Według szacunków producentów zrobotyzowane jednostki spawalnicze stanowią ok. 25% wszystkich zamówień na rynku robotów przemysłowych. Coraz częściej są to nie tylko duże urządzenia przeznaczone do pracy w szkodliwych lub niebezpiecznych warunkach, ale także kompaktowe roboty o niewielkim udźwigu i/lub dużym zasięgu, dedykowane do codziennych aplikacji.

– Robot o zasięgu około 2 metrów często pozwala zrealizować proces bez stosowania pozycjonerów, co znacząco zmniejsza nakłady na inwestycję. Poza tym większy zasięg stwarza możliwość spawania większych gabarytów, kładzenia dłuższych spoin oraz kompleksowe spawanie detalu w różnych punktach. A to sprawia, że inwestycja generuje dodatkowe zyski – wyjaśnia Paweł Handzlik, menedżer ds. robotyzacji w firmie ASTOR.

Zmienia się również struktura samych zamawiających: coraz większą grupę stanowią wśród nich mali i średni producenci i poddostawcy (głównie z branży motoryzacyjnej i spożywczej), którzy inwestycję w zrobotyzowaną celę spawalniczą traktują jako sposób na ograniczenie kosztów, a także poprawę wydajności i jakości produkcji. Źródeł tych trendów należy upatrywać z jednej strony w zmiennym i dynamicznym charakterze produkcji oraz wzroście wymagań jakościowych klientów, a z drugiej w poszerzeniu oferty samych robotów o modele zdolne sprostać nowym wyzwaniom w zakresie spawania.

Pracownik idealny
Wysokie wymagania co do jakości spawów oraz wzrastająca szybkość i elastyczność produkcji wymuszają na producentach i dystrybutorach niwelowanie czynników mogących wywierać negatywny wpływ na końcowy efekt procesu spawania. Naturalnym rozwiązaniem wydaje się tu eliminacja czynnika ludzkiego – w tym przypadku spawacza, który z przyczyn oczywistych nie jest w stanie utrzymać jednakowej, wysokiej wydajności przez całą zmianę przy zachowaniu niskiego współczynnika popełnianych błędów.

– W przypadku człowieka rutyna doprowadza do wypadków lub innych niebezpiecznych zdarzeń. Robot natomiast jest stworzony do rutynowych działań, a dodatkowo jest odporny na pyły, gazy, dymy, promieniowanie i wysoką temperaturę – wylicza Wiktor Chojecki, specjalista ds. robotyki w firmie SAP-WELD.

Jak półżartem mówią producenci, robot nie męczy się, nie choruje, nie wychodzi na papierosa i nie ulega czasowym spadkom koncentracji, a tym samym pracuje szybciej i dokładniej, redukując do minimum liczbę wad (niedokładności spawalniczych).

– I co równie istotne: eliminuje ryzyko związane z pracą człowieka w uciążliwych dla zdrowia warunkach – podsumowuje Daniel Niepsuj, specjalista ds. marketingu i sprzedaży w firmie COMAU Poland.

Cała spoina jednym ruchem ramienia
Zalety te, charakterystyczne dla wszystkich jednostek zrobotyzowanych, w przypadku robotów spawalniczych stanowią wynik współdziałania trzech podstawowych parametrów: współczynnika efektywnego wykorzystania łuku elektrycznego, prędkości spawania oraz stopnia kontroli procesu spawania.

Pierwszy z nich – współczynnik efektywnego wykorzystania łuku elektrycznego – opisuje w ujęciu procentowym stosunek czasu jarzenia się łuku do całkowitego czasu potrzebnego na wykonanie spoin. Przy spawaniu ręcznym oscyluje on w granicach 20%, co oznacza, że łuk jest wykorzystywany jedynie przez 1/5 całkowitego czasu spawania. W przypadku robotów spawalniczych wartość ta jest znacznie wyższa i wynosi ok. 70%. Owe różnice są pochodną przerw w spawaniu wykorzystywanych na odpoczynek i zmianę pozycji spawacza: podczas gdy robot jest w stanie wykonać całą spoinę w jednym cyklu pracy, człowiek może wykonać jednym ruchem tylko niewielki odcinek o długości ok. 0,5 metra.

Konieczność robienia okresowych przerw przekłada się bezpośrednio na szybkość całego procesu, ograniczaną dodatkowo w przypadku spawania ręcznego przez niższe tempo pracy. Jak pokazuje praktyka, nawet doświadczony spawacz nie jest w stanie pracować szybciej niż 0,6 m/min. Nowoczesne roboty spawalnicze mogą wykonać ten sam odcinek ponad 3 razy szybciej (ok. 2 m/min).

