Soudage robotisé :comment les robots peuvent aider à automatiser les tâches de soudage

Le soudage robotisé est le processus d'utilisation d'un système d'automatisation pour effectuer des tâches de soudage. En savoir plus sur les robots de soudage et comment automatiser votre premier projet de soudage dès aujourd'hui.

Un robot de soudage est une machine automatisée qui fonctionne dans une application de soudage. Les robots et le soudage ont une longue histoire. Il n'est donc pas étonnant que les applications de soudage robotisé aient souvent un fort retour sur investissement. Il existe souvent de nombreux intégrateurs et fabricants spécialisés dans le soudage robotisé.

Le but de cet article est d'explorer les bases du soudage robotisé et ses avantages. Cela vous aidera à acquérir un point de départ pour automatiser certains de vos processus.

Dans cet article :

• Industries pour le soudage robotisé
• Types de soudage robotisé
• Pourquoi automatiser le processus de soudage ?
• Types de robots utilisés pour le soudage
• Considérations supplémentaires

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Industries pour le soudage robotisé

Idéalement, les robots peuvent souder dans n'importe quelle industrie ayant des applications de soudage. Les industries les plus courantes pour les soudeurs robotisés sont :

• Automobile
• Aérospatiale
• Métaux
• Construction

Les entreprises de ces industries trouvent souvent un grand succès avec le soudage robotisé. La raison en est que les types de produits que ces entreprises fabriquent se prêtent facilement à l'automatisation. Dans un article précédent, nous avons évoqué les caractéristiques des tâches idéales pour les robots. Vous pouvez en savoir plus sur ce sujet ici :Robots industriels :le guide n°1 de la robotique pour toutes les industries .

Par exemple, l'industrie automobile est un grand utilisateur de robots de soudage. Les procédés de soudage automobile ont les caractéristiques suivantes :

• Effectuer la même soudure à plusieurs reprises
• Petite variation des pièces à souder
• Le processus comporte des dangers inhérents
• Nécessite des niveaux élevés de répétabilité et de précision
• Nécessite un débit élevé

Il est clair pourquoi le premier robot a été utilisé dans une application de soudage automobile !

Types de soudage robotisé

Il existe plusieurs types de soudure. Naturellement, vous vous demandez peut-être quels types de soudage les robots peuvent effectuer. Les robots peuvent généralement effectuer tout type de processus de soudage. Cela comprend :

• Soudage par points
• Soudage à l'arc
• Soudage par résistance
• Soudage MIG
• Soudage TIG
• Soudage laser
• Soudage plasma

Soudage par points est un type de soudage par résistance qui relie deux pièces de métal en un seul point. D'où le nom de "soudage par points". Ce processus utilise de grandes quantités de courant électrique à travers le métal pour créer d'immenses quantités de chaleur. Cette chaleur fait fondre le métal permettant à deux feuilles de se joindre.

Soudage à l'arc est une forme de soudage ancienne mais très courante. Comme son nom l'indique, le soudage à l'arc utilise un arc électrique pour souder le métal ensemble. Comme le soudage par points, l'électricité est le catalyseur de ce processus. Un courant passe à travers un bâton de métal jusqu'au matériau. Le bâton de métal est appelé électrode. Le courant apparaît sous la forme d'un arc lumineux. Cet arc fournit la chaleur nécessaire pour faire fondre les deux pièces de métal ensemble.

Soudage par résistance est un terme plus large pour plusieurs types de soudage. Cela inclut toute soudure où le courant électrique est passé par contact direct à travers deux pièces de métal pour les souder ensemble. Le soudage par points est un type de soudage par résistance. D'autres types incluent le soudage par projection et le soudage par cordon.

Soudage MIG est un type de soudage à l'arc. MIG signifie gaz inerte métallique. Il est souvent préféré pour sa vitesse et sa polyvalence avec différents types de métaux. Le soudage MIG est également courant pour les applications de soudage robotisé. Un composant supplémentaire du soudage MIG est l'utilisation d'un gaz de protection. Ce gaz protège le processus de soudage des contaminants qui peuvent se trouver dans l'atmosphère immédiate.

Soudage TIG est un autre type de soudage à l'arc. TIG signifie gaz inerte au tungstène. Ce processus utilise une électrode de tungstène pour créer son arc. Comme le soudage MIG, ce type utilise également du gaz pour la protection contre la contamination. Le soudage TIG est un type notoirement difficile à maîtriser pour les opérateurs. Il n'est pas non plus aussi rapide que d'autres types de soudage comparables. Ce qu'il perd en vitesse, il le gagne dans une soudure plus ciblée, souvent plus solide.

