótica, já que um operador humano às vezes prepara os materiais a serem soldados.

Solda robótica é comumente usada para solda por pontos de resistência e solda a arco em aplicações de alta produção, como a indústria automotiva.

Solda robótica é uma aplicação relativamente nova de robótica, mesmo que robôs tenham sido introduzidos na indústria dos EUA durante os anos 1960. O uso de robôs em soldagem não decolou até os anos 1980 quando a indústria automotiva começou a usar robôs extensivamente para solda por pontos.

Desde então, tanto o número de robôs usados na indústria quanto o número de suas aplicações cresceram muito. Em 2005, mais de 120.000 robôs estavam em uso na indústria norte-americana, cerca de metade deles para soldagem. O crescimento é principalmente limitado por altos custos de equipamento e a resultante restrição a aplicações de alta produção.

Solda a arco robótica começou a crescer rapidamente apenas recentemente, e já comanda cerca de 20% das aplicações de robôs industriais. Os principais componentes de robôs de solda a arco são o manipulador ou a unidade mecânica e o controlador, que atua como o "cérebro" do robô.

O manipulador é o que faz o robô mover-se, e o design destes sistemas pode ser categorizado em vários tipos comuns, como SCARA e robô de coordenadas cartesianas, que usam diferentes sistemas de coordenadas para direcionar os braços da máquina.

O robô pode soldar uma posição pré-programada, ser guiado por visão de máquina, ou por uma combinação dos dois métodos. No entanto, os muitos benefícios da solda robótica provaram tornar uma tecnologia que ajuda muitos fabricantes de equipamentos originais a aumentar precisão, repetibilidade e produtividade.

A tecnologia de processamento de imagem de assinatura foi desenvolvida desde o final dos anos 1990 para analisar dados elétricos em tempo real coletados de soldagem robótica automatizada, permitindo assim a otimização de soldas.

Equipamento de Solda Robótica

A solda robótica combina soldagem, robótica, tecnologia de sensores, sistemas de controle e inteligência artificial. Os componentes incluem o software com programação específica, o equipamento de soldagem entregando a energia da fonte de potência de soldagem à peça, e o robô usando o equipamento para conduzir a soldagem.

Os sensores de processo do robô medem os parâmetros do processo de soldagem e seus sensores geométricos os parâmetros geométricos das soldas. Ao adquirir e analisar a informação de entrada dos sensores, o sistema de controle adapta a saída do processo de soldagem robotizado baseado nas especificações do procedimento de soldagem definidas no programa.

Dependendo do uso pretendido, robôs podem ser braços robóticos ou portais robóticos. Normalmente, robôs industriais de seis eixos compreendendo um braço inferior de três eixos e um pulso de três eixos são usados já que permitem que a tocha de soldagem seja montada no pulso para atingir todas as posições necessárias para soldagem tridimensional.

O sistema precisa ser integrado com o robô, e o equipamento de soldagem precisa ser compatível com e preferencialmente especificamente projetado para solda robótica porque então, todos os processos podem ser controlados pelo robô.

Como a Solda Robótica Funciona?

Ao usar robôs para qualquer processo, o método requer emenda para acomodar automação. O mesmo é verdade para soldagem, que usa várias ferramentas não encontradas em seu equivalente manual. Pessoas não precisam de programação do jeito que soldadores robóticos precisam.

O robô em si tem um braço que pode mover-se em três dimensões para tipos retilineares e através de mais planos com versões articuladas. Um alimentador de arame envia o arame de adição ao robô conforme ele precisa para um trabalho de soldagem. Uma tocha de alto calor na extremidade do braço derrete metal para permitir o processo de soldagem. Como as temperaturas alcançam milhares de graus, usar robôs para este processo mantém pessoas mais seguras.

Operadores humanos certificados ainda precisam permanecer próximos aos robôs. Estes trabalhadores devem ter certificação da American Welding Society, AWS, que certifica não apenas soldadores manuais mas também operadores de braço de solda robótica. Os operadores programam o controlador usando um pendant de ensino. Este dispositivo define novos programas, move o braço, e muda parâmetros para o processo. Para iniciar a soldagem, o operador usa os botões na caixa de operação.

