جوش رباتیک چیست؟ فرآیند، انواع، مزایا و کاربردهای دنیای واقعی

جوشکاری رباتیک استفاده از بازوهای مکانیکی قابل برنامه ریزی مجهز به مشعل جوشکاری، فیدر سیمی و سیستم های حسگر برای انجام عملیات اتصال بر روی قطعات فلزی به طور خودکار، بدون دخالت مداوم انسان است. این ربات مسیرهای از پیش برنامه ریزی شده یا حس شده را دنبال می کند و یک قوس یا تیر جوش را با سرعت، زاویه و انرژی ورودی کنترل شده ارائه می کند تا جوش های قابل تکرار و با کیفیت بالا را با سرعت تولیدی که جوشکار انسانی از نظر فیزیکی قادر به تحمل آن نیست، ایجاد کند.

در سال 2024، جهانی جوشکاری رباتیک بازار تقریباً ارزش گذاری شد 8.3 میلیارد دلار و پیش بینی می شود تا سال 2030 از 14 میلیارد دلار فراتر رود و با نرخ مرکب سالانه بیش از 9 درصد رشد کند. خودروسازی، تجهیزات سنگین، کشتی‌سازی و تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی مصرفی باعث پذیرش این فناوری شده‌اند، اما این فناوری اکنون به سرعت در حال حرکت به سمت شرکت‌های کوچک و متوسط ​​است، زیرا پلت‌فرم‌های روبات‌های مشارکتی هزینه و پیچیدگی ورود را کاهش می‌دهند.

نحوه عملکرد جوش رباتیک: اجزای اصلی سیستم

A جوشکاری رباتیک system مجموعه ای یکپارچه از پنج زیرسیستم اصلی است که برای تولید یک جوش سازگار باید به طور همزمان کار کنند.

1. بازوی ربات (دستکاری کننده)

دستکاری کننده اساس مکانیکی هر یک است جوشکاری رباتیک سیستم بیشتر ربات‌های جوشکاری از یک بازوی مفصلی 6 محوره استفاده می‌کنند که آزادی حرکت کامل را در فضای سه‌بعدی یکسان با ترکیب بازو و مچ انسان فراهم می‌کند. دسترسی معمولاً از 500 میلی متر تا بیش از 3500 میلی متر بسته به کاربرد، با تکرارپذیری مثبت یا منفی 0.02 تا 0.08 میلی متر که هیچ جوشکار انسانی نمی تواند به طور مداوم در یک شیفت هشت ساعته با آن مطابقت کند.

2. منبع برق جوش

منبع تغذیه ولتاژ قوس، آمپر و شکل موج را تامین و تنظیم می کند که ورودی گرما و مشخصات مهره را تعیین می کند. مدرن جوشکاری رباتیک منابع برق به صورت دیجیتالی با کنترل کننده ربات ارتباط برقرار می کنند و به برنامه اجازه می دهند تا پارامترهای قوس را در زمان واقعی تنظیم کند، زیرا مشعل در اطراف مفاصل با هندسه یا ضخامت مواد متفاوت حرکت می کند.

3. کنترلر ربات

کنترل کننده برنامه جوش را اجرا می کند، هر شش محور را به طور همزمان هماهنگ می کند، حرکت ربات را با پوزیشنر یا نوار نقاله هماهنگ می کند و قفل های ایمنی را مدیریت می کند. کنترل‌کننده‌های مدرن صدها برنامه جوش را ذخیره می‌کنند و می‌توانند در کمتر از دو ثانیه بین شماره‌های قطعه جابه‌جا شوند و تولید انعطاف‌پذیر را در خطوط مشترک ممکن می‌سازند.

4. وسایل و موقعیت

تثبیت قطعه کار را در یک موقعیت شناخته شده و قابل تکرار نسبت به سیستم مختصات ربات نگه می دارد. پوزیشنرها پوشش کار ربات را گسترش می دهند و اجازه می دهند که جوش در موقعیت بهینه صاف یا افقی حتی در مجموعه های پیچیده انجام شود و کیفیت جوش را بهبود بخشد و اعوجاج را کاهش دهد.

