Роботизирано лазерно заваряване

• Лазерното заваряване е прецизен метод, като при автоматизиране със заваръчни роботи тази точност се увеличава още
  
  
• Някои роботи за лазерно заваряване могат да заваряват от разстояние над 30 cm, което ги прави идеалното решение за заваряване на детайли, разположени в ограничени пространства
  
  
• Роботизираното лазерно заваряване е най-подходящо за задачи, които изискват висока точност, за високообемно производство, за сложни детайли и тънки материали

Представете си как съкращавате производственото си време наполовина, като същевременно поддържате или дори подобрявате качеството на заварките си. Ако сте запознати с лазерното заваряване, вече знаете, че технологията е прецизна и ефективна. Но обмисляли ли сте възможността да преминете на следващото ниво с роботизирано лазерно заваряване, което съчетава прецизността на лазерното заваряване с постоянството на роботите? В настоящата статия ще разгледаме ползите, предизвикателствата и разнообразните приложения на роботизираното лазерно заваряване.

Ползи от автоматизирането с роботи

Лазерното заваряване се утвърди като едно от водещите приложения за роботизирана автоматизация. Технологията е уникална спрямо другите заваръчни приложения, защото за съединяването на металните детайли вместо електрическа дъга се използва лазер. Автоматизирането със заваръчни роботи превръща лазерното заваряване във високопроизводителен метод за производство на метални изделия.

Според доклад на Global Market Insights, през 2023 г. пазарът за роботизирано лазерно заваряване се оценява на 1,5 млрд. щатски долара, като между 2024 и 2032 г. се очаква регистриране на годишен темп на растеж от над 8,5%. Пазарът се характеризира с динамични тенденции, оформящи траекторията му. Прецизността и възможностите на системите за лазерно заваряване се подобряват благодарение на авангардни роботи и изкуствен интелект.

Сред основните ползи от автоматизирането на лазерното заваряване с индустриални роботи са по-чисти заварки, малък размер на зоната, засегната от топлината, липса на контакт с материала, универсалност, бърз топлинен цикъл, съкращаване на продължителността на циклите и осигуряване на по-високо ниво на безопасност.

Лазерното заваряване е прецизен метод, като при автоматизиране със заваръчни роботи тази точност се увеличава още. Шарнирните роботи работят с висока повторяемост, стабилни движения и изключителна точност на хода. Автоматизирането на процеса с такъв робот води до редуциране на заваръчните пръски, в резултат на което се получава гладка, чиста заварка. Повишеното качество на заварката пък намалява необходимостта от довършителни дейности или преработка.

При роботизираното лазерно заваряване зоната, засегната от топлината, е много по-малка. И това не е всичко – за съединяването на металните детайли е необходимо по-малко количество топлина. Предлаганите на пазара днес роботи позволяват използването на малка зона, засегната от топлината на заваряване, като същевременно се прилагат по-ниски температури и се поддържа контрол на температурата на лазера за осигуряване на постоянна топлина. По-малката топлинно засегната зона и по-добрият температурен контрол редуцират риска от изкривяване на детайлите.

За разлика от другите роботизирани заваръчни приложения, роботите за лазерно заваряване могат да съединяват детайлите без да трябва да ги докосват. Липсата на необходимост от контакт с детайлите улеснява достигането до труднодостъпни зони. Някои роботи за лазерно заваряване могат да заваряват от разстояние над 30 cm, което ги прави идеалното решение за заваряване на детайли, разположени в ограничени пространства. Липсата на контакт с материалите също спомага за предотвратяване на изкривяването на детайлите.

Роботизираното лазерно заваряване е изключително универсално. Роботите могат да работят с разнообразие от видове метали и дебелини на материалите. Малката зона, засегната от топлината, и ниските температури правят роботизираното лазерно заваряване много подходящо за съединяването на детайли с малка дебелина.

