¿Qué es la soldadura robótica? - Proceso y aplicación

La soldadura es un proceso en el que dos materiales se fusionan mediante calentamiento, entremezclado y luego enfriamiento de los materiales y/o un relleno para formar una unión fuerte. Desde la soldadura por arco hasta la soldadura por puntos, los robots de soldadura nuevos y usados ​​se utilizan normalmente en procesos de soldadura donde la soldadura requerida es repetitiva y la calidad y la velocidad son cruciales. La soldadura robótica es un proceso automatizado que aumenta la eficiencia, la consistencia y el retorno de la inversión.

¿Qué es la soldadura robótica?

La soldadura robótica es el uso de herramientas programables mecanizadas (robots), que automatizan completamente un proceso de soldadura realizando la soldadura y manipulando la pieza. Los procesos como la soldadura por arco metálico con gas, aunque a menudo están automatizados, no son necesariamente equivalentes a la soldadura robótica, ya que a veces un operador humano prepara los materiales que se van a soldar.

La soldadura robótica se usa comúnmente para la soldadura por puntos de resistencia y la soldadura por arco en aplicaciones de alta producción, como la industria automotriz.

La soldadura robótica es una aplicación relativamente nueva de la robótica, aunque los robots se introdujeron por primera vez en la industria estadounidense durante la década de 1960. El uso de robots en la soldadura no despegó hasta la década de 1980, cuando la industria automotriz comenzó a usar robots de manera generalizada para la soldadura por puntos.

Desde entonces, tanto el número de robots utilizados en la industria como el número de sus aplicaciones han crecido considerablemente. En 2005, más de 120 000 robots estaban en uso en la industria norteamericana, aproximadamente la mitad de ellos para soldadura. El crecimiento está limitado principalmente por los altos costos de los equipos y la restricción resultante a las aplicaciones de alta producción.

La soldadura por arco robótica ha comenzado a crecer rápidamente recientemente y ya domina alrededor del 20 % de las aplicaciones de robots industriales. Los componentes principales de los robots de soldadura por arco son el manipulador o la unidad mecánica y el controlador, que actúa como el "cerebro" del robot.

El manipulador es lo que hace que el robot se mueva, y el diseño de estos sistemas se puede clasificar en varios tipos comunes, como SCARA y robot de coordenadas cartesianas, que utilizan diferentes sistemas de coordenadas para dirigir los brazos de la máquina.

El robot puede soldar en una posición preprogramada, ser guiado por visión artificial o por una combinación de los dos métodos. Sin embargo, se ha demostrado que los muchos beneficios de la soldadura robótica la convierten en una tecnología que ayuda a muchos fabricantes de equipos originales a aumentar la precisión, la repetibilidad y el rendimiento.

La tecnología de procesamiento de imágenes de firma se ha desarrollado desde finales de la década de 1990 para analizar datos eléctricos en tiempo real recopilados de soldadura robótica automatizada, lo que permite la optimización de soldaduras.

Equipo de soldadura robótica

La soldadura robótica combina soldadura, robótica, tecnología de sensores, sistemas de control e inteligencia artificial. Los componentes incluyen el software con programación específica, el equipo de soldadura que entrega la energía de la fuente de poder de soldadura a la pieza de trabajo y el robot que usa el equipo para realizar la soldadura.

Los sensores de proceso del robot miden los parámetros del proceso de soldadura y sus sensores geométricos los parámetros geométricos de las soldaduras. Al adquirir y analizar la información de entrada de los sensores, el sistema de control adapta la salida del proceso de soldadura robotizado según las especificaciones del procedimiento de soldadura definidas en el programa.

Según el uso previsto, los robots pueden ser brazos robóticos o portales de robots. Normalmente se utilizan robots industriales de seis ejes que comprenden un brazo inferior de tres ejes y una muñeca de tres ejes, ya que permiten montar la antorcha de soldadura en la muñeca para lograr todas las posiciones necesarias para la soldadura tridimensional.

El sistema debe integrarse con el robot, y el equipo de soldadura debe ser compatible y preferiblemente diseñado específicamente para la soldadura robótica, ya que todos los procesos pueden ser controlados por el robot.

Cómo funciona la soldadura robótica ?

Cuando se utilizan robots para cualquier proceso, es necesario modificar el método para adaptarse a la automatización. Lo mismo ocurre con la soldadura, que utiliza varias herramientas que no se encuentran en su equivalente manual. Las personas no necesitan programar como lo hacen los soldadores robóticos.

El robot en sí tiene un brazo que puede moverse en tres dimensiones para tipos rectilíneos y a través de más planos con versiones articuladas. Un alimentador de alambre envía el alambre de relleno al robot cuando lo necesita para un trabajo de soldadura. Un soplete de alta temperatura al final del brazo derrite el metal para permitir el proceso de soldadura. Debido a que las temperaturas alcanzan miles de grados, el uso de robots para este proceso mantiene a las personas más seguras.

