Roboterschweißen:Wie Roboter bei der Automatisierung von Schweißaufgaben helfen können

Roboterschweißen ist der Prozess, bei dem ein Automatisierungssystem zum Ausführen von Schweißaufgaben verwendet wird. Erfahren Sie mehr über Schweißroboter und wie Sie Ihr erstes Schweißprojekt noch heute automatisieren können.

Ein Schweißroboter ist jede automatisierte Maschine, die in einer Schweißanwendung arbeitet. Roboter und Schweißen haben eine lange Geschichte. Kein Wunder also, dass Roboterschweißanwendungen oft einen hohen Return on Investment haben. Es gibt oft viele Integratoren und Hersteller, die sich auf Roboterschweißen spezialisiert haben.

Der Zweck dieses Artikels ist es, die Grundlagen des Roboterschweißens und seine Vorteile zu erkunden. Dies wird Ihnen helfen, einen Ausgangspunkt für die Automatisierung einiger Ihrer Prozesse zu gewinnen.

In diesem Artikel:

• Branchen für Roboterschweißen
• Roboterschweißarten
• Warum den Schweißprozess automatisieren?
• Robotertypen zum Schweißen
• Zusätzliche Überlegungen

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Branchen für Roboterschweißen

Im Idealfall können Roboter in jeder Branche mit Schweißanwendungen schweißen. Die gängigsten Branchen für Roboterschweißer sind:

• Automobil
• Luft- und Raumfahrt
• Metalle
• Bau

Unternehmen in diesen Branchen sind mit Roboterschweißen oft sehr erfolgreich. Der Grund dafür ist die Art von Produkten, die diese Unternehmen herstellen, die sich leicht automatisieren lassen. In einem früheren Artikel haben wir die Eigenschaften von Aufgaben diskutiert, die für Roboter ideal sind. Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie hier:Industrieroboter:Der Nr. 1-Leitfaden für Robotik für alle Branchen .

Beispielsweise ist die Automobilindustrie ein starker Nutzer von Schweißrobotern. Schweißprozesse in der Automobilindustrie haben folgende Eigenschaften:

• Führen Sie dieselbe Schweißnaht wiederholt aus
• Kleine Variation der zu schweißenden Teile
• Der Prozess birgt inhärente Gefahren
• Erfordert ein hohes Maß an Wiederholbarkeit und Genauigkeit
• Benötigt hohen Durchsatz

Es ist klar, warum der erste Roboter in einer Automobilschweißanwendung eingesetzt wurde!

Roboterschweißarten

Es gibt verschiedene Arten des Schweißens. Sie werden sich natürlich fragen, welche Schweißarten Roboter können. Roboter können typischerweise jede Art von Schweißprozess durchführen. Dies beinhaltet:

• Punktschweißen
• Lichtbogenschweißen
• Widerstandsschweißen
• MIG-Schweißen
• WIG-Schweißen
• Laserschweißen
• Plasmaschweißen

Punktschweißen ist eine Art Widerstandsschweißen, bei dem zwei Metallteile an einer einzigen Stelle miteinander verbunden werden. Daher der Name „Punktschweißen“. Dieser Prozess verwendet große Mengen an elektrischem Strom durch das Metall, um immense Wärmemengen zu erzeugen. Diese Hitze schmilzt das Metall, sodass sich zwei Bleche verbinden können.

Lichtbogenschweißen ist eine alte, aber sehr verbreitete Form des Schweißens. Wie der Name schon sagt, verwendet das Lichtbogenschweißen einen elektrischen Lichtbogen, um Metall miteinander zu verschweißen. Wie beim Punktschweißen ist Strom der Katalysator für diesen Prozess. Ein Strom fließt durch einen Metallstab zum Material. Der Metallstab wird als Elektrode bezeichnet. Der Strom erscheint als heller Bogen. Dieser Lichtbogen liefert die notwendige Hitze, um die beiden Metallteile miteinander zu verschmelzen.

Widerstandsschweißen ist ein weiter gefasster Begriff für mehrere Schweißarten. Dies schließt jede Schweißnaht ein, bei der elektrischer Strom durch direkten Kontakt durch zwei Metallteile geleitet wird, um sie miteinander zu verschweißen. Punktschweißen ist eine Art des Widerstandsschweißens. Andere Arten sind Buckelschweißen und Nahtschweißen.

