现在是实现焊接操作自动化的合适时机吗？担心经验丰富的焊工能留多久？需要提高您的吞吐量，但不知道如何利用可用的劳动力？受到更坚硬材料的挑战？各种技术进步使得通过自动化焊接操作解决这些问题变得相对容易，而且回报速度惊人。
快三倍
即使是自动化焊接系统也需要有经验的焊工。许多公司都提供培训计划。自动化焊接分为两大类，即所谓的“固定”自动化和“柔性”（或机器人）焊接。固定自动化通常特定于应用程序，并且当零件几何形状和焊缝非常简单时最好。例如，它通常是焊接的最佳解决方案荷兰国际集团管道。但对于大多数工业应用和任何复杂的事物，机器人焊接是理想的选择，这也是本文的重点。
正如林肯电气公司（克利夫兰）的内部销售经理 Jason Lange 所解释的那样，“机器人焊接的主要目的机器人将帮助提高焊接的可重复性。第二是减少对焊工的虐待。整天移动部件并在不同的固定装置下爬行对人来说很费力。机器人有助于符合人体工程学。”
让焊工更轻松地工作变得尤为重要，因为他们越来越难找了。 “全国有很多技术学校投资于焊接项目，试图帮助弥合这一差距，”兰格继续说道。 “但在任何一天，退休的人数都超过了接替的人数，从而造成了空缺。机器人焊接有助于填补这一空白。”
Miller Electric 和其他公司提供预先设计的机器人焊接自动化单元，包括除电源和气体供应之外的焊接所需的一切。 与此同时，“机器人系统的回报通常比您想象的要好得多，”Miller Electric Mfg. Co.（威斯康星州阿普尔顿）的业务开发经理 Erik Miller 解释说。“一个机器人系统将制造与三个焊工一样多的零件。您每个班次可以节省两份工资，平均预制单元成本为 100,000 美元到 120,000 美元。它在大约一年内收回成本。通常，如果您可以自动化流程并且在不到一年的时间内获得回报，这是你马上要做的事情。如果是两年，这是你应该认真考虑的事情。”
因此，机器人自动化对提高吞吐量有很大帮助。但接受采访的消息人士称文章字符串认为它不能替代熟练的劳动力。正如 Lange 所说，“您仍然需要高素质的焊接人员来操作该机器人。”
改变材料是实现自动化的另一个原因
离线编程使得设置自动化焊接工艺更容易、更快捷。根据 Erwin DiMalanta 主任 Erwin DiMalanta 的说法，过去十年工作材料的变化推动了焊接技术的改进，其中许多技术是无法手动应用的，例如激光焊接。焊接和切割业务线，ABB Robotics（密歇根州奥本山）。 “从采矿车到汽车的所有制造商都在使用不同的材料来降低成本和重量，并适应不同的动力总成解决方案，”他说。 “汽车制造商已经转向更多的高强度和超高强度钢，它们的冶金特性使它们更坚固、更轻、更耐腐蚀，同时还具有高成型性和可焊性。这极大地改变了金属结构的设计、成型和组装方式。”尽管制造商可能使用传统的冲压模具来切割零件的特征，但他们现在正在使用热冲压工艺和自动化激光技术来成型和切割零件。
“另一个例子是改用铝材以获得更多应用，”DiMalanta 说。 “根据汽车的不同，现在多达 90% 的车身可能是铝制的。由于其较高的导电性，您需要更多的电流来点焊铝，而电流就是热量的代名词。然而，我们要使用更薄的量具材料。在某些车辆中，材料厚度约为 1 毫米。那么，您如何应对这些相反方向的趋势呢？”
答案是改进d 电弧焊的电子和机械控制技术，并增加了激光焊接的使用。对于电弧焊，DiMalanta 说：“电源现在非常先进并且是电子控制的。材料在熔池中的沉积受到仔细控制，具有定制的波形。” Miller 补充说，这种特殊波形“控制零件的热输入，这可以减少变形，还可以改善焊缝的外观。”
他还提到了松下的一种称为 Active Wire 的机械方法。 “这是一种双向送丝，向前送丝以形成短路，然后从水坑中倒退，以 120 赫兹的频率重复这种缝纫机式的动作。这减少了热输入，也大大减少了飞溅。它还提高了每条焊缝引弧的一致性。它在铝焊接和薄金属板焊接中非常受欢迎。”
com 越轻DiMalanta 表示，材料必须变得越先进，才能在保持强度的同时实现复杂的结构。 “机器人及其先进的软件系统有助于将处理这些材料的过程与机器人的路径联系起来。”
