เทคโนโลยีเลเซอร์

หุ่นยนต์เชื่อมประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ ตัวหุ่นยนต์เองและอุปกรณ์เชื่อม การใช้หุ่นยนต์เชื่อมไม่เพียงแต่ช่วยรักษาและยกระดับคุณภาพการเชื่อม รวมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเท่านั้น แต่ยังลดข้อกำหนดด้านทักษะของช่างเชื่อมอีกด้วย จึงทำให้ระยะเวลาในการเตรียมความพร้อมสำหรับการปรับปรุงผลิตภัณฑ์ลดลง และลดการลงทุนในอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง

ข้อกำหนดของหุ่นยนต์เชื่อมสำหรับลวดเชื่อม

หุ่นยนต์สามารถใช้ลวดเชื่อมแบบกลองหรือแบบม้วนตามความจำเป็นได้ ทั้งนี้ เพื่อลดความถี่ในการเปลี่ยนลวดเชื่อม ควรใช้ลวดเชื่อมแบบกลอง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากท่อลวดเชื่อมมีความยาวมาก จึงทำให้เกิดแรงต้านสูง ซึ่งจำเป็นต้องใช้ลวดเชื่อมที่มีความแข็งแรง (stiffness) และคุณสมบัติอื่นๆ ที่มีคุณภาพสูงกว่า เมื่อใช้ลวดเชื่อมที่มีคุณภาพของการชุบทองแดงต่ำลงเล็กน้อย ชั้นทองแดงบนพื้นผิวลวดอาจหลุดลอกออกเนื่องจากการเสียดสี ส่งผลให้ปริมาตรภายในของท่อกำหนดแนวลวดลดลง ซึ่งจะเพิ่มแรงต้านขณะป้อนลวดด้วยความเร็วสูง ทำให้ลวดไม่ถูกป้อนอย่างราบรื่น ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือน ค่าแรงดันไฟฟ้าอาร์คไม่คงที่ และส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อม ในกรณีรุนแรงอาจเกิดการอุดตันจนทำให้หุ่นยนต์หยุดทำงานได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องทำความสะอาดท่อกำหนดแนวลวดเชื่อมเป็นประจำ

การวิเคราะห์และวิธีการจัดการข้อบกพร่องจากการเชื่อมในหุ่นยนต์เชื่อม

การเชื่อมด้วยหุ่นยนต์ใช้กระบวนการเชื่อมแบบป้องกันด้วยก๊าซผสมที่มีอาร์กอนเป็นส่วนประกอบหลัก ข้อบกพร่องจากการเชื่อมที่พบบ่อย ได้แก่ การเชื่อมไม่ตรงตำแหน่ง (weld misalignment), การกัดเซาะขอบรอยเชื่อม (undercut) และรูพรุน (porosity) การวิเคราะห์โดยละเอียดมีดังนี้:

(1) การเชื่อมไม่ตรงอาจเกิดจากตำแหน่งการเชื่อมที่ไม่ถูกต้อง หรือปัญหาเกี่ยวกับการจัดวางตำแหน่งหัวเชื่อม ในกรณีนี้ ให้ตรวจสอบความแม่นยำของ TCP (ตำแหน่งจุดศูนย์กลางของหัวเชื่อม) และปรับแต่งให้เหมาะสม หากเกิดเหตุการณ์นี้บ่อยครั้ง ให้ตรวจสอบตำแหน่งศูนย์ของแกนแต่ละตัวของหุ่นยนต์ และทำการปรับเทียบใหม่