Шестосните роботи за лазерно заваряване могат да заваряват и метали с по-голяма дебелина чрез създаването на парен капиляр. С помощта на този метод могат да се заваряват дори метали, за които в миналото се смята, че не подлежат на заваряване, като труднообработваеми “екзотични” материали, склонни към напукване, тъй като се използва по-малко топлина.

Автоматизирането на лазерното заваряване с роботи дава възможност за бърз топлинен цикъл, който се осъществява в рамките на няколко милисекунди. Това не само ускорява заваръчния процес, но и води до получаването на по-издръжлива заварка. Бързият топлинен цикъл създава по-добра структура на заварката, която има по-добри механични свойства. Заварката ще е по-устойчива на корозия, ще бъде по-здрава и вероятността за влошаване на качеството й ще е по-малка.
Роботите за лазерно заваряване работят с много по-високи скорости, отколкото един заварчик. Детайлите се заваряват много по-бързо в сравнение с ръчното лазерно заваряване. Елиминирането на довършителните дейности и преработката благодарение на точността на роботите за лазерно заваряване също съкращава продължителността на циклите.

Ръчното лазерно заваряване може да бъде опасно за работниците, най-вече защото лазерът не е видим. Автоматизирането със заваръчни роботи елиминира рисковете за безопасността на работниците. Роботите за лазерно заваряване могат да бъдат разположени в роботизирани клетки, създаващи защитена работна среда, която предпазва работниците от експозицията на лазерния лъч.

Приложения

Роботизираното лазерно заваряване се използва в множество индустриални сектори заради прецизността и скоростта на процеса. В автомобилостроенето лазерното заваряване се използва за части като панели на шасито, изпускателни системи и акумулаторни блокове. Технологията дава възможност за бързи, висококачествени заварки както на тънки, така и на дебели материали.

В авиокосмическата индустрия лазерното заваряване се използва за детайли, които трябва да бъдат леки, издръжливи и прецизно изработени, като лопатки на турбини и компоненти на двигатели.

Лазерното заваряване е идеално за съединяване на малки, деликатни компоненти в електронното производство, като конектори, платки и др. Прецизността на технологията редуцира риска от увреждане на чувствителни компоненти. Лазерното заваряване се използва също за съединяване и на малки метални детайли в областта на медицинската техника, например хирургични инструменти и импланти. Отново високата прецизност на процеса гарантира целостта и безопасността на тези критично важни продукти.

В общото производство лазерното заваряване се използва за широка гама от продукти – от машинни части до домакински уреди, за чиято изработка също се изискват висока скорост и прецизност.

В обобщение може да се каже, че роботизираното лазерно заваряване е най-подходящо за задачи, които изискват висока точност, за високообемно производство, за сложни детайли, тънки материали и навсякъде, където са необходими постоянни, възпроизводими резултати. Процесът не е много подходящ за материали с много голяма дебелина или когато в заваръчния процес има много ръчна намеса.

Предимствата на коботите

Традиционните роботи са най-подходящи за изработката на големи обеми идентични заварки на идентични детайли, особено като част от по-големи линии за асемблиране. За сравнение, коботите за лазерно заваряване предлагат значително по-високо ниво на гъвкавост – програмирането на такъв колаборативен робот за нова заваръчна задача е значително по-бързо и не изисква съществено преоборудване. Тази адаптируемост дава възможност за използването на коботи за разнообразие от заваръчни приложения и безпроблемен преход между различните задачи.

Индустриалните роботи и коботи за лазерно заваряване предлагат различни ползи по отношение на производителността в различните приложения. Пример за това са големи детайли, изискващи няколко заварки, налагащи промяна на ориентацията на детайла след всеки един заваръчен етап. Макар един конвенционален робот за лазерно заваряване да може да създаде отлични заварки при такива детайли, трудната автоматизация превръща редица традиционни роботизирани решения в неоправдана инвестиция. Дори когато има много по-малки детайли за лазерно заваряване, коботите могат да предложат по-висока производителност в сравнение с ръчните решения благодарение на това, че третират множество детайли като част от една-единствена програма.

