Classification et caractéristiques des robots de soudage
Les robots de soudage mobiles sont des robots qui effectuent des travaux de soudage, composés principalement de deux parties : le robot lui-même et l'équipement de soudage. Les robots de soudage sont généralement classés en robots de soudage par points et en robots de soudage à l'arc. On peut observer des robots en action dans divers secteurs industriels, les robots de soudage mobiles étant l'un des types les plus largement utilisés dans l'industrie. Ainsi, connaissez-vous la classification et les caractéristiques des robots de soudage ? Découvrons ensemble cette présentation détaillée.
Caractéristiques des robots de soudage à l'arc
Les robots de soudage à l'arc utilisent principalement des procédés de soudage à protection gazeuse. Des sources d’alimentation de soudage courantes, telles que celles à base de thyristors, à onduleur, à commande de forme d’onde, à impulsions ou non pulsées, peuvent toutes être installées sur le robot pour le soudage à l’arc. Comme l’armoire de commande du robot utilise un contrôle numérique, tandis que l’alimentation de soudage est majoritairement à commande analogique, une interface est nécessaire entre l’alimentation de soudage et l’armoire de commande.
Ses caractéristiques peuvent être résumées comme suit :
1. Haute efficacité et stabilité de production
l Capacité de fonctionnement continu : Peut fonctionner 24 heures sur 24 sans interruption, améliorant ainsi considérablement l’efficacité de production.
l **Temps de cycle stable :** Les paramètres tels que la vitesse de soudage, la vitesse d’alimentation du fil et la trajectoire d’oscillation restent constants, sans être affectés par la fatigue de l’opérateur ou les variations de son niveau de compétence, garantissant ainsi un temps de cycle de production identique pour chaque produit.
2. **Excellente constance de la qualité de soudure :**
l Précision élevée de la trajectoire : Répétabilité extrêmement élevée (généralement ±0,05 mm à ±0,1 mm), permettant de reproduire avec exactitude la trajectoire enseignée et d’éviter les défauts aléatoires courants en soudage manuel, tels que les manques de pénétration, les déviations de soudure et les cordons irréguliers.
l Paramètres de procédé stables : Une commande précise du courant de soudage, de la tension, de la longueur d’arc et de la vitesse de soudage garantit une formation esthétique des soudures, une pénétration constante et réduit considérablement les taux de reprise.
l Moins d’effort physique requis : Pour les opérations de soudage lourdes sur de grands composants structurels (par exemple les machines de génie civil ou les sections de navires), le robot élimine la nécessité de tenir compte des limites physiques de l’opérateur lors de la manipulation du chalumeau de soudage, permettant ainsi d’effectuer facilement des opérations de soudage prolongées dans des postures complexes.
3**Haute flexibilité et intégration à l’automatisation :**
l Changement rapide : En modifiant le programme de commande, le système s’adapte rapidement aux exigences de soudage de différents produits, ce qui le rend particulièrement adapté aux modèles de production à forte variété et faible volume.
l Liaison d'axe externe : Généralement équipée de la fonctionnalité de liaison avec un positionneur. Le robot et le positionneur (plateau tournant) se déplacent de concert, en maintenant constamment la torche à souder dans une posture « verticale vers le bas » ou une posture optimale de soudage, permettant ainsi un soudage de haute qualité de courbes spatiales complexes.
l Intégration système : Elle s’intègre facilement à des systèmes de chargement/déchargement, à des robots de manutention, à des systèmes de reconnaissance visuelle et à des systèmes d’inspection de la qualité (tels que le suivi laser de la soudure et la surveillance du bain de fusion), afin de constituer des unités de fabrication intelligente sans opérateur ou des ateliers numériques.
4. Dépendance à l’égard de la préparation et de la gestion en amont de la production
l Exigences élevées en matière de précision des pièces à souder : Les robots de soudage à l'arc sont des dispositifs de type « apprentissage-reproduction » ou reposent sur des capteurs haute précision. Si la précision du positionnement des pièces est médiocre ou si l’écart d’assemblage est inconstant, le robot ne peut pas adapter sa technique aussi souplement qu’un soudeur humain, ce qui conduit facilement à des perforations ou à une pénétration incomplète. Par conséquent, des outillages et des dispositifs de fixation haute précision sont généralement requis.
l Barrières liées à la programmation et à la maintenance : Bien que des technologies de programmation hors ligne et d’enseignement par glisser-déposer soient disponibles, elles exigent tout de même un haut niveau de compétences en programmation, de connaissances approfondies des procédés de soudage et d’expertise en maintenance des équipements de la part des opérateurs.
l Investissement initial important : Le coût de l’équipement lui-même, du positionneur, des outillages et dispositifs de fixation, des systèmes de protection sécuritaire, ainsi que les coûts de maintenance ultérieurs sont relativement élevés.
