O que é soldagem robótica? - Processo e aplicação

A soldagem é um processo em que dois materiais são fundidos por meio de aquecimento, mistura e resfriamento dos materiais e/ou um enchimento para formar uma união forte. Da soldagem a arco à soldagem a ponto, os robôs de soldagem novos e usados ​​são normalmente usados ​​em processos de soldagem onde a solda necessária é repetitiva e a qualidade e a velocidade são cruciais. A soldagem robótica é um processo automatizado que aumenta a eficiência, consistência e ROI.

O que é soldagem robótica?

A soldagem robótica é o uso de ferramentas programáveis ​​mecanizadas (robôs), que automatizam completamente um processo de soldagem, tanto realizando a solda quanto manipulando a peça. Processos como soldagem a arco de metal a gás, embora muitas vezes automatizados, não são necessariamente equivalentes à soldagem por robô, pois um operador humano às vezes prepara os materiais a serem soldados.

A soldagem por robô é comumente usada para soldagem a ponto por resistência e soldagem a arco em aplicações de alta produção, como a indústria automotiva.

A soldagem por robôs é uma aplicação relativamente nova da robótica, embora os robôs tenham sido introduzidos pela primeira vez na indústria dos EUA durante a década de 1960. O uso de robôs na soldagem não decolou até a década de 1980, quando a indústria automotiva começou a usar robôs extensivamente para soldagem a ponto.

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 limitado principalmente pelos altos custos dos equipamentos e pela restrição resultante a aplicações de alta produção.

A soldagem a arco robótica começou a crescer rapidamente recentemente e já comanda cerca de 20% das aplicações de robôs industriais. Os principais componentes dos robôs de soldagem 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 se mover, e o projeto desses sistemas pode ser categorizado em vários tipos comuns, como o SCARA e o robô de coordenadas cartesianas, que utilizam 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 soldagem robótica provaram torná-la uma tecnologia que ajuda muitos fabricantes de equipamentos originais a aumentar a precisão, repetibilidade e rendimento

A tecnologia de processamento de imagem de assinatura foi desenvolvida desde o final da década de 1990 para análise de dados elétricos em tempo real coletados de soldagem automatizada e robótica, permitindo assim a otimização das soldas.

Equipamento de soldagem robótica

A soldagem 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 que entrega a energia da fonte de solda à peça e o robô que utiliza 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 as informações de entrada dos sensores, o sistema de controle adapta a saída do processo de soldagem robotizado com base nas especificações do procedimento de soldagem definidas no programa.

Dependendo do uso pretendido, os robôs podem ser braços robóticos ou portais de robôs. Normalmente, são utilizados robôs industriais de seis eixos compostos por um braço inferior de três eixos e um punho de três eixos, pois permitem que a tocha de soldagem seja montada no punho para alcançar todas as posições necessárias para a soldagem tridimensional.

O sistema precisa ser integrado ao robô, e o equipamento de soldagem precisa ser compatível e preferencialmente projetado especificamente para soldagem robótica, pois assim todos os processos podem ser controlados pelo robô.

Como funciona a soldagem robótica ?

Ao usar robôs para qualquer processo, o método requer alterações para acomodar a automação. O mesmo vale para a soldagem, que utiliza diversas ferramentas não encontradas em seu equivalente manual. As pessoas não precisam programar como os soldadores robóticos fazem.

O próprio robô possui um braço que pode se mover em três dimensões para tipos retilíneos e por mais planos com versões articuladas. Um alimentador de arame envia o arame de enchimento para o robô conforme necessário para um trabalho de soldagem. Uma tocha de alta temperatura na extremidade do braço derrete o metal para permitir o processo de soldagem. Como as temperaturas chegam a milhares de graus, o uso de robôs para esse processo mantém as pessoas mais seguras.

Operadores humanos certificados ainda precisam permanecer próximos aos robôs. Esses trabalhadores devem possuir certificação da American Welding Society, AWS, que certifica não apenas soldadores manuais, mas também operadores de braços de soldagem robóticos. Os operadores programam o controlador usando um pingente de instrução. Este dispositivo define novos programas, movimenta o braço e altera os parâmetros do processo. Para iniciar a soldagem, o operador utiliza os botões da caixa de operação.

A ferramenta no braço robótico aquece para derreter o metal para unir as peças desejadas. Conforme necessário, um alimentador de arame fornece mais arame de metal para o braço e a tocha. Ao aguardar as próximas peças a serem soldadas, o braço move a tocha para o limpador para limpar quaisquer respingos de metal do braço, que podem solidificar no local sem esse processo.

Como uma das principais razões para ter soldadores robóticos é proteger os trabalhadores humanos, esses sistemas automatizados vêm com vários recursos de segurança. Os escudos de arco impedem que o arco de alta temperatura se misture com o oxigênio. As áreas fechadas protegem os operadores das temperaturas e da luz intensa.

Benefícios da soldagem robótica

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

As células de solda robótica fornecem um ambiente de trabalho ainda mais seguro, reduzindo drasticamente o brilho do arco, o excesso de pulverização e o contato direto com o robô e a peça. Um soldador robô é mais consistente e pode passar de uma solda para outra rapidamente, acelerando todo o processo.