Индустриалните роботи обикновено се програмират с помощта на специализирани езици за програмиране, което изисква намесата на квалифицирани техници или инженери. Коботите са проектирани така, че работата с тях да е по-лесна и те могат да бъдат програмирани и използвани от работници без експертен опит. Много заваръчни коботи разполагат с интуитивен интерфейс, даващ възможност за лесно обучение за изпълнението на нови задачи или за адаптиране на поведението им спрямо потребностите.

За индустриалните роботи са необходими строги протоколи за безопасност, включително клетки, заграждения и блокировки, предотвратяващи инциденти и гарантиращи защитата на персонала. Те често работят в отделни зони от работниците, за да се минимизира рискът от наранявания. Коботите се отличават с авангардни функции за безопасност, като сензори за детекция на сблъсък, механизми за ограничаване на скоростта и силата, които им позволяват да работят редом с работниците. Те са проектирани така, че да спрат или забавят работа при засичане на човек в работното пространство, което редуцира опасността от инциденти.

Както при всички други заваръчни методи, и при лазерното заваряване трябва да се вземат предпазни мерки, за да се гарантира безопасността на процеса, независимо какъв вид робот се използва. Операторите на коботи за лазерно заваряване трябва да носят минимум предпазни очила и заваръчна маска, когато са в близост до извършващи се в момента заваръчни операции.

За инсталацията и интеграцията на традиционен индустриален робот може да са необходими значителни усилия, включително проектиране на клетки, заграждения и други мерки за безопасност, с оглед постигането на съответствие с индустриалните стандарти и регулации. Интегрирането със съществуващи производствени системи и процеси също може да изисква допълнително време и ресурси.

Коботите се инсталират и интегрират по-лесно в съществуващи работни пространства и потоци. Те обикновено са по-малки и с вградени функции за безопасност, което редуцира необходимостта от въвеждането на сложни предпазни мерки. При нужда колаборативните системи за лазерно заваряване с колелца и нивелиращи крачета дори могат да бъдат премествани из цеха от един-единствен работник. Предлагайки plug-and-play функционалност и лесни за използване интерфейси, коботите обикновено позволяват по-бързо пускане в експлоатация.

Традиционните индустриални роботи се характеризират с по-висока първоначална инвестиция в сравнение с коботите, поради по-големите им размери, по-голямата им товароносимост и специализирани възможности. Тези разходи могат да включват манипулатор, контролери, крайни изпълнителни устройства, оборудване за безопасност и инсталация. Почти винаги коботите имат по-ниски първоначални разходи, въпреки че това може да варира в зависимост от конкретния модел, товароносимостта и функциите му. Коботите предлагат по-достъпна алтернатива на традиционните роботи, особено за малки и средни предприятия или производители с ограничен бюджет.

Струва ли си роботизацията на лазерното заваряване

Макар внедряването на роботизирани системи за лазерно заваряване да е скъпо, много компании считат инвестицията за целесъобразна.
Разходите за една роботизирана система за лазерно заваряване са по-високи в сравнение с традиционните заваръчни методи. Те включват разходите за робота, лазерното оборудване и интегрирането в съществуващи системи.

Въпреки голямата първоначална инвестиция, роботизираното лазерно заваряване обикновено се отплаща с времето. То подобрява ефективността, редуцира необходимостта от човешки труд и свежда грешките до минимум. В дългосрочен план това може да доведе до по-ниски производствени разходи.

Системите за лазерно заваряване обикновено имат ниски изисквания за поддръжка. Те имат по-малко движещи се части от традиционното заваръчно оборудване, което означава по-малко износване. Регулярната поддръжка обикновено е достатъчна за осигуряване на безпроблемното функциониране на системата.
Поради факта, че системите за роботизирано лазерно заваряване са толкова прецизни, се редуцира нуждата от преработка, което дава възможност за пестене както на време, така и на разходи. С времето това осигурява силна възвръщаемост на инвестицията.