Jeśli kiedykolwiek spędziłeś czas w spawalni (lub nawet oglądałeś program o produkcji), wiesz, jak krytyczna jest prędkość – dla linii, wyścigu, a nawet spawania. Rzecz jednak w tym, że od kilku lat sprzedaję mobilne, współpracujące roboty spawalnicze i ciągle dostaję jedno pytanie: „Czy szybkość poruszania się robota faktycznie pogarsza jakość spoiny?” To nie jest przypadkowa odpowiedź „to zależy” – kryje się za nią faktyczna nauka i jeśli jesteś producentem próbującym obniżyć koszty bez spalania części, ma to znaczenie.
Zacznijmy od podstaw. Jakość spawania to nie tylko ładny wygląd (chociaż ładne spoiny pomagają w kontroli). Chodzi o penetrację, stapianie, brak porowatości i minimalne rozpryski. Prędkość ruchu robota bezpośrednio wpływa na czas wystawienia jeziorka spawalniczego na działanie źródła ciepła — zwykle jest to metoda MIG, TIG lub plazma w przypadku robotów współpracujących. Zbyt szybko i nie dajesz metalowi wystarczającej ilości czasu na prawidłowe stopienie lub na wpłynięcie metalu wypełniającego (jeśli jest używany) do złącza. Zbyt wolne powoduje przegrzanie metalu nieszlachetnego, powodując wypaczenie, przepalenie, a nawet pęknięcie. Zachowana jest ścisła równowaga, zwłaszcza gdy pracujesz z konfiguracją mobilną w porównaniu ze stałym ramieniem – więcej o tym później.
Omówmy wpływ prędkości. Po pierwsze, penetracja: określa głębokość, na jaką spoina wtapia się w metal nieszlachetny, co nie podlega negocjacjom w przypadku części konstrukcyjnych (np. sprzętu rolniczego, metalowych ram lub wytrzymałych wsporników). Jeśli robot porusza się zbyt szybko, dopływ ciepła na jednostkę długości spada. Na przykład, jeśli prąd spawania wynosi 180 amperów, a napięcie wynosi 24 V, poruszanie się z prędkością 10 cali na minutę (ipm) w porównaniu z 20 ipm oznacza, że na każdy centymetr złącza dostarczane jest o połowę mniej ciepła. Cienki metal może ujść na sucho przy szybkich ruchach, ale gruba stal? Otrzymasz płytką, słabą spoinę, która pęknie pod ciśnieniem. Widziałem, jak producenci zbyt szybko testowali to na starych częściach, a spoina pękała podczas testu rozciągania za każdym razem.
Potem następuje stapianie: wtedy jeziorko spawalnicze topi oba elementy metalu nieszlachetnego, tak że łączą się ze sobą, a nie tylko wypełniacz znajdujący się na wierzchu. Niska prędkość może wydawać się pomocna w przypadku większej ilości ciepła, ale zbyt mała może spowodować „nadmierne spawanie” – wypełniacz gromadzi się za bardzo, nie miesza się z metalem nieszlachetnym i tworzy kruche połączenia. Porowatość to kolejne duże, maleńkie pęcherzyki gazu, które tworzą się, gdy spoina stygnie zbyt szybko lub jest wokół niej zbyt dużo powietrza. Jeśli robot porusza się z odpowiednią prędkością, gaz może uciec, zanim metal stwardnieje. Za szybko i metal ochładza się, zanim wydostaną się bąbelki; zbyt wolno, a nadmiar ciepła może wciągnąć powietrze do złącza. Odpryski też – nikt nie lubi ich usuwać. Duża prędkość może prowadzić do niestabilności łuku, co powoduje, że odpryski będą latać wszędzie, natomiast mała prędkość może spowodować, że łuk pozostanie w jednym miejscu i spowoduje dodatkowe odpryski lub przepalenia.