5. سنجش و ردیابی درز

پیشرفته جوشکاری رباتیک systems حسگرهای بینایی لیزری، حسگر ولتاژ قوس یا حسگر از طریق قوس را برای تشخیص موقعیت واقعی درز در زمان واقعی و تصحیح مسیر مشعل در صورت جابجایی قطعه کار ترکیب کنید. ردیابی درز تحمل تناسب را در خود جای می دهد مثبت یا منفی 1 تا 3 میلی متر بدون توقف تولید

چه نوع فرآیندهای جوشکاری در جوشکاری رباتیک استفاده می شود؟

جوشکاری رباتیک اتوماسیون هر روش قوس، پرتو یا مقاومت قابل کنترل از طریق پارامترهای قابل برنامه ریزی است. شش فرآیند بر تاسیسات تجاری تسلط دارند.

جوشکاری رباتیک MIG/MAG (GMAW).

جوشکاری قوس فلزی گازی رایج ترین فرآیند در این زمینه است جوشکاری رباتیک سیستم ها در سراسر جهان، حسابداری برای برآورد 65 تا 70 درصد از تمام تاسیسات جوش قوس الکتریکی رباتیک . الکترود سیم مصرفی با تغذیه مداوم اتوماسیون را ساده می کند زیرا تحویل سیم از نظر مکانیکی سازگار است و نرخ رسوب بالا است. ربات‌های GMAW بر خودروهای بدنه به رنگ سفید، ساخت فولاد سازه‌ای و تولید تجهیزات کشاورزی تسلط دارند.

جوشکاری رباتیک TIG (GTAW).

جوش قوسی تنگستن گاز با بالاترین کیفیت جوش در بین هر فرآیند قوس الکتریکی را بدون پاشش و کنترل حرارت دقیق ایجاد می کند. Robotic TIG برای تجهیزات پردازش مواد غذایی از جنس استنلس استیل، قطعات هوافضا و دستگاه های پزشکی استفاده می شود. سرعت های معمول سفر از 100 تا 300 میلی متر در دقیقه کندتر از MIG هستند، اما اتوماسیون ربات، گلوگاه مهارتی را که TIG دستی را بسیار کار فشرده می کند، از بین می برد.

جوشکاری رباتیک نقطه ای (مقاومتی).

جوشکاری نقطه ای مقاومتی روش اتصال غالب در ساخت بدنه خودرو است. یک وسیله نقلیه مسافربری معمولی شامل 3000 تا 5000 جوش نقطه ای منفرد ، تقریباً همه توسط روبات ها ساخته شده اند. زمان چرخه در هر نقطه 1 تا 3 ثانیه است و سیستم های روباتی می توانند 400 تا 600 نقطه در ساعت را به طور مداوم انجام دهند.

جوشکاری رباتیک لیزری

جوشکاری لیزری رباتیک یک جوش باریک و عمیق با حداقل ناحیه متاثر از حرارت و سرعت حرکت تا 10 متر در دقیقه برای فولاد گیج نازک برای مهر و موم های هرمتیک، اتصال بسته باتری در وسایل نقلیه الکتریکی، و محفظه های الکترونیکی دقیق که اعوجاج باید به حداقل برسد، عالی است.

جوشکاری با هسته شار (FCAW)

FCAW از یک سیم لوله‌ای پر از شار استفاده می‌کند که نرخ رسوب‌گذاری بالایی را در بخش‌های ساختاری ضخیم در محیط‌های بیرونی که محافظ گاز غیرعملی است، امکان‌پذیر می‌سازد. FCAW روباتیک در سازه های دریایی، تجهیزات ساختمانی و ساخت واگن های ریلی رایج است.

جوشکاری قوس پلاسما (PAW)

جوشکاری قوس پلاسما یک نوع پرانرژی TIG با قابلیت نفوذ بیشتر و سرعت حرکت بیشتر است. پلاسمای رباتیک برای جوشکاری سوراخ کلید قطعات هوافضای تیتانیوم، لوله‌های فولادی ضد زنگ و مخازن تحت فشار استفاده می‌شود که در آن جوش‌های با نفوذ کامل تک گذر جایگزین روش‌های چند پاسی می‌شوند.

عنوان: مقایسه فرآیندهای جوشکاری مورد استفاده در سیستم‌های جوشکاری رباتیک، نشان‌دهنده سرعت معمول سفر، نیازهای پرکننده، سطح پاشش، مواد مناسب و کاربرد صنعتی اولیه.

جوشکاری رباتیک در مقابل جوش دستی: مقایسه مستقیم

تصمیم بین جوشکاری رباتیک و جوش دستی اساساً یک مسئله حجم، تکرارپذیری و اقتصادی است. هیچ کدام برتری جهانی ندارند.

عنوان: مقایسه سر به سر جوش رباتیک در مقابل جوش دستی در 9 عامل عملکرد و اقتصادی مرتبط با تصمیم گیرندگان تولید.