Soudure laser utilise un faisceau laser haute puissance pour créer des soudures petites et focalisées. Ce style permet un contrôle inégalé, ce qui le rend utile pour le soudage du métal et du plastique. Les systèmes de soudage au laser comprennent les types à fibre, à gaz et à semi-conducteurs. Ces systèmes offrent certains des taux de vitesse et de précision les plus élevés possibles pour l'industrie du soudage. Cependant, vous devez vous attendre à ce que les systèmes de soudage laser soient parmi les options les plus chères du marché du soudage.

Soudage plasma est similaire au soudage TIG et utilise parfois même une électrode en tungstène. Il diffère principalement dans la construction de la torche. La torche a une petite buse en cuivre qui éjecte l'arc à haute vitesse et température. C'est là que réside l'avantage du soudage plasma. Les températures d'arc standard pour le soudage plasma peuvent être comprises entre 25 000 °C et 30 000 °C. En comparaison, les températures standard pour d'autres types de soudage à l'arc peuvent être comprises entre 5 000 °C et 6 000 °C.

Pourquoi automatiser le processus de soudage ?

De nombreux facteurs poussent les entreprises à automatiser le processus de soudage. On constate d'énormes retours du soudage manuel au soudage automatisé. Les raisons courantes incluent :

• Améliorations du temps de cycle
• Coûts de main-d'œuvre et disponibilité
• Cohérence
• Précision
• Efficacité des matériaux
• Sécurité

Durée du cycle

Le temps de cycle est souvent une préoccupation immédiate pour les procédés de soudage à grand volume. Les applications qui nécessitent des niveaux de débit élevés trouvent parfois que la vitesse de l'opérateur est le facteur limitant dans la fabrication. En d'autres termes, les soudeurs manuels ont des limites de vitesse de soudage qui peuvent avoir un impact négatif sur les fabricants. Les robots peuvent souder à un rythme plus élevé que même les soudeurs humains qualifiés. Cette vitesse se retrouve non seulement pendant le processus de soudage lui-même mais aussi dans le temps nécessaire pour se déplacer entre les positions. De plus, les robots n'ont pas besoin de pauses ou de temps d'arrêt en raison du changement d'équipe. Un robot soudeur peut continuer à souder tant que le matériau est à sa disposition. Ces facteurs conduisent souvent au retour sur investissement le plus notable pour les fabricants.

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Coûts de main-d'œuvre et précision

Les soudeurs qualifiés sont une marchandise chère et limitée sur le marché du travail d'aujourd'hui. Cela met les fabricants dans une position difficile pour maintenir leurs opérations. Les différences de compétences entraînent des différences de qualité notables dans le soudage, ce qui a un impact négatif sur les ventes. De plus, les coûts de main-d'œuvre ont un impact considérable sur les résultats financiers d'un fabricant. Pour cette raison, de nombreuses entreprises considèrent que l'automatisation du processus de soudage est une décision nécessaire pour rester compétitives.

Cohérence

Le contrôle de la qualité est essentiel pour les applications de soudage. Les petites imperfections et incohérences provoquent des vides, des déformations et des faiblesses dans les soudures. Des problèmes comme ceux-ci peuvent même rendre le produit inutilisable. Cela conduit à plus de rebuts et de déchets. La plupart des fabricants suivent chaque année la quantité de matériaux gaspillés. Ce coût peut être récupéré grâce à l'intégration d'un robot de soudage dans votre processus. La cohérence de la robotique signifie la même qualité de soudage à chaque fois et moins de rebuts par rapport au soudage manuel.

Précision

Pour certaines applications, une extrême précision est requise. Ce niveau de performance n'est réalisable qu'en automatisant le processus de soudage. Le retour haute résolution fourni par les servomoteurs sur les robots permet une précision qui ne peut être égalée par les soudeurs humains. Cette précision est atteignable maintes et maintes fois puisque le robot ne se fatiguera pas non plus comme les soudeurs manuels.

Efficacité des matériaux

Les soudeurs robotisés sont plus efficaces avec l'utilisation de matériel. Puisqu'ils suivent un ensemble d'instructions programmé, les robots utiliseront la même quantité de matériau à chaque fois qu'ils souderont une pièce. Même les soudeurs qualifiés feront des erreurs et auront des incohérences. Il existe des variations dans la quantité de matériau de soudage consommé d'une pièce à l'autre dans le processus manuel. Ces matériaux comprennent les électrodes, le plasma, les gaz, etc.

Sécurité

Le processus de soudage est intrinsèquement dangereux. Ces dangers incluent :

• Choc électrique
• Son
• Exposition à l'arc
• Risques explosifs

Tout processus qui comprend de l'électricité à haute tension et des températures élevées sera dangereux pour les humains. Les soudeurs manuels sont toujours exposés à ces risques pendant le processus de soudage. Les blessures potentielles incluent :

• Brûlures
• Électrocution
• Perte auditive
• Cécité

Les accidents du travail coûtent cher. Cette dépense est atténuée avec l'utilisation de soudeurs robotisés. Il est important de se rappeler que les robots n'éliminent pas le danger du processus. Les robots retirent simplement un opérateur humain de l'exposition directe au processus. Vous devez suivre les protocoles de sécurité et les stratégies d'atténuation des risques appropriés lors de l'intégration d'un robot soudeur dans votre établissement.