En résumé, les caractéristiques fondamentales des robots de soudage à l’arc résident dans leur stabilité, leur efficacité et leur précision, améliorant ainsi de façon significative la constance de la qualité de soudage et le niveau d’automatisation de la production. Toutefois, cela impose également des exigences plus élevées en matière de précision des procédés en amont (préparation des matériaux, usinage des bords, assemblage) ainsi que de gestion des procédés et de maintenance.
Caractéristiques des robots de soudage par points
En raison de l’utilisation d’une pince de soudage intégrée, le transformateur de soudage est monté à l’arrière de la pince ; le transformateur du robot de soudage par points doit donc être miniaturisé au maximum. Actuellement, les nouvelles minuteries sont basées sur des micro-ordinateurs, ce qui permet au tableau de commande du robot de contrôler directement la minuterie, sans nécessiter d’interface séparée.
Le pistolet à souder du robot de soudage par points utilise un pistolet à souder électrique à servo-moteur. L’ouverture et la fermeture du pistolet à souder sont assurées par un servo-moteur, avec rétroaction par codeur rotatif, ce qui permet de sélectionner et de pré-régler arbitrairement l’ouverture du pistolet à souder selon les besoins réels, et la force de serrage entre les électrodes peut également être ajustée sans à-coups.
Les caractéristiques des robots de soudage par points peuvent se résumer comme suit :
1. Vitesse de déplacement extrêmement élevée et temps de cycle court
l Mouvement à grande vitesse : les robots de soudage par points utilisent généralement des moteurs à courant alternatif à servo-commande, dotés d’une accélération et d’une vitesse de déplacement extrêmement élevées (les vitesses maximales pouvant dépasser 2,0 m/s) afin de réaliser des déplacements rapides entre des centaines de points de soudage. 1. Extrêmement
l Temps de cycle court : le temps de soudage ponctuel nécessite généralement seulement 1,5 à 3 secondes (y compris la phase de pressurisation, d’alimentation électrique, de maintien et de pause). Le robot peut effectuer un positionnement précis entre les points de soudage à des vitesses extrêmement élevées, répondant ainsi aux exigences strictes en matière de temps de cycle sur les lignes de production automobile, où une voiture sort de la chaîne toutes les dizaines de secondes.
2. Capacité de charge élevée et structure à haute rigidité
l Charge lourde : les robots de soudage par points doivent intégrer un transformateur de soudage, une pince de soudage (y compris les bras d’électrodes), des câbles et des tuyauteries de refroidissement à eau. La charge globale se situe généralement entre 100 kg et 500 kg (nettement supérieure aux 6 kg–20 kg des robots de soudage à l’arc).
l Renforcement structurel : En raison des forces d'impact et de réaction importantes générées lorsque la pince à souder se ferme et exerce une pression (la pression atteint généralement 300 kgf à 600 kgf), le corps du robot et sa structure de poignet doivent présenter une rigidité extrêmement élevée afin de garantir que la position du point de soudure ne se déplace pas au moment précis de l'application de la pression.
3. Technologie intégrée de pistolet à souder et de commande servo
l Pistolet à souder intégré : Afin de réduire les pertes par câblage et d'améliorer la rapidité de réponse, les robots de soudage par points utilisent généralement des pistolets à souder à transformateur intégré (transformateur et pistolet à souder intégrés), montés directement sur le poignet du robot.
l Pistolet à souder servo (entraîné par moteur servo) : Les robots modernes de soudage par points haut de gamme utilisent largement des pistolets à souder servo, qui offrent des avantages significatifs par rapport aux pistolets à souder pneumatiques traditionnels :
² Durée de vie plus longue des électrodes : Un contrôle précis de la vitesse de fermeture des électrodes réduit les projections dues à l'impact.
² Pression précise et réglable : La pression de soudage peut être ajustée dynamiquement en fonction de l'épaisseur de la tôle et du nombre de couches.