MIG-Schweißen ist eine Art des Lichtbogenschweißens. MIG steht für Metall-Inertgas. Es wird oft wegen seiner Geschwindigkeit und Vielseitigkeit bei verschiedenen Metallarten bevorzugt. MIG-Schweißen ist auch für Roboterschweißanwendungen üblich. Ein zusätzlicher Bestandteil des MIG-Schweißens ist die Verwendung eines Schutzgases. Dieses Gas schützt den Schweißprozess vor Verunreinigungen, die sich in der unmittelbaren Atmosphäre befinden können.

WIG-Schweißen ist eine andere Art des Lichtbogenschweißens. WIG steht für Wolfram-Inertgas. Dieser Prozess verwendet eine Wolframelektrode, um seinen Lichtbogen zu erzeugen. Wie beim MIG-Schweißen verwendet auch diese Art Gas zum Schutz vor Kontaminationen. Das WIG-Schweißen ist für Bediener bekanntermaßen schwierig zu beherrschen. Es ist auch nicht so schnell wie andere vergleichbare Schweißarten. Was es an Geschwindigkeit verliert, gewinnt es durch eine fokussiertere, oft stärkere Schweißnaht.

Laserschweißen verwendet einen Hochleistungslaserstrahl, um kleine und fokussierte Schweißnähte zu erzeugen. Dieser Stil ermöglicht eine beispiellose Kontrolle, wodurch er sowohl für das Metall- als auch für das Kunststoffschweißen nützlich ist. Laserschweißsysteme umfassen Faser-, Gas- und Festkörpertypen. Diese Systeme bieten einige der höchsten Geschwindigkeits- und Genauigkeitsraten, die für die Schweißindustrie erreichbar sind. Sie sollten jedoch davon ausgehen, dass Laserschweißsysteme zu den teuersten Optionen auf dem Schweißmarkt gehören.

Plasmaschweißen ist dem WIG-Schweißen ähnlich und verwendet manchmal sogar eine Wolframelektrode. Es unterscheidet sich hauptsächlich in der Konstruktion der Fackel. Der Brenner hat eine kleine Kupferdüse, die den Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit und Temperatur ausstößt. Hier liegt der Vorteil des Plasmaschweißens. Standardlichtbogentemperaturen für das Plasmaschweißen können im Bereich von 25.000 °C bis 30.000 °C liegen. Vergleichsweise können Standardtemperaturen für andere Lichtbogenschweißarten im Bereich von 5.000 °C bis 6.000 °C liegen.

Warum den Schweißprozess automatisieren?

Es gibt viele Faktoren, die Unternehmen dazu bewegen, den Schweißprozess zu automatisieren. Beim Übergang vom manuellen zum automatisierten Schweißen werden enorme Renditen erzielt. Häufige Gründe sind:

• Verbesserung der Zykluszeit
• Arbeitskosten und Verfügbarkeit
• Konsistenz
• Präzision
• Materialeffizienz
• Sicherheit

Zykluszeit

Die Zykluszeit ist bei Schweißprozessen mit hohem Volumen oft ein unmittelbares Problem. Anwendungen, die einen hohen Durchsatz erfordern, stellen manchmal fest, dass die Bedienergeschwindigkeit der limitierende Faktor bei der Herstellung ist. Mit anderen Worten, bei manuellen Schweißern sind die Schweißgeschwindigkeiten begrenzt, was sich negativ auf die Hersteller auswirken kann. Roboter können mit einer höheren Geschwindigkeit schweißen als selbst erfahrene menschliche Schweißer. Diese Geschwindigkeit findet sich nicht nur während des Schweißprozesses selbst, sondern auch in der Zeit, die benötigt wird, um zwischen den Positionen zu wechseln. Darüber hinaus benötigen Roboter keine Pausen oder Ausfallzeiten aufgrund von Schichtwechseln. Ein Roboterschweißer kann so lange weiterschweißen, wie ihm das Material zur Verfügung steht. Diese Faktoren führen für Hersteller oft zum deutlichsten Return on Investment.