(2) การเกิดร่องลึก (Undercut) มีลักษณะเป็นร่องหรือรอยบุ๋มคล้ายร่องที่ขอบรอยเชื่อมของวัสดุพื้นฐาน โดยมักปรากฏทั้งสองด้านของรอยเชื่อมผิว (cap weld) สาเหตุหลักได้แก่ ความเร็วในการเชื่อมสูงเกินไป แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนมากเกินไป เวลาหยุดพักที่ขอบทั้งสองด้านสั้นเกินไป หรือกระแสไฟฟ้าในการเชื่อมสูงเกินไป วิธีการแก้ไข ได้แก่ การลดความเร็วในการเชื่อมให้เหมาะสม การลดแอมพลิจูดการสั่นสะเทือน การเพิ่มเวลาหยุดพักที่ขอบทั้งสองด้าน และการใช้วิธีการเชื่อมแบบดัน (push welding) โดยให้มุมเอียงไปข้างหน้า 5–10° ปัญหาการไม่ประสานกัน (lack of fusion) และการไม่เจาะทะลุอย่างสมบูรณ์ (incomplete penetration) เป็นข้อบกพร่องภายในที่รุนแรงมาก ซึ่งมักเกิดจากกระแสไฟฟ้าในการเชื่อมต่ำเกินไป ความเร็วในการเชื่อมสูงเกินไป มุมปลายตัด (bevel angle) มากเกินไป การเบี่ยงเบนศูนย์กลางของหัวเชื่อม หรือการทำความสะอาดระหว่างชั้นไม่เพียงพอ เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านี้ ควรเพิ่มกระแสไฟฟ้าในการเชื่อม ลดความเร็วในการเชื่อม และเพิ่มแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนเพื่อให้ครอบคลุมทั้งสองด้านของพื้นผิวปลายตัด นอกจากนี้ ควรเพิ่มความเข้มงวดในการทำความสะอาดระหว่างชั้นด้วย สำหรับการเชื่อมหลายชั้นหลายผ่าน (multi-layer, multi-pass welding) บนแผ่นโลหะหนา จำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษต่อการประสานกันที่ขอบทั้งสองด้านของพื้นผิวปลายตัด และบริเวณรอยต่อระหว่างชั้น

(3) เกิดรูพรุน รูพรุนเกิดขึ้นส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับก๊าซป้องกัน ซึ่งรวมถึงอัตราการไหลของก๊าซที่ไม่เหมาะสม ความบริสุทธิ์ของก๊าซไม่เพียงพอ หัวฉีดอุดตัน ท่อนำก๊าซรั่ว หรือมีคราบน้ำมันหรือสนิมบนพื้นผิวชิ้นงาน รวมทั้งความชื้นบนลวดเชื่อม เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ควรปรับแต่งพารามิเตอร์ก๊าซให้อยู่ในช่วง 15–25 ลิตร/นาที ตรวจสอบระบบจ่ายก๊าซ ทำความสะอาดหัวฉีด และปรับปรุงสภาพแวดล้อมในการทำงานเพื่อควบคุมความเร็วลมให้ต่ำกว่า 2 เมตร/วินาที นอกจากนี้ ควรทำความสะอาดพื้นผิวชิ้นงานอย่างทั่วถึงก่อนการเชื่อม ส่วนเศษโลหะกระเด็นมากเกินไปมักเกิดจากพารามิเตอร์การเชื่อมที่ไม่สอดคล้องกัน ความยาวส่วนยื่นของลวดเชื่อมยาวเกินไป หรือคุณภาพของลวดเชื่อมต่ำ ซึ่งสามารถปรับปรุงได้โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าและกระแสให้สอดคล้องกัน ควบคุมความยาวส่วนยื่นให้อยู่ที่ 10–15 มม. ใช้ลวดเชื่อมที่ไม่มีทองแดงเคลือบ หรือลวดเชื่อมที่มีการเคลือบทองแดงคุณภาพสูง และใช้ก๊าซผสมอาร์กอนกับคาร์บอนไดออกไซด์

(4) การกระเด็นของโลหะเชื่อมมากเกินไปอาจเกิดจากการเลือกพารามิเตอร์การเชื่อมที่ไม่เหมาะสม ปัญหาส่วนประกอบของก๊าซ หรือความยาวของลวดเชื่อมที่ยื่นออกมาเกินไป การปรับค่ากำลังไฟฟ้าขาออกสามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์การเชื่อมได้ การปรับอัตราส่วนผสมของก๊าซสามารถแก้ไขสัดส่วนของก๊าซผสมให้ถูกต้องได้ และการปรับตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างหัวเชื่อมกับชิ้นงานก็สามารถช่วยได้เช่นกัน

(5) เกิดหลุมอาร์ค (arc crater) ที่ปลายรอยเชื่อมหลังจากการเย็นตัว ด้วยการเพิ่มฟังก์ชันเติมหลุมอาร์ค (crater filling function) ขณะเขียนโปรแกรมจะสามารถเติมหลุมนี้ให้เต็มได้

ข้อบกพร่องทั่วไปของหุ่นยนต์เชื่อมและวิธีการแก้ไข

(1) หัวเชื่อมชนกับชิ้นงาน ซึ่งอาจเกิดจากความคลาดเคลื่อนในการประกอบชิ้นงาน หรือค่า TCP ของหัวเชื่อมไม่แม่นยำ ควรตรวจสอบการประกอบชิ้นงาน หรือปรับค่า TCP ของหัวเชื่อมให้ถูกต้อง