² Course flexible : Ajustement automatique de la course d'ouverture selon les différentes pièces à souder, éliminant ainsi la nécessité de remplacer les vérins ou de régler les finales de course.
² Surveillance de la qualité : Un retour d'information en temps réel sur l'usure des électrodes facilite la maintenance prédictive.
4. Liaison complexe avec des axes externes et accessibilité spatiale
l Collaboration multi-axes : Sur les lignes de soudage par points pour caisses automobiles (body-in-white), les robots de soudage doivent généralement être couplés à des positionneurs à servo-moteur ou à un septième axe (rail au sol ou au plafond) afin de réaliser un soudage dans toutes les positions de grandes surfaces courbes complexes telles que les panneaux de carrosserie, les toits et les planchers.
l Capacité d'évitement des obstacles : La structure complexe de la carrosserie du véhicule et le nombre élevé de points de soudure (un véhicule typique comporte de 3000 à 5000 points de soudure) exigent des capacités avancées de planification de trajectoire du robot afin d'éviter tout conflit entre la pince à souder et la carrosserie ou les dispositifs de maintien dans des espaces confinés.
5. Dépendance élevée aux outillages, dispositifs de maintien et intégration système
l Positionnement précis : Le soudage par points tolère très peu les jeux d’assemblage des pièces. Pour garantir la qualité de la soudure (diamètre de la pastille de soudure, taux de pénétration), des dispositifs de soudage haute précision sont généralement requis afin de fixer complètement la pièce, empêchant ainsi l’apparition de jeux ou de désalignements pendant la phase de mise sous pression.
l Complexité du système : La station de travail robotisée pour le soudage par points intègre non seulement le corps du robot, mais aussi un système de refroidissement à eau (refroidissant le transformateur de la pince à souder et les électrodes), une meuleuse d'électrodes (affûtant automatiquement la tête de l'électrode afin de maintenir sa conductivité), un contrôleur de soudage et un système de commande groupée (décalant les instants d’alimentation électrique lorsque plusieurs robots fonctionnent simultanément, afin d’éviter les fluctuations du réseau).
6. Surveillance intelligente et en ligne de la qualité
l Compensation adaptative : Les robots modernes de soudage par points disposent de capacités adaptatives permettant de compenser l’usure des électrodes, les variations d’épaisseur des pièces à souder et la dérivation du courant. Ils ajustent en temps réel le courant de soudage et la durée d’application de la pression, en se basant sur le suivi de paramètres tels que la résistance dynamique et le déplacement des électrodes.
l Traçabilité de la qualité : Les paramètres de soudage associés à chaque point de soudure (courant, pression, durée, nombre d’usures de l’électrode) peuvent être transférés vers le système d’exécution de la fabrication (MES), permettant ainsi une traçabilité complète de la qualité tout au long du cycle de vie. traçabilité. Il s'agit d'une exigence courante dans les systèmes qualité de l'industrie automobile (tels que l'IATF 16949).
Résumé : Les caractéristiques essentielles des robots de soudage par points peuvent être résumées comme suit : forte capacité de charge, déplacement point à point à haute vitesse, application précise de la pression par des pistolets de soudage à commande servo, et intégration système fortement dépendante des outillages et des dispositifs de fixation.
Dans le domaine de la fabrication automobile, les robots de soudage par points constituent des équipements essentiels sur la ligne de production de la caisse blanche. Les défis techniques résident non seulement dans la commande de mouvement à forte charge du robot lui-même, mais aussi dans l’intégration approfondie des procédés de soudage et des systèmes d’automatisation — notamment la compensation de l’usure des électrodes, la commande collaborative de plusieurs machines et la surveillance en temps réel de la qualité de la soudure. Si vous évaluez l’application de robots de soudage par points, il est recommandé de vous concentrer sur : la précision de positionnement des pièces à souder, les paramètres du cycle d’affûtage des électrodes et la conception redondante du système de refroidissement. Ces éléments constituent souvent des facteurs clés influençant la disponibilité de la ligne de production.
Ceci conclut l'introduction à la classification et aux caractéristiques des robots de soudage. Les robots de soudage sont largement utilisés dans divers secteurs industriels. Leur apparition a permis de réduire l’intensité du travail manuel, de les faire fonctionner dans des environnements complexes, de travailler en continu, d’augmenter la productivité du travail et de diminuer les investissements des entreprises.