A ferramenta no braço robótico aquece para derreter metal para conjoinar as peças desejadas. Conforme necessário, um alimentador de arame entrega mais arame metálico ao braço e tocha. Quando aguardando as próximas peças para soldar, o braço move a tocha para o limpador para limpar quaisquer respingos de metal do braço, que poderiam solidificar no lugar sem este processo.

Como uma das razões primárias para ter soldadores robóticos é proteger trabalhadores humanos, estes sistemas automatizados vêm com múltiplas características de segurança. Escudos de arco impedem o arco de alto calor de misturar com oxigênio. Áreas fechadas protegem operadores das temperaturas e luz brilhante.

Benefícios da Solda Robótica

Existem várias vantagens em automatizar uma fábrica com robôs de soldagem, incluindo tempos de ciclo mais rápidos e consistentes, nenhuma interrupção na produção, e melhor qualidade de solda. Basicamente, usando automação de solda robótica, o processo leva menos tempo, e fabricantes podem cortar o custo de mão de obra direta e segurança e conservar materiais.

Células de solda robótica fornecem um ambiente de trabalho ainda mais seguro, reduzindo drasticamente ofuscamento de arco, respingos, e contato direto com o robô e peça. Um soldador robótico é mais consistente e pode mover de uma solda para a próxima rapidamente, acelerando todo o processo.

• Levando Menos Tempo: Sistemas de solda robótica farão o trabalho rapidamente. Seja você tenha robôs de solda novos ou usados, eles têm menos erros que soldagem manual. Diferente de trabalhadores, robôs não requerem pausas, férias, etc. Seu trabalho pode continuar sem interrupção, 24/7. Isso por sua vez, aumentará sua produtividade e vazão.
• Cortar Custo de Mão de Obra Direta & Segurança: O custo de soldagem manual pode ser íngreme. Requer tempo, habilidade e concentração. Também é perigoso. Ofuscamento, fumos, faíscas e calor tornam a soldagem manual um trabalho cansativo e perigoso. Com solda robótica, você protegerá trabalhadores e reduzirá custos. Estes sistemas suportam os perigos e frequentemente aumentam produção. Custos de seguro e relacionados a acidentes também são reduzidos consideravelmente.
• Conservar Materiais: Mesmo os soldadores mais habilidosos cometem erros. No entanto, com robótica de solda nova e usada, tudo é regulado, incluindo potência e arame. Sistemas robóticos de solda usados automatizados conservam energia rodando consistentemente (menos inicializações). Além disso, as soldas criadas são mais consistentes. A precisão de sistemas robóticos significa que há menos material desperdiçado e tempo. Conserve seu material e aumente a qualidade do seu produto ao mesmo tempo!

Algumas empresas mudam para aplicações de solda robótica gradualmente, começando com uma única célula de solda e lentamente convertendo para um processo de solda totalmente automatizado. Robôs podem ser úteis quando o acesso a uma peça é limitado ou difícil de alcançar. Fabricantes criaram designs que permitem um braço robótico esbelto alcançar áreas menores.

Limitações

Um problema ao soldar com robôs é que os cabos e mangueiras usados para corrente e ar etc. tendem a limitar a capacidade de movimento do pulso do robô.

Uma solução para este problema é o giro (swivel), que permite a passagem de ar comprimido, água de resfriamento, corrente elétrica, e sinais dentro de uma única unidade rotativa.

A unidade de giro também permite programação off-line já que todos os cabos e mangueiras podem ser roteados ao longo de caminhos definidos do braço do robô.

Outras limitações da solda robótica:

• Programação complexa de usuário final, não amigável, apenas para especialistas
• APIs limitadas, tornando uma mudança simples complicada
• Interface homem-máquina (HMI) não funcionando realmente. Sistemas requerem personalização e treinamento. Difícil personalizar sistemas de solda robótica.
• Desafios de conectividade, falta de padrões interconectáveis
• Substitui mão de obra humana
• Tecnologia torna-se obsoleta

Processos de Solda Robótica

Soldagem requer um alto nível de educação e habilidade. No entanto, o número de soldadores profissionais não atende às necessidades da indústria. De acordo com a American Welding Society, até 2022, a indústria experimentará uma escassez de 450.000 soldadores. Em vez de deixar projetos críticos, que estes trabalhadores completariam, caírem atrás, robôs podem pegar a folga.