(2) ไม่เกิดอาร์ค (arc failure) หรือไม่สามารถจุดอาร์คได้ ซึ่งอาจเกิดจากลวดเชื่อมไม่สัมผัสกับชิ้นงาน หรือพารามิเตอร์กระบวนการต่ำเกินไป ควรป้อนลวดเชื่อมด้วยตนเอง ปรับระยะห่างระหว่างหัวเชื่อมกับรอยเชื่อม หรือปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม

(3) สัญญาณเตือนการตรวจสอบก๊าซป้องกัน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นกับระบบจ่ายน้ำหล่อเย็นหรือก๊าซป้องกัน โปรดตรวจสอบท่อน้ำหล่อเย็นหรือท่อก๊าซป้องกัน

วิธีการรับประกันคุณภาพของชิ้นงาน

ในฐานะหุ่นยนต์แบบสอนและทำซ้ำ (teach-and-reproduce robot) คุณภาพและระดับความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานจะต้องสอดคล้องกันอย่างสม่ำเสมอ

การใช้งานหุ่นยนต์เชื่อมต้องควบคุมคุณภาพของการเตรียมชิ้นส่วนอย่างเข้มงวด และปรับปรุงความแม่นยำในการประกอบ คุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วน ขนาดของแนวตัดเอียง (bevel dimensions) และความแม่นยำในการประกอบ จะส่งผลต่อประสิทธิภาพการติดตามรอยเชื่อม (weld tracking performance) ด้านต่อไปนี้สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของการเตรียมชิ้นส่วนและความแม่นยำในการประกอบรอยเชื่อม:

(1) พัฒนากระบวนการเชื่อมที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับหุ่นยนต์เชื่อม โดยมีข้อกำหนดด้านกระบวนการที่เข้มงวดสำหรับขนาดชิ้นส่วน มุมเอียงของรอยเชื่อม (weld bevels) และขนาดการประกอบ โดยทั่วไป ความคลาดเคลื่อนของขนาดชิ้นส่วนและมุมเอียงควรควบคุมไว้ภายใน ±0.8 มม. และความคลาดเคลื่อนของขนาดการประกอบควรควบคุมไว้ภายใน ±1.5 มม. ซึ่งจะช่วยลดโอกาสเกิดข้อบกพร่องจากการเชื่อม เช่น รูพรุน (porosity) และรอยเซาะขอบ (undercut) ได้อย่างมีนัยสำคัญ

(2) ใช้จิ๊กประกอบแบบความแม่นยำสูงเพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการประกอบชิ้นงานที่จะทำการเชื่อม

(3) ต้องทำความสะอาดบริเวณรอยเชื่มอย่างทั่วถึง ให้ปราศจากคราบน้ำมัน สนิม สลักเชื่อม (welding slag) สลักจากการตัด (cutting slag) และสิ่งสกปรกอื่นๆ อนุญาตให้ใช้ไพรเมอร์ชนิดเชื่อมได้ แต่หากไม่ปฏิบัติตาม อาจส่งผลต่ออัตราความสำเร็จของการจุดอาร์ก (arc ignition) ควรเปลี่ยนวิธีการเชื่อมชั่วคราว (tack welding) จากการใช้ลวดเชื่อมแบบไฟฟ้า (electrode welding) เป็นการเชื่อมแบบป้องกันด้วยก๊าซ (gas shielded welding) พร้อมทั้งขัดบริเวณรอยเชื่อมชั่วคราวให้สะอาด เพื่อหลีกเลี่ยงเศษสลักหรือรูพรุนที่เหลือจากการเชื่อมชั่วคราว ซึ่งอาจทำให้เกิดความไม่เสถียรของอาร์ก หรือแม้กระทั่งการกระเด็นของโลหะหลอมละลาย (spatter)

สรุปเทคนิคการเขียนโปรแกรม

(1) เลือกลำดับการเชื่อมที่เหมาะสม ลำดับการเชื่อมควรกำหนดให้สามารถลดการบิดตัวจากการเชื่อมและระยะทางที่หัวเชื่อมต้องเคลื่อนที่ได้มากที่สุด