• Levando menos tempo :Os sistemas de soldagem robóticos farão o trabalho rapidamente. Quer você tenha robôs de soldagem novos ou usados, eles têm menos erros do que a soldagem manual. Ao contrário dos trabalhadores, os robôs não precisam de pausas, férias, etc. Seu trabalho pode continuar sem interrupção, 24 horas por dia, 7 dias por semana. Isso, por sua vez, aumentará sua taxa de transferência e produtividade.
• Reduza o custo de mão de obra direta e segurança: O custo da soldagem manual pode ser alto. Requer tempo, habilidade e concentração. Também é perigoso. Flash, fumaça, faíscas e calor tornam a soldagem manual um trabalho exigente e perigoso. Com a soldagem robótica, você protegerá os trabalhadores e reduzirá os custos. Esses sistemas suportam os perigos e geralmente aumentam a produção. Os custos de seguro e acidentes também são reduzidos consideravelmente.
• Conservar materiais: Mesmo os soldadores mais habilidosos cometem erros. No entanto, com a robótica de soldagem nova e usada, tudo é regulado, incluindo energia e fio. Os sistemas robóticos de soldagem usados ​​automatizados economizam energia funcionando de forma consistente (menos partidas). Além disso, as soldas criadas são mais consistentes. A precisão dos sistemas robóticos significa que há menos desperdício de material e tempo. Conserve seu material e aumente a qualidade do seu produto ao mesmo tempo!

Algumas empresas mudam gradualmente para aplicações de soldagem robótica, começando com uma única célula de soldagem e convertendo lentamente para um processo de soldagem totalmente automatizado. Os robôs podem ser úteis quando o acesso a uma peça é limitado ou difícil de alcançar. Os fabricantes criaram designs que permitem que um braço robótico fino alcance 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 punho do robô.

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

A unidade giratória também permite a programação off-line, pois todos os cabos e mangueiras podem ser direcionados ao longo de caminhos definidos do braço do robô.

Outras limitações da soldagem robótica:

• Programação complexa para o usuário final, não amigável, apenas para especialistas
• APIs limitadas, complicando uma simples mudança
• A interface homem-máquina (IHM) não está realmente funcionando. Os sistemas requerem customização e treinamento. Difícil de personalizar os sistemas de soldagem robótica.
• Desafios de conectividade, falta de padrões interconectados
• Substitui o trabalho humano
• A tecnologia fica desatualizada

Processos de soldagem robótica

A 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 sofrerá uma escassez de 450.000 soldadores. Em vez de deixar projetos críticos, esses trabalhadores ficariam para trás, os robôs podem pegar a folga.

Os robôs automatizam o processo, o que garante maior precisão, menos desperdício e operação mais rápida. Com a variedade de máquinas disponíveis, os robôs se adaptam a uma ampla variedade de processos de soldagem, incluindo arco, resistência, ponto, TIG e muito mais.

1. Soldagem a Arco

Um dos tipos mais comuns de soldagem robótica é o processo a arco. Neste método, um arco elétrico gera calor extremo, até 6.500 graus Fahrenheit, que derrete o metal. O metal fundido une as peças, solidificando-se em uma conexão estável após o resfriamento. Quando um projeto requer um grande volume de metais unidos com precisão, a soldagem a arco serve como uma aplicação ideal.

2. Soldagem por resistência

Quando os projetos precisam de tratamento térmico ou uma forma de reduzir custos, os robôs podem usar soldagem 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 os pedaços de metal.

3. Soldagem por pontos

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

4. Soldagem Tig

As aplicações de soldagem robótica que exigem altos níveis de precisão podem exigir soldagem TIG. Este método também atende pelo termo soldagem a arco de tungstênio a gás ou GTAW. Um arco elétrico passa entre um eletrodo de tungstênio e a base metálica.

5. Soldagem Mig

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

6. Soldagem a Laser

Quando os projetos de soldagem exigem precisão para um grande volume de peças, a soldagem a laser é o método preferido de união de metais. Peças pequenas, como joias ou componentes médicos, geralmente usam soldagem a laser.

7. Soldagem a Plasma

A soldagem a plasma oferece o grau mais significativo de flexibilidade porque o operador pode alterar facilmente a velocidade do gás que passa pelo bico e a temperatura.

Aplicações de soldagem robótica

Devido aos benefícios de economia de tempo e alta produtividade, a soldagem robótica tornou-se importante nas indústrias metalúrgicas e pesadas, e especialmente na indústria automotiva que emprega soldagem a ponto e a laser.

É mais adequado para soldas curtas com superfícies curvas e ações repetíveis e previsíveis que não exigem deslocamentos e mudanças contínuas 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 soldagem robótica seja usada principalmente na produção em massa, na qual eficiência e quantidade são essenciais, programas podem ser feitos para atender a qualquer necessidade, e a robótica pode ser utilizada para produções menores e até pontuais, mantendo alta relação custo-benefício.

Robótica vs. Soldagem Manual

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

Como a soldagem manual continua sendo um processo que muitas empresas ainda precisam, os soldadores profissionais não desaparecerão tão cedo. De fato, com a escassez de soldadores especialistas mencionados acima, aqueles que possuem certificação encontrarão trabalho facilmente, mesmo com várias empresas investindo em robôs.

A substituição de soldadores manuais por robôs não tirará a AWS de seu negócio de certificação. A maioria dos operadores de robôs soldadores precisa ter certificação na área de robótica desse campo, para a qual a AWS também oferece certificações. Ter especialistas em robótica que sabem sobre soldagem garante que os projetos sejam programados adequadamente para terminar da maneira mais rápida e econômica possível.

Vídeo de soldagem robótica