激光焊接是一个引人注目的选择
凭借其闪电般的快速焊接能力焊接多种材料（包括异种材料），激光可能是几十年来焊接领域发生的最大变化。正如 Trumpf Inc.（伊利诺伊州霍夫曼庄园）激光焊接高级高级技术工程师 Masoud Harooni 所说，“近年来激光焊接领域最大的新闻是激光价格的下降。
”激光焊接系统更容易控制，”Harooni 继续说道。 “你选择一种力量和一种速度。一旦调整好，您就可以处理整个零件，几乎没有飞溅。在电弧焊中，您必须保持电弧并且焊接参数对割炬与工件之间距离的任何变化。 [工件]的不同部分需要更多或更少的电流，这会导致工艺稳定性降低。尽管现代弧焊系统的反馈回路非常好，但这些系统从未真正得到完美调整。与通常需要打磨的电弧焊部件相比，激光焊接部件需要的后处理要少得多。您还面临着处理飞溅和需要清洁弧焊系统中的喷嘴的问题。”
也许更重要的是，激光焊接可以实现更深的焊接而不会造成热损伤，即使是在铝和铝等材料中也是如此。在电弧焊中容易开裂或产生气孔的镁。 Harooni 解释说，这是因为激光可以达到每平方厘米 108 瓦的功率密度。这会产生一个锁眼，这是一个通过蒸发工件金属而形成的深空区域。当激光束沿着它保持的部分移动时其微小的钥匙孔被熔池包围，而后面的材料则凝固。
“您可以得到牢固、深的焊缝，而不会向零件输入过多的热量，”他说。 “电弧焊不具备功率密度，所以要实现更深的焊缝，唯一的办法就是增加热输入。热输入少且变形小的焊接部件的机械性能比热输入高的部件好得多。”
Miller 表示，“激光焊接最初的影响是在汽车焊接中，由于高体积和[技术优势]。钣金制造商还应关注激光焊接。真正的好处在于取代电阻点焊，这对于中小批量制造来说可能具有挑战性。固定可能很困难，因为需要接触零件的顶部和底部，而激光焊接只需要顶部接触，因此更容易实现自动化。您也可以使用较低的 p用于激光焊接的载重机器人，以及一个简单的固定光学元件。”
与带有强壮手臂的大型载重机器人相比，它携带带有两个电极的大型工具，制造商现在可以使用更安全的 8 公斤机器人，安装一个工艺头，并相对容易地实现电阻点焊的自动化。
“在钣金件中，激光焊接有益的另一个领域是盒子制造，”他说。 “需要美观的外角焊缝，之后几乎不需要金属精加工，这是我们非常感兴趣的领域。”
根据 Miller 的说法，激光提供了一个很好的解决方案在访问受限的部分。激光只需要瞄准线即可进行焊接，而在电弧焊应用中，机器人必须在零件内部和周围移动笨重的焊炬，这可能非常困难。 “在激光焊接中，我们通常距离工件 500 毫米。就像用射线枪射击一样。激光也有o 更高的加工速度和更低的零件总热输入，从而减少变形。它是自熔焊接的完美工具。”
Harooni 解释说，激光焊接的缺点是您“要么必须确保组件之间几乎没有间隙，要么使用结合了激光的熔合线用金属丝辅助焊接，将金属丝熔化到池中，这样就可以覆盖间隙。但激光焊接速度要快得多，因此在夹具上额外投资是非常值得的。例如，如果您每天使用机器人电弧焊制造 50 个零件，机器人激光焊接一天可以生产 300、500 甚至数千个相同的零件。”
进入焊接自动化
投入焊接自动化比以往任何时候都容易。首先，主要参与者提供离线设置软件，在 PC 上以高度真实的方式对下一个工作进行编程，将该程序传输到机器人，然后启动井d. ABB 甚至使用虚拟现实技术让用户能够与机器人焊接设备“协作”。
“可以说，你可以真正地抓住机器人的脖子，并像对待狗一样指挥它一条皮带，”DiMalanta 解释道。 “这比使用示教器直观得多。”
其次，这些系统可以具有自动适应从一个零件到下一个零件的位置变化并监控焊接质量的机制。
正如 Miller Electric 的产品专家 David Schaefer 所解释的那样，“有几种传感器类型可以处理接头位置的变化。一种是简单的触摸感应，另一种是弧形焊缝跟踪。使用触摸感应时，机器人可以下降并使用其弧焊丝探测零件。它会检查编程位置和实际位置之间的差异，以便基本上重新编程。
