Classification et caractéristiques des robots de soudage

Les robots de soudage mobiles sont des robots qui réalisent des travaux de soudage, comprenant principalement deux parties : le robot lui-même et l’équipement de soudage. Les robots de soudage se divisent généralement en soudage par points et soudage à l’arc. On peut voir des robots travailler dans divers secteurs, et les robots de soudage mobiles figurent parmi les types les plus largement utilisés dans l’industrie. Alors, connaissez-vous la classification et les caractéristiques des robots de soudage ? Voyons l’introduction correspondante.

Caractéristiques des robots de soudage à l’arc

Les robots de soudage à l’arc utilisent principalement des procédés de soudage sous gaz de protection. Les sources de courant de soudage courantes, telles que les types à thyristors, à onduleur, à commande de forme d’onde, pulsés ou non pulsés, peuvent toutes être installées sur le robot pour le soudage à l’arc. Comme l’armoire de commande du robot utilise une commande numérique, tandis que l’alimentation de soudage est le plus souvent à commande analogique, une interface est nécessaire entre l’alimentation de soudage et l’armoire de commande.

Ses caractéristiques peuvent se résumer comme suit :

1. Haute efficacité de production et stabilité

l Capacité de fonctionnement continu : peut travailler 24 heures sur 24 sans interruption, améliorant considérablement l’efficacité de production.

l **Temps de cycle stable :** des paramètres tels que la vitesse de soudage, la vitesse d’avance du fil et la trajectoire d’oscillation restent constants, sans être affectés par la fatigue de l’opérateur ni par les variations de niveau de compétence, garantissant un temps de cycle de production constant pour chaque produit.

2. **Excellente constance de la qualité de soudage :**

l Haute précision de trajectoire : répétabilité extrêmement élevée (généralement de ±0,05 mm à ±0,1 mm), reproduisant avec précision la trajectoire apprise et évitant les défauts aléatoires fréquents en soudage manuel, tels que le mordançage, les écarts de soudure et les bourrelets de soudure.

l Paramètres de procédé stables : le contrôle précis du courant de soudage, de la tension, de la longueur d’arc et de la vitesse de soudage assure un cordon de soudure esthétique, une pénétration constante et réduit considérablement le taux de retouche.

l Réduction de l’effort physique : pour le soudage intensif de grandes structures (telles que les machines d’ingénierie et les sections de navires), le robot élimine la nécessité de tenir compte des limites physiques de l’opérateur lorsqu’il manipule le pistolet de soudage, et permet d’effectuer sans difficulté des soudures de longue durée dans des postures complexes.

34. **Grande flexibilité et intégration à l’automatisation :**

l Changement rapide : en modifiant le programme de commande, il peut s’adapter rapidement aux exigences de soudage de différents produits, particulièrement adapté aux productions multi-références et en petites séries.

l Liaison d’axes externes : généralement équipé d’une fonction de liaison avec positionneur. Le robot et le positionneur (plateau tournant) se déplacent de concert, en maintenant toujours le pistolet de soudage dans une posture « verticale vers le bas » ou optimale pour le soudage, permettant un soudage de haute qualité de courbes spatiales complexes.

l Intégration système : il s’intègre facilement avec les systèmes de chargement et déchargement, les robots de manutention, les systèmes de reconnaissance visuelle et les systèmes d’inspection qualité (tels que le suivi laser du cordon de soudure et la surveillance du bain de fusion) afin de former des cellules de fabrication intelligentes sans opérateur ou des ateliers numériques.