چرا سازندگان جوشکاری رباتیک را اتخاذ می کنند: مزایای کلیدی

پرونده تجاری برای جوشکاری رباتیک مبتنی بر شش مزیت ترکیبی است که با افزایش حجم تولید آشکارتر می شود.

کیفیت جوش ثابت در مقیاس

A ربات جوشکاری پارامترهای زاویه مشعل، سرعت حرکت، نرخ تغذیه سیم، و پارامترهای قوس مشابه را در قطعه شماره 1 و قطعه شماره 10000 به طور یکسان اجرا می کند. مطالعات تامین کنندگان ردیف 1 خودرو در حال گذار از جوشکاری دستی به رباتیک MIG کاهش نرخ نقص سند جوشکاری 60 تا 80 درصد و کاهش هزینه های دوباره کاری بین 40 تا 60 درصد.

زمان و توان عملیاتی Arc-On بالاتر

یک جوشکار دستی ماهر 20 تا 35 درصد زمان قوس الکتریکی را در طول یک شیفت به دست می آورد و مابقی آن را صرف موقعیت یابی، بازرسی، برش دادن و استراحت می کند. الف جوشکاری رباتیک cell با یک پوزیشن‌گر هماهنگ و جریان کار با بارگذاری جزئی، زمان روشن شدن قوس را حفظ می‌کند 85 تا 95 درصد ، سه تا پنج برابر فلز جوش رسوب داده شده در هر ساعت شیفت را تحویل می دهد.

بهبود ایمنی کارگران

جوشکاری یکی از خطرناک ترین فرآیندهای تولیدی است. فلاش قوس باعث آسیب دائمی شبکیه می شود. اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز پوست در معرض را می سوزاند. دود جوش حاوی کروم شش ظرفیتی، منگنز و سایر ترکیبات مرتبط با بیماری های تنفسی است. جوشکاری رباتیک اپراتور را کاملاً خارج از ناحیه قوس حرکت می کند. اداره آمار کار ایالات متحده تقریباً ثبت می کند سالانه 560000 آسیب ناشی از جوشکاری در نیروی کار - اتوماسیون مستقیماً این قرار گرفتن در معرض را کاهش می دهد.

کاهش هزینه نیروی کار برای هر قطعه

با فرماندهی جوشکار خبره 25 تا 45 دلار در ساعت در آمریکای شمالی و اروپا از جمله مزایا و سربار، یک سلول رباتیک MIG میان رده به قیمت 150000 دلار، که دو شیفت کار می کند، معمولاً بازدهی را به دست می آورد. 18 تا 36 ماهگی هنگام تعویض دو موقعیت جوش دستی.

قابلیت عملیات 24/7

A جوشکاری رباتیک system به وقفه نیاز ندارد، بیمار را فرا نمی خواند و برای عملیات شیفت سوم نیازی به اضافه کاری ندارد. اجرای یک سلول ربات برای سه شیفت، 21 ساعت کارآمد در روز را در مقابل 7 تا 8 ساعت جوشکار دستی ارائه می دهد، که ظرفیت را در ضریب سه از همان فضای کف زمین ضرب می کند.

بهره وری مواد

چون جوشکاری رباتیک به طور دقیق گرمای ورودی و حجم سیم برنامه ریزی شده را ارائه می دهد، بزرگی جوش حذف می شود. مطالعات در ساخت فولاد سازه‌ای نشان می‌دهد که سلول‌های رباتیک مصرف سیم را کاهش می‌دهند 15 تا 25 درصد در هر اتصال در مقایسه با تمرین دستی روی همان نقشه، به طور مستقیم هزینه مواد و اعوجاج پس از جوش را کاهش می دهد.

چه صنایعی از جوش رباتیک و برای چه کاربردهایی استفاده می کنند؟

جوشکاری رباتیک تقریباً در تمام صنایع فلزکاری نفوذ کرده است. جدول زیر نشان می دهد که در کجا پذیرش بالاترین است و کدام برنامه ها باعث سرمایه گذاری می شوند.

عنوان: صنایعی که از سیستم‌های جوشکاری رباتیک با مناطق کاربردی اولیه، فرآیندهای غالب و سطح پذیرش نسبی اتوماسیون در هر بخش استفاده می‌کنند.

هزینه یک سیستم جوش رباتیک چقدر است؟

کل هزینه یک جوشکاری رباتیک نصب بر اساس فرآیند، توان عملیاتی و پیچیدگی یکپارچه سازی بسیار متفاوت است. درک تصویر کامل هزینه برای یک مورد تجاری دقیق ضروری است.