(2) การเปลี่ยนตำแหน่งของหัวเชื่อมในแนวปริภูมิจำเป็นต้องมีเส้นทางการเคลื่อนที่ที่สั้น ราบรื่น และปลอดภัย

(3) ปรับแต่งพารามิเตอร์การเชื่อมให้เหมาะสมที่สุด เพื่อให้ได้พารามิเตอร์การเชื่อมที่ดีที่สุด ให้จัดเตรียมชิ้นงานสำหรับการทดสอบการเชื่อมและการประเมินกระบวนการ

(4) ตำแหน่งของอุปกรณ์จัดวางชิ้นงาน (positioner) ท่าทางของหัวเชื่อม (welding torch) และตำแหน่งของหัวเชื่อมเมื่อเทียบกับรอยต่อควรเหมาะสม หลังจากยึดชิ้นงานไว้บนอุปกรณ์จัดวางชิ้นงานแล้ว หากแนวรอยเชื่อมไม่อยู่ในตำแหน่งและมุมที่เหมาะสม อุปกรณ์จัดวางชิ้นงานจะต้องปรับตำแหน่งอย่างต่อเนื่องระหว่างการเขียนโปรแกรม เพื่อให้มั่นใจว่าแนวรอยเชื่อมจะอยู่ในแนวระดับตามลำดับ นอกจากนี้ ยังจำเป็นต้องปรับตำแหน่งของแต่ละแกนของหุ่นยนต์อย่างต่อเนื่อง เพื่อกำหนดตำแหน่ง มุม และความยาวของลวดเชื่อมที่ยื่นออกมาจากหัวเชื่อมเมื่อเทียบกับรอยต่อให้อยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม หลังจากกำหนดตำแหน่งของชิ้นงานแล้ว ตำแหน่งของหัวเชื่อมเมื่อเทียบกับรอยต่อจะยากต่อการประเมินด้วยสายตาโดยผู้เขียนโปรแกรม ดังนั้น ผู้เขียนโปรแกรมจึงจำเป็นต้องมีความสามารถในการสรุปและสะสมประสบการณ์อย่างชำนาญ

(5) ใส่โปรแกรมทำความสะอาดหัวเชื่อม (torch cleaning program) อย่างทันท่วงที หลังจากเขียนโปรแกรมการเชื่อมที่มีความยาวหนึ่งระดับแล้ว ควรใส่โปรแกรมทำความสะอาดหัวเชื่อมทันที เพื่อป้องกันไม่ให้เศษโลหะที่กระเด็นจากการเชื่อมอุดตันหัวฉีด (welding nozzle) และปลายสัมผัส (contact tip) ซึ่งจะช่วยรักษาความสะอาดของหัวเชื่อม ยืดอายุการใช้งานของหัวฉีด ประกันความน่าเชื่อถือของการจุดอาร์ก และลดเศษโลหะที่กระเด็นระหว่างการเชื่อม

(6) โดยทั่วไป ไม่ควรเขียนโปรแกรมการเชื่อมแบบครั้งเดียวจบ แต่จำเป็นต้องมีการทดสอบและปรับปรุงอย่างต่อเนื่องระหว่างการเชื่อมด้วยหุ่นยนต์ โดยปรับค่าพารามิเตอร์การเชื่อมและท่าทางของหัวเชื่อม เป็นต้น เพื่อสร้างโปรแกรมที่มีประสิทธิภาพสูง

ต้นทุนการดำเนินงานและการวิเคราะห์การจัดการ

น้ำมันหล่อลื่นที่มีสมรรถนะและประสิทธิผลใกล้เคียงกันสามารถนำมาใช้แทนกันได้ในราคาที่ต่ำกว่า การเสริมสร้างการบำรุงรักษาในระหว่างกระบวนการเชื่อมจะช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนที่สึกหรอ เช่น หัวฉีดและปลายสัมผัส นอกจากนี้ การบำรุงรักษาเชิงป้องกันระบบหุ่นยนต์ยังสามารถยกระดับอายุการใช้งานของชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผู้จัดการ ช่างเทคนิค และผู้ปฏิบัติงานที่มีคุณสมบัติสูงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อให้หุ่นยนต์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ความสำเร็จของการดำเนินงานหุ่นยนต์เชื่อมของบริษัทขึ้นอยู่กับกำลังแรงงานเป็นอย่างมาก ดังนั้น กำลังแรงงานที่มีเสถียรภาพจึงมีความสำคัญยิ่ง