Teraz sprzedaję mobilne, współpracujące roboty spawalnicze, więc porozmawiajmy o tym, jak mobilność to zmienia. Roboty stacjonarne są przykręcone w jednym miejscu, dzięki czemu ich prędkość jest stała w całym obszarze roboczym. Mobilne toczą się na kółkach, więc ich ruch może się nieco przesunąć, jeśli podłoga nie jest idealnie płaska lub część jest nierówna. Właśnie dlatego konfiguracje mobilne muszą mieć skalibrowane elementy sterujące prędkością — jeśli robot zwolni, pokonując niewielki spadek w hali produkcyjnej, może dojść do przepalenia, a uderzenie spowoduje przyspieszenie i pominięcie miejsca. Kiedyś współpracowałem z małym zakładem produkcyjnym, który przeszedł z robota stacjonarnego na naszego mobilnego robota spawalniczego współpracującego i pomyślałem, że „szybkość to prędkość” – nie przeprowadzali ponownej kalibracji pod kątem nierównej podłogi i musieli przerabiać 20% swoich części przez miesiąc. Po dostosowaniu prędkości dla każdej sekcji spadła do mniej niż 2%.
Czekaj, nie wszystkie roboty spawalnicze są takie same, prawda? Oferujemy różne modele do różnych zadań. Na przykład robot spawalniczy o wysięgu ramienia 1600 doskonale nadaje się do większych części, do których nie może dosięgnąć nieruchome ramię, dlatego szybkość ma znaczenie w celu uzyskania spójnych spoin na większej powierzchni. Nasz programowalny, współpracujący robot spawalniczy umożliwia wprowadzenie niestandardowej prędkości na ścieżkę spawania, co stanowi przełom w przypadku części o różnej grubości spoiny, np. wspornika, który jest gruby w jednym miejscu i cienki w innym. Jeśli użyjesz tylko jednej prędkości, zepsujesz oba końce. Ponadto nasz magnetyczny robot spawalniczy doskonale nadaje się do utrzymywania części na miejscu podczas spawania, dzięki czemu ruch robota nie zmienia się w połowie pracy. Stabilność części jest również powiązana z prędkością, ponieważ jeśli część się poruszy, robot będzie musiał to skompensować, co może spowodować spadek prędkości.
Przejdźmy do liczb ze świata rzeczywistego. Typowy test, który przeprowadzamy z klientami: cienka stal (1/8 cala) do przyczep. Optymalna prędkość wynosi 15–18 obrazów na minutę. Przejdź do 25 ipm, a penetracja spadnie o 30% – spoina nie wytrzyma podczas testu obciążenia. Przejdź do 10 ipm, a otrzymasz przepalenie cienkiego metalu. W przypadku grubszego metalu (1/4 cala) optymalny punkt jest o 10–12 ipm wolniejszy, aby uzyskać wystarczającą penetrację bez przegrzania. To nie jest przypadkowe; wynika to z naszych wewnętrznych testów, ale także ze standardów branżowych Amerykańskiego Towarzystwa Spawalniczego (AWS), które zawsze zalecam sprawdzić, ponieważ nie jest to tylko nasza rozmowa sprzedażowa.
Kolejny czynnik: kąt jazdy. Prędkość robota wpływa na kąt, pod jakim się porusza, w porównaniu z kątem pchania. Jeśli używasz kąta pchania (typowego dla MIG), nieco mniejsza prędkość może pomóc w fuzji, podczas gdy kąt oporu wymaga nieco większej prędkości. Ale jeśli prędkość twojego robota jest niska, nawet odpowiedni kąt tego nie naprawi. Klienci pytali, czy mogą po prostu ustawić robota na „średnią” prędkość i zignorować ją – nie ma mowy. Każde połączenie, każda część, każdy materiał wymaga regulacji prędkości. Właśnie dlatego roboty współpracujące lepiej sprawdzają się w przypadku małych partii, ponieważ można dostosować prędkość każdej części, w przeciwieństwie do robotów stacjonarnych, które są raz ustawiane do produkcji masowej.
A co z typowymi błędami? Nowi użytkownicy robotów często myślą szybciej = więcej części na godzinę, więc zwiększają prędkość. Jeśli jednak spawy są złe, marnujesz więcej czasu na przeróbkę lub złomowanie części, niż zaoszczędzisz, pracując szybko. W zeszłym roku klient powiedział mi, że swoim starym robotem produkuje 10 części na godzinę, ale 3 to złom. Przeszli na naszego współpracującego robota spawalniczego, ustawili odpowiednią prędkość dla każdej części, uzyskiwali 12 części na godzinę, a ilość złomów spadła do 2%. Optymalizacja prędkości, która przynosi zwycięstwo, nie polega tylko na szybszym poruszaniu się, ale na poruszaniu się z odpowiednią prędkością.