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Arbeitskosten und Genauigkeit

Qualifizierte Schweißer sind auf dem heutigen Arbeitsmarkt ein teures und begrenztes Gut. Dies bringt Hersteller in eine schwierige Position, den Betrieb aufrechtzuerhalten. Qualifikationsunterschiede führen zu spürbaren Qualitätsunterschieden beim Schweißen, was sich negativ auf den Umsatz auswirkt. Darüber hinaus haben die Arbeitskosten einen erheblichen Einfluss auf das Endergebnis eines Herstellers. Aus diesem Grund halten viele Unternehmen die Automatisierung des Schweißprozesses für eine notwendige Entscheidung, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Konsistenz

Qualitätskontrolle ist für Schweißanwendungen unerlässlich. Kleine Unvollkommenheiten und Inkonsistenzen verursachen Hohlräume, Verwerfungen und Schwächen in Schweißnähten. Probleme wie diese können das Produkt sogar unbrauchbar machen. Dies führt zu mehr Ausschuss und verschwendetem Material. Die meisten Hersteller verfolgen jedes Jahr die Menge an verschwendetem Material. Diese Kosten lassen sich durch die Integration eines Schweißroboters in Ihren Prozess amortisieren. Die Beständigkeit der Robotik bedeutet jedes Mal die gleiche Schweißqualität und weniger Ausschuss im Vergleich zum manuellen Schweißen.

Präzision

Für bestimmte Anwendungen ist extreme Präzision erforderlich. Diese Leistungsfähigkeit ist nur durch die Automatisierung des Schweißprozesses erreichbar. Das hochauflösende Feedback der Servomotoren der Roboter ermöglicht eine Präzision, die von menschlichen Schweißern nicht erreicht werden kann. Diese Präzision ist immer wieder erreichbar, da der Roboter auch nicht wie Handschweißer ermüdet.

Materialeffizienz

Roboterschweißer sind effizienter im Materialeinsatz. Da sie einem programmierten Satz von Anweisungen folgen, verwenden Roboter jedes Mal die gleiche Materialmenge, wenn sie ein Teil schweißen. Selbst erfahrene Schweißer machen Fehler und haben Ungereimtheiten. Die Menge an Schweißmaterial, die beim manuellen Verfahren von Teil zu Teil verbraucht wird, variiert. Zu diesen Materialien gehören Elektroden, Plasma, Gase usw.

Sicherheit

Der Schweißprozess ist von Natur aus gefährlich. Zu diesen Gefahren gehören:

• Elektroschock
• Ton
• Lichtbogenbelichtung
• Explosionsgefahr

Jeder Prozess, der Hochspannungsstrom und hohe Temperaturen umfasst, ist für den Menschen gefährlich. Diesen Gefahren sind Handschweißer während des Schweißprozesses immer ausgesetzt. Mögliche Verletzungen sind:

• Verbrennungen
• Elektroschock
• Hörverlust
• Blindheit

Arbeitsunfälle sind teuer. Dieser Aufwand wird durch die Verwendung von Roboterschweißern verringert. Es ist wichtig, daran zu denken, dass Roboter die Gefahr nicht aus dem Prozess entfernen. Roboter entfernen einfach einen menschlichen Bediener aus dem direkten Kontakt mit dem Prozess. Sie sollten die richtigen Sicherheitsprotokolle und Strategien zur Risikominderung befolgen, wenn Sie einen Schweißroboter in Ihre Einrichtung integrieren.

Robotertypen zum Schweißen

Technisch kann jede Art von stationärem Roboter in einer Schweißanwendung verwendet werden. Zu diesen Robotertypen gehören:

• Gelenkarme
• Sechs-Achs-Roboter
• SCARA-Roboter
• Zylinder
• Kartesisch oder Gantry 

Jeder dieser Roboter kann ein Schweißer sein, wenn ein Schweißwerkzeug am Ende seines Arms montiert werden kann. Sechs-Achs-Typen sind jedoch die mit Abstand gebräuchlichste Art von Schweißrobotern. Der Grund dafür ist, dass sie der flexibelste Robotertyp sind. Der Sechs-Achs-Roboter kann sich verbiegen, um in Winkeln zu schweißen, die von den anderen Robotertypen nicht erreicht werden können. Dieser Roboter kann auch skaliert werden, um einen großen Bewegungsbereich zu haben, der für viele Schweißanwendungen erforderlich ist.