4. Dépendance à la préparation et à la gestion en amont de la production

l Exigences élevées en matière de précision de la pièce : les robots de soudage à l’arc sont des équipements de type « apprentissage et reproduction » ou dépendent de capteurs de haute précision. Si la précision du chargement de la pièce est insuffisante ou si l’écart d’assemblage est irrégulier, le robot ne peut pas ajuster sa technique avec autant de souplesse qu’un soudeur humain, ce qui entraîne facilement des perçages ou une pénétration incomplète. C’est pourquoi des outillages et des dispositifs de fixation de haute précision sont généralement nécessaires.

l Barrières liées à la programmation et à la maintenance : bien que la programmation hors ligne et les technologies d’enseignement par glisser-déposer soient disponibles, elles exigent toujours des opérateurs un haut niveau de compétences en programmation, des connaissances des procédés de soudage et une expertise en maintenance des équipements.

l Investissement initial élevé : l’équipement lui-même, le positionneur, l’outillage et les gabarits, les systèmes de protection de sécurité ainsi que les coûts de maintenance ultérieurs sont relativement élevés.

En résumé, les caractéristiques essentielles des robots de soudage à l’arc résident dans leur stabilité, leur efficacité et leur précision, ce qui améliore considérablement l’homogénéité de la qualité de soudage et le niveau d’automatisation de la production. En revanche, cela impose également des exigences plus élevées en matière de précision des processus amont (préparation des matériaux, chanfreinage, 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 à souder intégrée, le transformateur de soudage est monté à l’arrière de la pince ; le transformateur du robot de soudage par points doit donc être aussi compact que possible. À l’heure actuelle, les nouveaux temporisateurs sont basés sur microordinateur, de sorte que l’armoire de commande du robot peut contrôler directement le temporisateur sans nécessiter d’interface séparée.

La pince à souder du robot de soudage par points utilise une pince de soudage servoélectrique. L’ouverture et la fermeture de la pince sont entraînées par un servomoteur, avec retour par disque codeur, ce qui permet de sélectionner et de prérégler librement le degré d’ouverture de la pince selon les besoins réels, et la force de serrage entre les électrodes peut également être réglée en continu.

Les caractéristiques des robots de soudage par points peuvent être résumées 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 servomoteurs CA pour l’entraînement, offrant une accélération et une vitesse de déplacement extrêmement élevées (les vitesses maximales peuvent dépasser 2,0 m/s) afin d’effectuer rapidement des déplacements entre des centaines de points de soudage.

l Temps de cycle court : le temps de soudage d’un point nécessite généralement seulement 1,5 à 3 secondes (y compris la mise sous pression, l’alimentation en courant, le maintien et la pause). Le robot peut réaliser un positionnement précis entre les points de soudure à des vitesses extrêmement élevées, répondant ainsi aux exigences de cycle élevé des lignes de production automobile, où une voiture sort de la chaîne toutes les quelques dizaines de secondes.

2. Forte capacité de charge et structure à haute rigidité

l Charge lourde : les robots de soudage par points nécessitent un transformateur de soudage intégré, une pince de soudage (comprenant les bras d’électrode), des câbles et une tuyauterie de refroidissement par eau. La charge totale se situe généralement entre 100 kg et 500 kg (bien supérieure aux 6 kg à 20 kg des robots de soudage à l’arc).

l Renforcement structurel : en raison des chocs importants et des forces de réaction générés lors de la fermeture de la pince de soudage et de l’application de la pression (la pression atteint généralement 300 kgf à 600 kgf), le corps du robot et la structure du poignet doivent présenter une rigidité extrêmement élevée afin de garantir que la position du point de soudure ne se décale pas au moment de l’application de la pression.

3. Pince à souder intégrée et technologie de commande servo

l Pince à souder intégrée : afin de réduire les pertes de câble et d’améliorer la vitesse de réponse, les robots de soudage par points utilisent généralement des pinces à souder à transformateur intégré (transformateur et pince à souder intégrés), directement montées sur le poignet du robot.

l Pince à souder servoélectrique (entraînée par servomoteur) : les robots modernes de soudage par points haut de gamme utilisent largement des pinces à souder servoélectriques, qui offrent des avantages significatifs par rapport aux pinces pneumatiques traditionnelles :

² Durée de vie des électrodes plus longue : un contrôle précis de la vitesse de fermeture des électrodes réduit les projections dues aux chocs.