• سلول MIG cobot سطح ورودی: 50000 تا 90000 دلار شامل یک بازوی ربات مشترک (معمولاً 6 تا 10 کیلوگرم محموله)، منبع تغذیه MIG، بسته اصلی مشعل، و نصب ساده میز است. مناسب برای هندسه مفصلی کم حجم و ساده در SMEها.
• سلول استاندارد صنعتی MIG: 120000 تا 250000 دلار ربات 6 محوره صنعتی کامل، منبع برق دیجیتال، سیم برش اتوماتیک و مشعل پاک کن، حصار ایمنی، پوزیشنر پایه و برنامه نویسی. اکثر کاربردهای ساخت با حجم متوسط ​​را پوشش می دهد.
• سلول دو ایستگاهی با تولید بالا: 250000 تا 500000 دلار چیدمان دو ایستگاهی با پوزیشنر سروو که به یک ایستگاه اجازه می دهد تا بارگذاری کند در حالی که دیگری جوش می دهد و زمان قوس الکتریکی را بالای 90 درصد حفظ می کند. استاندارد برای ردیف 1 خودرو و ساخت ساختاری بالای 500 قطعه در روز.
• سلول روباتیک لیزری: 400000 تا 1500000 دلار منبع لیزر فیبر (معمولاً 2 تا 10 کیلو وات)، ربات با دقت بالا، محفظه ایمنی لیزر، هدایت بینایی و استخراج دود. برای اتصال باتری EV و الکترونیک دقیق مورد نیاز است.
• خط تمام اتوماتیک با نوار نقاله و دید: 1,000,000 تا 10,000,000 دلار یا بیشتر. خطوط چند رباتی با تغذیه خودکار قطعات، بازرسی درون خطی و ادغام MES. نمونه کارگاه های بدنه خودرو و تولید کالاهای سفید.

برنامه نویسی، راه اندازی، آموزش اپراتور و تعمیر و نگهداری مداوم، سالانه 15 تا 25 درصد هزینه تجهیزات را در سه سال اول بهره برداری اضافه می کند. فاکتورگیری اینها در مقایسه با قیمت تجهیزات به تنهایی، محاسبات بازپرداخت واقعی تری را ایجاد می کند.

سوالات متداول در مورد جوشکاری رباتیک

چرا جوشکاری رباتیک آینده ساخت فلز است؟

جوشکاری رباتیک از فناوری قابل دسترسی فقط برای مونتاژکنندگان بزرگ خودرو به فناوری ای که از نظر اقتصادی برای سازندگان سایز متوسط و به طور فزاینده ای مغازه های کوچک مقرون به صرفه است، حرکت کرده است. قیمت بازوهای ربات صنعتی تقریباً کاهش یافته است 50 درصد به صورت واقعی در 20 سال گذشته ، در حالی که هزینه های نیروی کار ماهر همچنان در حال افزایش است و کمبود جوشکار عمیق تر می شود. تقاضای فزاینده مشتریان برای کیفیت جوش مستند، موارد اتوماسیون را هر ساله قانع‌کننده‌تر می‌کند.

با نگاه به آینده، نسل بعدی جوشکاری رباتیک technology توسط سه پیشرفت همگرا شکل گرفته است: ردیابی درز مبتنی بر هوش مصنوعی تطبیقی که از تناسب ضعیفی که قبلاً به قضاوت انسان نیاز داشت، رسیدگی می‌کند. شبیه سازی دیجیتال دوقلویی که کل برنامه های جوش را قبل از ساخت یک قطعه فیزیکی تایید می کند. و پلتفرم‌های ربات متحرک که اتوماسیون جوشکاری را به سازه‌های ثابت بزرگ مانند کشتی‌ها، مخازن تحت فشار و بخش‌های برج باد می‌آورند.

برای تولیدکنندگانی که ارزیابی می کنند که آیا جوشکاری رباتیک برای عملکرد آنها مناسب است، نقطه شروع عملی داده های تولید است: تعداد اتصالات جوش در هر قطعه، حجم سالانه، نرخ فعلی دوباره کاری، و هزینه بارگذاری شده کار جوشکاری دستی. با این چهار عدد، یک مدل ROI معتبر را می توان در چند ساعت ساخت و در اکثر محیط های تولیدی با حجم متوسط ​​امروزی، اعداد به طور قطعی به نفع اتوماسیون هستند.