Eine jüngste Innovation in der Roboterschweißindustrie ist die Einbeziehung von kollaborativen sechsachsigen Robotern zum Schweißen. Kollaborativen Robotern lassen sich neue Prozesse leichter beibringen als Standard-Industrierobotern. Der Lehrprozess wird oft mit einer Handführungstechnik durchgeführt. Ein Bediener kann den Roboter von Hand durch den Prozess führen, um ihm ein neues Teil zum Schweißen beizubringen. Dies gibt der Robotik einen Platz für Anwendungen mit mittlerem Volumen. Standard-Industrieroboter erfordern das Schreiben eines neuen Codes, um ein neues Teil zu lernen. Dies kann erfordern, dass ein Spezialist mehrere Stunden bis Tage aufwendet, um den Code zu entwickeln und zu testen. Ein Bediener kann einem Cobot innerhalb von Minuten ein neues Teil beibringen.

Ein wichtiger Hinweis hierbei ist, dass kollaborative Schweißroboter Grenzen haben. Faktoren wie Größe, Geschwindigkeit und Nutzlastkapazität bedeuten, dass kollaborative Roboter nicht für alle Schweißanwendungen geeignet sind. Es ist wichtig, die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zu berücksichtigen, um festzustellen, ob ein kollaborativer Roboter die richtige Lösung für Ihren Schweißroboter ist. Ein Experte kann Ihnen bei dieser Feststellung helfen. Das Netzwerk unabhängiger Berater von HowToRobot kann Ihnen dabei helfen zu bestimmen, wo und wie Sie automatisieren können.

Zusätzliche Überlegungen

Bei Roboterschweißern sind zusätzliche Überlegungen zu berücksichtigen. Selten kann ein Roboter ohne zusätzliches Equipment in einen Prozess eingeführt werden. Roboter funktionieren möglicherweise auch nicht in jeder Schweißanwendung. Aus diesen Gründen ist es wichtig, erfahrene Lieferanten zu identifizieren.

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Zusätzliche Ausrüstung kann Vorrichtungen und Sicherheitssysteme umfassen. Eine Vorrichtung ist ein mechanisches System, das die zu schweißenden Teile dem Roboter auf vorhersehbare Weise hält und präsentiert. Vorrichtungen können je nach Anwendung Dinge wie Drehtische oder Spannsysteme sein. Vorrichtungen können auch sehr teuer sein. Aus diesem Grund ist es wichtig, sich Gedanken darüber zu machen, wie das Teil dem Roboter für Ihren Schweißprozess präsentiert wird.

Wie bei jedem Roboter muss auch die Sicherheitsausrüstung in die Gesamtkosten des Projekts eingerechnet werden. Sicherheitsausrüstung kann sein:

• Sicherheitskäfige
• Sensoren
• Lichtvorhänge
• Sicherheitsscanner
• Sicherheitsrelais

Der Schweißprozess birgt zusätzliche Gefahren, die die Sicherheit noch wichtiger machen. Roboter sind so konzipiert, dass sie ihre Aufgabe automatisch wiederholt ausführen. Sicherheitssysteme stellen sicher, dass sich der Roboter sicher und vorhersehbar verhält, wenn menschliche Bediener oder Hindernisse vorhanden sind.

Wann sind Schweißroboter eine schlechte Idee?

Es gibt bestimmte Szenarien, in denen Roboter für Ihre Anwendung möglicherweise nicht von Vorteil sind. Bestimmte Prozesse können im verwendeten Produkttyp zu stark variieren. Betrachten Sie beispielsweise ein Unternehmen, das viele kundenspezifische Teile in kleinen Mengen herstellt. Dieses Unternehmen muss möglicherweise mehrmals im Jahr einen Roboter neu programmieren. Diese zusätzlichen Kosten und Ausfallzeiten können einen Roboter für diesen Prozess ineffizient machen.

Andere Risiken sind Abhängigkeiten von Robotern in bestimmten Anwendungen. Wenn ein einzelner Roboterausfall einen ganzen Prozess aufhalten kann, setzen Sie sich möglicherweise einem Risiko aus. Aus diesem Grund ist es wichtig, vorbeugende Wartungsmaßnahmen und Ersatzteile vorzusehen.

Wie geht es weiter?

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Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Roboterschweißsysteme eine hohe Vorabinvestition erfordern. Dies führt für einige Hersteller zu einer hohen Eintrittsbarriere in den Roboterschweißmarkt. Sie können das RFQ-Tool von HowToRobot verwenden, um Angebote und Angebote von Roboterlieferanten basierend auf Ihren Anforderungen zu erhalten, um zu sehen, wie hoch Ihre Kosten sein könnten.