² Pression précise et réglable : la pression de soudage peut être ajustée dynamiquement en fonction de l’épaisseur des tôles et du nombre de couches.

² Course flexible : ajustement automatique de la course d’ouverture selon les différentes pièces, éliminant le besoin de remplacer les vérins ou de régler les fins de course.

² Surveillance de la qualité : le retour d’information en temps réel sur l’usure des électrodes facilite la maintenance prédictive.

4. Liaison complexe des axes externes et accessibilité spatiale

l Collaboration multi-axes : sur les lignes de soudage des caisses en blanc automobiles, les robots de soudage par points doivent généralement être couplés à des positionneurs servo ou à un septième axe (rail au sol ou en plafond) afin de réaliser un soudage toutes positions sur 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 et la densité élevée des points de soudure (un véhicule typique comporte 3000 à 5000 points de soudure) exigent du robot des capacités complexes de planification de trajectoire afin d’éviter toute interférence entre la pince à souder et la carrosserie ou les gabarits dans les espaces confinés.

5. Forte dépendance à l’outillage, aux gabarits et à l’intégration du système

l Positionnement précis : le soudage par points tolère peu les jeux d’assemblage des pièces. Pour garantir la qualité des soudures (diamètre du noyau de fusion, taux de pénétration), des gabarits de soudage de haute précision sont généralement nécessaires afin de fixer complètement la pièce et d’éviter tout jeu ou mauvais alignement pendant la mise sous pression.

l Complexité du système : la cellule de robot de soudage par points intègre non seulement le corps du robot, mais aussi un système de refroidissement par eau (refroidissant le transformateur et les électrodes de la pince à souder), un aiguiseur d’électrodes (meulant automatiquement la tête d’électrode pour maintenir la conductivité), un contrôleur de soudage et un système de commande groupée (décalage de la synchronisation d’alimentation lorsque plusieurs robots travaillent 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 d’adaptation pour gérer l’usure des électrodes, les variations d’épaisseur des pièces et le shunt de courant. Ils peuvent ajuster en temps réel le courant de soudage et le temps d’application de la pression en surveillant des paramètres tels que la résistance dynamique et le déplacement des électrodes.

l Traçabilité de la qualité : les paramètres de soudage de chaque point de soudure (courant, pression, temps, nombre d’usures des électrodes) peuvent être téléchargés vers le système d’exécution de la fabrication (MES), permettant une traçabilité complète de la qualité sur tout le cycle de vie.Il s’agit d’une exigence courante dans les systèmes qualité de l’industrie automobile (tels qu’IATF 16949).

Résumé : les caractéristiques essentielles des robots de soudage par points peuvent se résumer ainsi : forte capacité de charge, mouvement point à point à grande vitesse, application précise de la pression par pince à souder servoélectrique, et intégration système fortement dépendante de l’outillage et des gabarits.

Dans le domaine de la fabrication automobile, les robots de soudage par points sont un équipement clé sur la ligne de production des caisses en blanc. Les défis techniques ne résident pas seulement dans la commande de mouvement à forte charge du robot lui-même, mais aussi dans l’intégration profonde des procédés de soudage et des systèmes d’automatisation — notamment la compensation de l’usure des électrodes, la commande collaborative multi-machines et la surveillance en temps réel de la qualité du soudage. Si vous évaluez l’application des robots de soudage par points, il est recommandé de vous concentrer sur : la précision de positionnement des pièces, les réglages du cycle de réaffûtage des électrodes et la conception redondante du système de refroidissement. Ce sont souvent des facteurs clés qui influencent 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. Leur apparition a réduit la pénibilité du travail manuel, leur permettant d’opérer dans des environnements complexes, de fonctionner en continu, d’accroître la productivité du travail et de réduire les investissements des entreprises.