Los operadores humanos certificados aún deben permanecer cerca de los robots. Estos trabajadores deben contar con la certificación de la Sociedad Estadounidense de Soldadura, AWS, que certifica no solo a los soldadores manuales sino también a los operadores de brazos de soldadura robóticos. Los operadores programan el controlador utilizando una consola portátil. Este dispositivo establece nuevos programas, mueve el brazo y cambia los parámetros del proceso. Para iniciar la soldadura, el operador utiliza los botones de la caja de operaciones.

La herramienta en el brazo robótico se calienta para derretir el metal y unir las piezas deseadas. Según sea necesario, un alimentador de alambre entrega más alambre de metal al brazo y a la antorcha. A la espera de que se suelden las siguientes piezas, el brazo mueve el soplete hacia el limpiador para limpiar cualquier salpicadura de metal del brazo, que podría solidificarse en su lugar sin este proceso.

Debido a que una de las razones principales para tener soldadores robóticos es proteger a los trabajadores humanos, estos sistemas automatizados vienen con múltiples características de seguridad. Los protectores de arco evitan que el arco de alta temperatura se mezcle con el oxígeno. Las áreas cerradas protegen a los operadores de las temperaturas y la luz brillante.

Beneficios de la soldadura robótica

Hay varias ventajas en la automatización de una fábrica con robots de soldadura, que incluyen tiempos de ciclo más rápidos y consistentes, sin interrupciones en la producción y mejor calidad de soldadura. Básicamente, mediante el uso de la automatización robótica de soldadura, el proceso toma menos tiempo y los fabricantes pueden reducir el costo de la mano de obra directa y la seguridad y conservar los materiales.

Las celdas de soldadura robóticas brindan un entorno de trabajo aún más seguro, lo que reduce drásticamente el deslumbramiento del arco, el exceso de rociado y el contacto directo con el robot y la pieza. Un robot soldador es más consistente y puede pasar de una soldadura a la siguiente rápidamente, acelerando todo el proceso.

• Menos tiempo :Los sistemas de soldadura robótica harán el trabajo rápidamente. Ya sea que tenga robots de soldadura nuevos o usados, tienen menos errores que la soldadura manual. A diferencia de los trabajadores, los robots no requieren descansos, vacaciones, etc. Su trabajo puede continuar sin interrupción, 24/7. Esto, a su vez, aumentará su rendimiento y productividad.
• Reduzca el costo de la mano de obra directa y la seguridad: El costo de la soldadura manual puede ser elevado. Requiere tiempo, habilidad y concentración. También es peligroso. Los relámpagos, los humos, las chispas y el calor hacen que la soldadura manual sea un trabajo agotador y peligroso. Con la soldadura robótica, protegerá a los trabajadores y reducirá los costos. Estos sistemas soportan los peligros y, a menudo, aumentan la producción. Los costes de seguros y accidentes también se reducen considerablemente.
• Conservar materiales: Incluso los soldadores más hábiles cometen errores. Sin embargo, con la robótica de soldadura nueva y usada, todo está regulado, incluso la energía y el cableado. Los sistemas robóticos de soldadura usados ​​automatizados conservan energía al funcionar de manera constante (menos arranques). Además, las soldaduras que se crean son más consistentes. La precisión de los sistemas de robot significa que se desperdicia menos material y tiempo. ¡Conserve su material y aumente la calidad de su producto al mismo tiempo!

Algunas empresas cambian gradualmente a aplicaciones de soldadura robótica, comenzando con una sola celda de soldadura y convirtiéndose lentamente en un proceso de soldadura completamente automatizado. Los robots pueden ser útiles cuando el acceso a una pieza es limitado o difícil de alcanzar. Los fabricantes han creado diseños que permiten que un brazo robótico delgado llegue a áreas más pequeñas.

Limitaciones

Un problema cuando se suelda con robots es que los cables y mangueras que se usan para corriente y aire, etc. tienden a limitar la capacidad de movimiento de la muñeca del robot.

Una solución a este problema es el giratorio, que permite el paso de aire comprimido, agua de refrigeración, corriente eléctrica y señales dentro de una sola unidad giratoria.

La unidad giratoria también permite la programación fuera de línea, ya que todos los cables y mangueras se pueden enrutar a lo largo de rutas definidas del brazo robótico.

Otras limitaciones de la soldadura robótica:

• Programación compleja para el usuario final, no fácil de usar, solo para especialistas
• API limitadas, lo que complica un simple cambio
• La interfaz hombre-máquina (HMI) no funciona realmente. Los sistemas requieren personalización y capacitación. Difícil personalizar los sistemas de soldadura robótica.
• Desafíos de conectividad, falta de estándares interconectables
• Reemplaza el trabajo humano
• La tecnología se vuelve obsoleta

Procesos de soldadura robótica

La soldadura requiere un alto nivel de educación y habilidad. Sin embargo, el número de soldadores profesionales no cubre las necesidades de la industria. Según la Sociedad Estadounidense de Soldadura, para 2022, la industria experimentará una escasez de 450 000 soldadores. En lugar de dejar que los proyectos críticos, estos trabajadores se queden atrás, los robots pueden tomar el relevo.