Trajektoria sterowana online
Z kolei o dokładności i dużej powtarzalności (± 0,8 mm) spawania zrobotyzowanego decyduje wysoki stopień kontroli całego procesu na każdym jego etapie – od projektowania przebiegu spoiny po bieżące uaktualnianie owego przebiegu w trakcie spawania. Możliwość taką oferuje nowoczesne, przyjazne dla użytkownika oprogramowanie pozwalające na szybkie ustawienie podstawowych parametrów spoiny, takich jak tor przebiegu oraz jego amplituda i okres (dla ściegów zakolowych).

– Oprogramowanie robota spawalniczego znacząco różni się od oprogramowania robotów do innych zastosowań. Różnice te sprowadzają się do trzech aspektów: komunikacji ze źródłem spawalniczym, nadzoru nad procesem oraz programowania procesu spawania – mówi Paweł Handzlik. – Kontroler robota spawalniczego jest tak przygotowany, aby łatwo go było skomunikować ze źródłem spawalniczym oraz aby można było łatwo zadawać parametry spawania z poziomu programu maszyny.

Oprogramowanie automatycznie przelicza trajektorię ruchu palnika i ramienia, aby dostosować ją do zadanych wartości, a także może ją korygować w trakcie pracy za pomocą systemu śledzenia przebiegu spoiny.

– Systemy te okazują się szczególnie przydatne przy wykonywaniu długich spoin oraz w konstrukcjach spawanych narażonych na odkształcenia spawalnicze. Precyzyjnie korygują one trajektorię ruchu robota, co znacząco wpływa na jakość spawanych detali, oraz zapewniają powtarzalność na najwyższym poziomie – wyjaśnia Daniel Niepsuj.

Nowoczesne, intuicyjne wersje oprogramowania robota rozwiązują również problem jego elastyczności, stanowiący do niedawna główną (poza wysoką ceną) barierę dla szerszego zastosowania zrobotyzowanych cel spawalniczych w małych i średnich przedsiębiorstwach. Trudno programowalne, wielkogabarytowe roboty przemysłowe nie radziły sobie bowiem z aplikacjami, w których kluczową rolę odgrywała szybka zmiana parametrów spoiny oraz rodzaju spawanego materiału. Oferowane obecnie roboty są na tyle elastyczne, że mogą być wykorzystywane także w produkcji jednostkowej i/lub małoseryjnej, zapewniając takie same wysokie rezultaty w zakresie jakości i szybkości produkcji.

– Aby osiągnąć maksymalną elastyczność, warto też sięgnąć po oprogramowanie offline, np. DTPS firmy Panasonic – podpowiada Tomasz Pyka z firmy Valk Welding. – Umożliwia ono importowanie modelu 3D elementu, który ma być spawany na zrobotyzowanym stanowisku i opracowanie pełnego programu jego spawania bez wychodzenia z biura i przerywania pracy robota, który w chwili programowania może nadal realizować produkcję. W programie DTPS możemy również, po zadaniu odpowiednich parametrów, przeprowadzić symulację procesu spawania, a także sprawdzić czas cyklu spawania danego elementu oraz miejsca potencjalnych kolizji.

Koszt, który szybko się zwraca
Poza aplikacjami specjalnymi, w których nadrzędnym kryterium decydującym o wyborze robota są wysokie parametry w zakresie dokładności, powtarzalności oraz szybkości spawania, w większości przypadków decyzja o zastąpieniu człowieka robotem oraz dobór konkretnego rozwiązania podyktowane są względami finansowymi, a konkretniej – spodziewanym zwrotem z inwestycji.

– Koszt zrobotyzowanej stacji spawalniczej może wynosić od kilkudziesięciu tysięcy do nawet ponad miliona euro. Wszystko zależy od tego, jak duże i skomplikowane mają być spawane elementy oraz jakie są potrzeby produkcyjne danego przedsiębiorstwa. Także zwrot z inwestycji jest wypadkową wielu czynników. W większości przypadków wynosi on 1-4 lata, jednak czas ten może się skrócić lub wydłużyć w zależności od konkretnego przypadku – wyjaśnia Tomasz Pyka.

Tak szybki zwrot jest wypadkową kilku składowych: średnio 5-krotnego wzrostu szybkości spawania, redukcji kosztów zatrudnienia operatorów spawarek, wyższej jakości produktów przekładającej się na większy zbyt, a także – co często pomijane – mniejszego zużycia materiałów spawalniczych (o ok. 10-20% w stosunku do spawania ręcznego). Redukcja owa jest bezpośrednim rezultatem większej precyzji robota: w trakcie pracy spawacz, w celu zostawienia sobie pewnego marginesu bezpieczeństwa, nakłada zwykle grubszą spoinę niż jest to rzeczywiście konieczne, a pracując mniej dokładnie, generuje większe odpryski i co za tym idzie – większe ilości odpadów materiałowych niż jednostka zrobotyzowana.