Robôs automatizam o processo, o que garante maior precisão, menos desperdício, e operação mais rápida. Com a gama de maquinaria disponível, robôs adaptam-se a uma ampla variedade de processos de soldagem incluindo arco, resistência, ponto, TIG, e mais.

1. Solda a Arco

Um dos tipos mais comuns de solda robótica é o processo de arco. Neste método, um arco elétrico gera calor extremo, até 3.600°C, que derrete o metal. Metal fundido une partes juntas, solidificando em uma conexão estável após resfriamento. Quando um projeto requer um grande volume de metais conjoinados com precisão, a solda a arco serve como uma aplicação ideal.

2. Solda por Resistência

Quando projetos precisam de tratamento térmico ou uma forma de baixar custos, robôs podem usar solda por resistência. Durante este processo, uma corrente de eletricidade cria uma poça de metal fundido à medida que passa entre as duas bases metálicas. Este metal fundido une as peças de metal juntas.

3. Solda por Ponto

Alguns materiais resistem a correntes elétricas, impedindo-os de outras formas de soldagem. Esta situação ocorre frequentemente na indústria automotiva para juntar partes de uma carroceria de automóvel. Para superar o problema, soldadores robóticos usam uma variação de solda por resistência para conectar um par de chapas metálicas finas em um único ponto.

4. Solda TIG

Aplicações de solda robótica requerendo altos níveis de precisão podem requerer solda TIG. Este método também vai pelo termo solda a arco de tungstênio a gás ou GTAW. Um arco elétrico passa entre um eletrodo de tungstênio e a base metálica.

5. Solda MIG

Solda a arco metálico a gás, também conhecida como GMAW ou MIG, é um método rápido e direto que usa um alto nível de deposição. Um arame move-se continuamente para a ponta aquecida do soldador, que derrete o arame, permitindo uma grande quantidade de metal fundido gotejar na base para unir a base a outra peça.

6. Solda a Laser

Quando projetos de soldagem requerem precisão para um alto volume de peças, a solda a laser é o método preferido de união de metal. Peças pequenas, como joias ou componentes médicos frequentemente usam solda a laser.

7. Solda a Plasma

A solda a plasma oferece o grau mais significativo de flexibilidade porque o operador pode facilmente mudar tanto a velocidade do gás passando pelo bico quanto a temperatura.

Aplicações de Solda Robótica

Devido aos seus benefícios de economia de tempo e alta produtividade, a solda robótica tornou-se importante em indústrias de metal e pesadas, e especialmente na indústria automotiva que emprega solda por pontos e a laser.

É mais adequada para soldas curtas com superfícies curvas e ações repetíveis, previsíveis que não requerem mudanças contínuas e mudanças no processo de soldagem. Com a ajuda de eixos externos, o robô também é adequado para soldas longas, por exemplo na indústria naval.

Embora a solda robótica seja usada principalmente em produção em massa, na qual eficiência e quantidade são essenciais, programas podem ser feitos para atender quaisquer necessidades, e a robótica pode ser utilizada para produções menores e até mesmo únicas mantendo alta relação custo-efetividade.

Solda Robótica Vs. Solda Manual

A solda manual ainda tem lugar na manufatura moderna. Para projetos nos quais você precisa de um especialista para mudar rapidamente os estilos de soldagem usados, a solda manual será sua melhor escolha. Um soldador profissional pode mudar prontamente o que está fazendo, mas robôs não se adaptam tão rapidamente a situações incertas.

Como a solda manual permanece um processo que muitas empresas ainda precisam, soldadores profissionais não desaparecerão tão cedo. Na verdade, com a escassez de soldadores especialistas mencionada acima, aqueles que possuem certificação facilmente encontrarão trabalho, mesmo com múltiplas empresas investindo em robôs.

Substituir soldadores manuais com robôs não colocará a AWS fora de seu negócio de certificação. A maioria dos operadores de soldador robótico precisa ter certificação no lado de robótica deste campo, para o qual a AWS também oferece certificações. Ter especialistas em robótica que sabem sobre soldagem garante que os projetos sejam programados adequadamente para terminar o mais rápido e custo-efetivamente possível.

Vídeo de Solda Robótica