Los robots automatizan el proceso, lo que garantiza una mayor precisión, menos desperdicio y una operación más rápida. Con la gama de maquinaria disponible, los robots se adaptan a una amplia variedad de procesos de soldadura, incluidos arco, resistencia, punto, TIG y más.

1. Soldadura por arco

Uno de los tipos más comunes de soldadura robótica es el proceso de arco. En este método, un arco eléctrico genera calor extremo, hasta 6500 grados Fahrenheit, que derrite el metal. El metal fundido une las partes, solidificándose en una conexión estable después del enfriamiento. Cuando un proyecto requiere un gran volumen de metales unidos con precisión, la soldadura por arco es una aplicación ideal.

2. Soldadura por Resistencia

Cuando los proyectos necesitan tratamiento térmico o una forma de reducir costos, los robots pueden usar soldadura por resistencia. Durante este proceso, una corriente de electricidad crea un charco de metal fundido al pasar entre las dos bases de metal. Este metal fundido une las piezas de metal.

3. Soldadura por puntos

Algunos materiales resisten las corrientes eléctricas, lo que los excluye de otras formas de soldadura. Esta situación se da con frecuencia en la industria del automóvil para ensamblar partes de una carrocería de automóvil. Para solucionar el problema, los soldadores robóticos utilizan una variación de la soldadura por resistencia para conectar un par de láminas de metal delgadas en un solo punto.

4. Soldadura Tig

Las aplicaciones de soldadura robótica que requieren altos niveles de precisión pueden requerir soldadura TIG. Este método también se conoce con el término soldadura por arco de tungsteno con gas o GTAW. Un arco eléctrico pasa entre un electrodo de tungsteno y la base metálica.

5. Soldadura Mig

La soldadura por arco metálico con gas, también conocida como GMAW o MIG, es un método rápido y sencillo que utiliza un alto nivel de deposición. Un alambre se mueve continuamente hacia la punta calentada del soldador, que derrite el alambre, lo que permite que una gran cantidad de metal fundido gotee sobre la base para unir la base con otra pieza.

6. Soldadura por láser

Cuando los proyectos de soldadura requieren precisión para un gran volumen de piezas, la soldadura láser es el método preferido de unión de metales. Las piezas pequeñas, como joyas o componentes médicos, a menudo utilizan soldadura láser.

7. Soldadura por plasma

La soldadura por plasma ofrece el grado más significativo de flexibilidad porque el operador puede cambiar fácilmente tanto la velocidad del gas que pasa a través de la boquilla como la temperatura.

Aplicaciones de soldadura robótica

Debido a sus beneficios de ahorro de tiempo y alta productividad, la soldadura robótica se ha vuelto importante en las industrias metalúrgica y pesada, y especialmente en la industria automotriz que emplea soldadura por puntos y láser.

Es más adecuado para soldaduras cortas con superficies curvas y acciones repetibles y predecibles que no requieren cambios continuos en el proceso de soldadura. Con la ayuda de ejes externos, el robot también es adecuado para soldaduras largas, por ejemplo, en la industria de la construcción naval.

Aunque la soldadura robótica se usa principalmente en la producción en masa, en la que la eficiencia y la cantidad son esenciales, se pueden hacer programas para satisfacer cualquier necesidad, y la robótica se puede utilizar para producciones más pequeñas e incluso únicas, manteniendo una alta rentabilidad.

Robótica vs. Soldadura Manual

La soldadura manual todavía tiene un lugar en la fabricación moderna. Para proyectos en los que necesite un experto para cambiar rápidamente los estilos de soldadura utilizados, la soldadura manual será su mejor opción. Un soldador profesional puede cambiar rápidamente lo que está haciendo, pero los robots no se adaptan tan rápido a situaciones inciertas.

Debido a que la soldadura manual sigue siendo un proceso que muchas empresas aún necesitan, los soldadores profesionales no desaparecerán en el corto plazo. De hecho, con la escasez de soldadores expertos mencionada anteriormente, aquellos que tengan la certificación encontrarán trabajo fácilmente, incluso con múltiples empresas invirtiendo en robots.

Reemplazar los soldadores manuales con robots no sacará a AWS de su negocio de certificación. La mayoría de los operadores de soldadores robóticos deben tener una certificación en el lado de la robótica de este campo, para el cual AWS también ofrece certificaciones. Tener expertos en robótica que sepan sobre soldadura garantiza que los proyectos se programen correctamente para terminar de la manera más rápida y rentable posible.

Video de soldadura robótica