Если вы когда-либо проводили время в сварочном цехе (или даже смотрели передачу о производстве), вы знаете, насколько важна скорость — для линии, гонки и, да, даже для сварки. Но вот в чем дело: я продаю мобильных коллаборативных сварочных роботов уже несколько лет, и мне постоянно задают один вопрос: «Правда ли скорость движения робота ухудшает качество сварки?» Это не случайный ответ «все зависит» — за этим стоит реальная наука, и если вы производитель, пытающийся сократить расходы, не сжигая детали, это имеет значение.
Начнем с основ. Качество сварки – это не только красивый внешний вид (хотя красивые сварные швы помогают при проверке). Речь идет о проникновении, плавлении, отсутствии пористости и минимальном разбрызгивании. Скорость движения робота напрямую определяет, как долго сварочная ванна подвергается воздействию источника тепла — обычно MIG, TIG или плазмы для совместных роботов. Слишком быстро, и вы не дадите металлу достаточно времени, чтобы расплавиться должным образом или чтобы присадочный металл (если он используется) втек в шов. Слишком медленная скорость приведет к перегреву основного металла, что приведет к деформации, прожогу или даже растрескиванию. Это жесткий баланс, особенно когда вы работаете с мобильной настройкой и фиксированной рукой — подробнее об этом позже.
Давайте разберем влияние скорости. Во-первых, проплавление: это то, насколько глубоко сварной шов проплавляется в основной металл, что не подлежит обсуждению для деталей конструкции (например, сельскохозяйственного оборудования, металлических рам или сверхпрочных кронштейнов). Если робот движется слишком быстро, тепловложение на единицу длины падает. Например, если ваш сварочный ток составляет 180 А, а напряжение 24 В, движение со скоростью 10 дюймов в минуту (дюйм в минуту) вместо 20 дюймов в минуту означает, что на каждый дюйм шва подается вдвое меньше тепла. Тонкий металл может сойти с рук при быстрых движениях, но толстая сталь? Вы получите неглубокий, слабый сварной шов, который сломается под давлением. Я видел, как производители проверяли это на старых деталях — слишком быстро, и сварной шов каждый раз ломался во время испытания на растяжение.
Затем происходит плавление: это когда сварочная ванна плавит обе части основного металла, так что они соединяются вместе, а не только наполнитель, находящийся сверху. Низкая скорость может показаться полезной для большего нагрева, но слишком медленная может привести к «чрезмерной сварке» — наполнитель образует слишком много луж, не смешивается с основным металлом и создает хрупкие соединения. Пористость — это еще один большой пузырь газа, который образуется, когда сварной шов остывает слишком быстро или вокруг слишком много воздуха. Если робот движется с правильной скоростью, газ может выйти до того, как металл затвердеет. Слишком быстро металл остывает раньше, чем выходят пузырьки; слишком медленно, и избыточное тепло может затянуть воздух в шов. Брызги тоже — никто не любит их убирать. Высокая скорость может привести к нестабильной дуге, в результате чего брызги разлетятся повсюду, тогда как низкая скорость может привести к тому, что дуга останется в одном месте и приведет к дополнительным брызгам или прожогу.
Я продаю мобильных коллаборативных сварочных роботов, поэтому давайте поговорим о том, как мобильность меняет ситуацию. Неподвижные роботы закреплены в одном месте, поэтому их скорость одинакова по всей рабочей зоне. Мобильные катятся на колесах, поэтому их движение может немного смещаться, если пол не идеально ровный или деталь неровная. Вот почему мобильные установки должны иметь калиброванные элементы управления скоростью: если ваш робот замедляется, преодолевая небольшой провал в цехе, вы можете получить там прожог, в то время как удар заставит его ускориться и пропустить определенное место. Однажды я работал в небольшом производственном цехе, который перешел с стационарного робота на нашего мобильного коллаборативного сварочного робота и подумал: «Скорость есть скорость» — они не проводили повторную калибровку для неровного пола, и им пришлось переделывать 20% своих деталей в течение месяца. Как только они отрегулировали скорость для каждой секции, она упала до менее 2%.
Подождите, не все сварочные роботы одинаковы, верно? Мы предлагаем разные модели для разных задач. Например, сварочный робот с вылетом руки 1600 идеально подходит для более крупных деталей, до которых не может добраться фиксированная рука, поэтому скорость имеет значение для получения равномерных сварных швов на большей поверхности. Наш программируемый коллективный сварочный робот позволяет вам вводить индивидуальную скорость для каждой траектории сварки, что меняет правила игры для деталей с различной толщиной соединения, например, для кронштейна, который толстый в одном месте и тонкий в другом. Если вы просто используете скорость одного размера, вы испортите оба конца. Кроме того, наш робот для магнитной сварки отлично подходит для удержания деталей на месте во время сварки, поэтому движение робота не смещается в середине работы. Стабильность детали также зависит от скорости, потому что, если деталь движется, робот должен компенсировать это, и скорость может снизиться.