Types de robots utilisés pour le soudage

Techniquement, tout type de robot stationnaire peut être utilisé dans une application de soudage. Ces types de robots incluent :

• Bras articulés
• Robots à six axes
• Robots SCARA
• Cylindrique
• Cartésien ou portique 

N'importe lequel de ces robots peut être un soudeur si un outil de soudage peut être monté à l'extrémité de son bras. Cependant, les types à six axes sont de loin le type de robots de soudage le plus courant. La raison en est qu'ils sont le type de robot le plus flexible. Le robot à six axes peut se contorsionner pour souder à des angles impossibles à atteindre par les autres types de robots. Ce robot peut également évoluer pour avoir une grande amplitude de mouvement requise pour de nombreuses applications de soudage.

Une innovation récente dans l'industrie du soudage robotisé est l'inclusion de robots collaboratifs à six axes pour le soudage. Les robots collaboratifs sont plus faciles à enseigner à de nouveaux processus que les robots industriels standard. Le processus d'enseignement se fait souvent avec une technique de guidage manuel. Un opérateur peut guider le robot à travers le processus à la main pour lui apprendre une nouvelle pièce à souder. Cela donne à la robotique une place pour les applications de volume moyen. Les robots industriels standard nécessitent l'écriture d'un nouveau code pour enseigner une nouvelle pièce. Cela peut nécessiter qu'un spécialiste passe plusieurs heures à plusieurs jours pour développer et tester le code. Un opérateur peut apprendre une nouvelle pièce à un cobot en quelques minutes.

Une note importante ici est que les robots de soudage collaboratifs ont des limites. Des facteurs tels que la taille, la vitesse et la capacité de charge utile signifient que les robots collaboratifs ne conviendront pas à toutes les applications de soudage. Il est important de prendre en compte les exigences spécifiques de votre application pour déterminer si un robot collaboratif est la bonne solution pour votre robot de soudage. Un expert peut vous aider à prendre cette décision. Le réseau de conseillers indépendants de HowToRobot peut vous aider à déterminer où et comment automatiser.

Considérations supplémentaires

Il y a des considérations supplémentaires dont vous devez tenir compte avec les soudeurs robotisés. Un robot peut rarement être introduit dans un processus sans équipement supplémentaire. Les robots peuvent également ne pas fonctionner dans toutes les applications de soudage. Pour ces raisons, il est important d'identifier des fournisseurs expérimentés.

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L'équipement supplémentaire peut inclure des gabarits et des systèmes de sécurité. Un gabarit est un système mécanique qui maintient et présente les pièces à souder au robot de manière prévisible. Les gabarits peuvent être des choses comme des tables rotatives ou des systèmes de serrage selon l'application. Les gabarits peuvent également être considérablement coûteux. Pour cette raison, il est important de réfléchir à la manière dont la pièce sera présentée au robot pour votre procédé de soudage.

Comme pour tout robot, les équipements de sécurité doivent être inclus dans le coût global du projet. L'équipement de sécurité peut inclure :

• Cages de sécurité
• Capteurs
• Rideaux lumineux
• Scanners de sécurité
• Relais de sécurité

Le processus de soudage comporte des risques supplémentaires qui rendent la sécurité encore plus importante à prendre en compte. Les robots sont conçus pour effectuer automatiquement sa tâche à plusieurs reprises. Les systèmes de sécurité garantissent que si des opérateurs humains ou des obstacles sont présents, le robot se comportera de manière sûre et prévisible.

Quand les robots de soudage sont-ils une mauvaise idée ?

Il existe certains scénarios où les robots peuvent ne pas être bénéfiques pour votre application. Certains processus peuvent trop varier dans le type de produit utilisé. Par exemple, considérons une entreprise qui produit de nombreuses pièces personnalisées en petits volumes. Cette entreprise peut se retrouver à reprogrammer un robot plusieurs fois par an. Ce coût supplémentaire et ce temps d'arrêt peuvent rendre un robot inefficace pour ce processus.

Les autres risques incluent les dépendances vis-à-vis des robots dans certaines applications. Si une seule panne de robot peut retarder un processus entier, vous pourriez vous exposer à des risques. Pour cette raison, il est important de mettre en place des mesures de maintenance préventive et des pièces de rechange.

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Il est important de se rappeler que les systèmes de soudage robotisés nécessitent un investissement initial important. Cela conduit à une barrière d'entrée élevée sur le marché du soudage robotisé pour certains fabricants. Vous pouvez utiliser l'outil RFQ de HowToRobot pour recevoir des devis et des offres de fournisseurs de robots en fonction de vos besoins afin de voir quels pourraient être vos coûts.