W przypadku robotów mobilnych należy również uwzględnić czas konfiguracji. Jeśli przenosisz robota z jednego stanowiska roboczego na drugie, nie chcesz, aby najpierw poruszał się z pełną prędkością wokół bezpieczeństwa warsztatu, ale także, gdy znajdzie się blisko części, powinien zwolnić do prędkości spawania. Nasze roboty mają wbudowane czujniki, które dostosowują prędkość na podstawie odległości od części, co pozwala uniknąć zgadywania. Koniec z martwieniem się, jeśli robot porusza się zbyt szybko, gdy zbliża się do stawu.
Czekaj, czy jest przypadek, w którym szybciej znaczy lepiej? Być może do bardzo cienkich materiałów lub zastosowań związanych ze spawaniem z dużą prędkością, ale to kwestia specjalizacji. Większość producentów pracuje ze stalą średniej grubości, aluminium lub stalą nierdzewną i w tym przypadku stała prędkość jest ważniejsza niż sama prędkość. Robot poruszający się ze stałą prędkością 15 ipm jest lepszy niż robot, który przesuwa się z szybkością 20 ipm w przypadku połowy spoiny i pełza z szybkością 8 ipm w drugiej połowie. To właśnie w tym sprawdzają się programowalne roboty – możesz wyznaczyć całą ścieżkę spawania, ustawić prędkość dla każdego cala, aby była spójna.
Co zatem należy zrobić, jeśli masz do czynienia z szybkością robota spawalniczego? Najpierw przetestuj każdy materiał i grubość części, aby znaleźć najlepszy punkt. Użyj wytycznych AWS jako punktu wyjścia, a następnie dostosuj własne części. Jeśli używasz robota mobilnego, upewnij się, że skalibrujesz go pod kątem hali produkcyjnej – nierówne powierzchnie mogą zakłócać ruch. Jeśli pracujesz nad małymi partiami lub częściami niestandardowymi, zaopatrz się w programowalnego robota, dzięki któremu będziesz mógł na bieżąco dostosowywać prędkość. Nie zapominaj, że uchwyty magnetyczne utrzymują części stabilnie, dzięki czemu ruch robota nie zostanie zakłócony, co pomaga utrzymać stałą prędkość.
Ostatecznie prędkość ruchu robota jest podstawową zmienną wpływającą na jakość spawania lub pogarszającą ją. Nie jest to coś, co można ustawić i zapomnieć, ale dzięki odpowiedniemu robotowi – takiemu jak nasze modele mobilne, programowalne lub magnetyczne – i niewielkim testom można uzyskać spójne, wysokiej jakości spoiny bez marnowania czasu i materiałów.
Jeśli chcesz ulepszyć swój sprzęt spawalniczy i chcesz porozmawiać o tym, jak prędkość robota może wpłynąć na Twoje konkretne części, skontaktuj się z nami. Pomożemy Ci znaleźć odpowiedniego robota dla Twojego warsztatu, niezależnie od tego, czy będzie to nasz mobilny robot spawalniczy współpracujący do elastycznej powierzchni, robot spawalniczy o wysięgu ramienia 1600 do większych części, czy programowalny model do zadań niestandardowych.
Referencje:
- Amerykańskie Towarzystwo Spawalnicze. (2022). Przewodnik stosowania automatyki i robotyki w spawalnictwie. AWS D16.1/D16.1M:2022.
- Lin, S. i Eager, TW (2020). Wpływ prędkości przesuwu na geometrię ściegu spoiny podczas spawania łukowego w atmosferze gazowej. Journal of Manufacturing Processes, 56, 452-459.
- Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna. (2019). Roboty i urządzenia zrobotyzowane – Wymagania bezpieczeństwa dotyczące robotów przemysłowych – Część 1: Roboty. ISO 10218-1:2019.