Давайте перейдем к реальным цифрам. Обычное испытание, которое мы проводим с клиентами: тонкая сталь (1/8 дюйма) для прицепов. Оптимальная скорость — 15–18 изображений в минуту. Если увеличить скорость до 25 дюймов в минуту, проникновение упадет на 30% — сварной шов не выдержит во время испытания под нагрузкой. Перейдите на скорость 10 дюймов в минуту, и вы получите прожог тонкого металла. Для более толстого металла (1/4 дюйма) золотая середина на 10–12 дюймов в минуту медленнее, чтобы обеспечить достаточное проникновение без перегрева. Это не случайно; это результаты наших собственных испытаний, а также отраслевых стандартов Американского общества сварщиков (AWS), которые я всегда рекомендую проверять, потому что это не только наши разговоры о продажах.
Еще один фактор: угол хода. Скорость робота зависит от угла, под которым он движется: угол сопротивления и толкания. Если вы используете угол толкания (обычный для MIG), немного более низкая скорость может помочь при сварке, тогда как угол сопротивления требует немного большей скорости. Но если скорость вашего робота снижена, даже правильный угол этого не исправит. У меня были клиенты, которые спрашивали, могут ли они просто установить робота на «среднюю» скорость и игнорировать ее — ни в коем случае. Каждое соединение, каждая деталь, каждый материал требует регулировки скорости. Вот почему коллаборативные роботы лучше подходят для мелкосерийных работ, поскольку вы можете настроить скорость для каждой детали, в отличие от стационарных роботов, которые настраиваются один раз для массового производства.
А как насчет типичных ошибок? Новые пользователи роботов часто думают быстрее = больше деталей в час, поэтому они увеличивают скорость. Но если сварные швы плохие, вы тратите больше времени на доработку или списание деталей, чем сэкономили, двигаясь быстро. В прошлом году клиент рассказал мне, что с помощью своего старого робота они производили 10 деталей в час, но 3 из них оказались в металлоломе. Они перешли на нашего сварочного коллаборативного робота, установили правильную скорость для каждой детали, получили 12 деталей в час, а процент брака снизился до 2%. Это значит, что оптимизация скорости означает не просто движение быстрее, а движение с правильной скоростью.
А в случае с мобильными роботами вам также придется учитывать время на установку. Если вы перемещаете робота с одной рабочей станции на другую, вы не хотите, чтобы он сначала двигался на полной скорости вокруг безопасности цеха, но также, когда он находится рядом с деталью, он должен замедлиться до скорости сварки. Наши роботы оснащены встроенными датчиками, которые регулируют скорость в зависимости от расстояния до детали, что исключает необходимость догадок. Больше не нужно беспокоиться, если робот движется слишком быстро, когда приближается к суставу.
Подождите, а есть ли случай, когда быстрее значит лучше? Возможно, для очень тонких материалов или высокоскоростной сварки, но это специализированное оборудование. Большинство производителей работают со сталью, алюминием или нержавеющей сталью средней толщины, и для этого постоянство скорости важнее, чем исходная скорость. Робот, который движется со скоростью 15 дюймов в минуту, лучше, чем тот, который на половине сварного шва движется со скоростью 20 дюймов в минуту, а на другой половине ползет со скоростью 8 дюймов в минуту. Вот где программируемые роботы блистают: вы можете наметить весь путь сварки, установить скорость для каждого дюйма, чтобы она была постоянной.
Итак, что же делать, если вы имеете дело со скоростью сварочного робота? Сначала протестируйте каждый материал и толщину детали, чтобы найти золотую середину. Используйте рекомендации AWS в качестве отправной точки, а затем вносите свои собственные изменения. Если вы используете мобильного робота, обязательно откалибровайте его для вашего цеха: неровные поверхности могут мешать движению. Если вы работаете с мелкосерийными или нестандартными деталями, приобретите программируемого робота, чтобы вы могли регулировать скорость на лету. И не забывайте, что магнитные приспособления, удерживающие детали, могут удерживать детали в стабильном состоянии, поэтому движение робота не прерывается, что помогает поддерживать постоянную скорость.
В конце концов, скорость движения робота является основной переменной, которая влияет или ухудшает качество сварки. Это не то, что вы можете установить и забыть, но с помощью подходящего робота, такого как наши мобильные, программируемые или магнитные модели, и небольшого тестирования вы можете получить стабильные, высококачественные сварные швы, не теряя времени и материалов.
Если вы хотите модернизировать свою сварочную установку и хотите поговорить о том, как скорость робота может повлиять на ваши конкретные детали, свяжитесь с нами. Мы можем помочь вам найти подходящего робота для вашего цеха, будь то наш мобильный коллаборативный сварочный робот для гибкого производственного пространства, сварочный робот с вылетом руки 1600 для более крупных деталей или программируемая модель для индивидуальных работ.
Ссылки:
- Американское общество сварщиков. (2022). Руководство по использованию средств автоматизации и робототехники в сварке. АРМ Д16.1/Д16.1М:2022.
- Лин С. и Игер Т.В. (2020). Влияние скорости перемещения на геометрию сварного шва при газовой дуговой сварке. Журнал производственных процессов, 56, 452–459.
- Международная организация по стандартизации. (2019). Роботы и робототехнические устройства. Требования безопасности к промышленным роботам. Часть 1. Роботы. ИСО 10218-1:2019.