“在弧形焊缝跟踪中，当您穿过接头时，与角焊缝或搭接焊缝一样，如果材料足够厚，它会检测安培数的变化并确定它何时进入接头以及何时离开接头，然后在焊接时跟踪该焊缝，”Schaefer 继续说道。 “您还可以选择使用激光光学器件代替线型传感，但这是相同的基本想法。”
林肯电气公司的 Lange 说，“另一种方法是通过摄像头拍摄零件的 2D 或 3D 图片。我们可以根据零件的物理位置来偏移程序和偏移关节。较新的相机不会像几年前的相机那样受到零件眩光的影响。他们能够看到更多颜色并阅读零件的定义，从零件中区分阴影和反射。” Harooni 补充说，“今天的光学技术还使我们能够实时检查焊接质量，而无需破坏性测试。”
第三，机器人都提供某种形式的碰撞检测。 Miller Electric 的 Miller 表示，这代表了机械臂本身最显着的改进。 “以前，客户会根据已知的割炬 X-Y-Z 位置创建程序。假设机器人已经焊接了一半的班次，而操作员没有打开夹具。机器人可能会撞到夹子上，使火炬弯曲。这将导致该程序中的每条焊缝都不对齐，因为焊炬的末端已经弯曲并且位置已经改变。如今，如果机器人撞到一个物体，即使速度很高，它也会将由此产生的电流尖峰视为障碍物。这会导致机器人立即进入柔性伺服模式，从而将制动器的应用延迟一段为每个轴指定的距离。实际上，机器人会“跛行”。这允许机器人耗散动量，最大限度地减少对机器人的损害电子工具。这意味着您可以在不弯曲火炬的情况下进行高速碰撞。”
第四，所有主要参与者都提供预先设计的机器人单元，您需要的一切都放在托盘上（或几个）。 Lange 说：“工作单元将是一个完全设计的单元，所有保护措施都已到位。” “你通常会看到围栏或钢墙，通常是安全扫描仪、灯、使机器人能够运行的按钮、钥匙互锁装置，以及机器人前面的某种定位装置，例如转盘或摩天轮。这些设备将零件带入工作区，而操作员则在另一侧装载其他零件。或者你可以有一个固定的桌子供机器人处理。如果需要，还会有焊接电源、焊枪和一些用于清洁钻头的铰刀。你只需要将它连接到电力和气源上。”如果其中一个现成的解决方案不起作用，定制的交钥匙解决方案
那么有什么可担心的呢？
“当我们就焊接自动化向潜在客户咨询时，我们会查看他们的上游制造，”Miller Electric 的 Schaefer 解释说。 “如果他们使用激光和 CNC 设备来弯曲、制动和切割材料，那么与手工切割或使用锯切相比，他们在机器人焊接方面会取得更大的成功。这些商店现在可以侥幸逃脱，因为当他们手工焊接零件时，焊工可以相应地进行调整，但机器人不会。” Miller 补充说，焊接通常是工厂最后实现自动化的事情，因为上游流程必须首先准确。 “零件必须精确切割，然后精确弯曲。然后你可以焊接它们，”他说。
除了确保零件可重复，还需要限制或消除间隙的夹具，正如 Schaefer 解释的那样：“你不能焊接空气。人工操作员可以看到间隙并做出相应反应，一般通过增加导线伸出量来降低安培数，从而降低热量和穿透力，然后开始编织以填补间隙。机器人不会这样做。它会烧穿。”
相反，Lange 表示，一些客户在某些情况下花费了数千或数十万美元用于固定零件的工具，而他们可以通过改进上游流程将价格降低一半。这提供了下游所需的可重复性，最终降低了工具成本并减少了返工和报废的数量。
在零件质量和可重复性之后，下一个最重要的问题是“了解和理解相关的焊接工艺焊接本身并通过自动化设备进行焊接，”Lange 说。
那么您应该培训谁来运行自动化焊接？经验丰富的焊工或渴望学习焊接的人（需要数周时间）pl我们焊接自动化。
Schaefer 警告说，“您需要在工厂中建立正确的文化。有工作的人可能会因为自动化进入设施而感到威胁。我会非常坦率地向我的员工说明好处，它如何使公司更有效率，帮助它成长并更具竞争力并最终雇用更多人。”
最后，批量大小必须是大到足以实现自动化。正如 Lange 所说，“如果您的批量运行大约一天或一天半，那么进行离线编程、安装机器人并进行快速设置所花费的时间肯定会产生良好的回报。如果您每小时都在更换零件，您的投资回报率可能不会那么有效。”
