En la industria manufacturera, las empresas se esfuerzan constantemente por mejorar la calidad y la productividad, manteniendo los costos bajos. Para realizar estas mejoras, las empresas manufactureras a menudo recurren a la tecnología, y esto es especialmente cierto en el caso de la soldadura.
La soldadura, en su forma más básica, es el proceso de unir dos materiales mediante la aplicación de calor y presión. Cuando la gente piensa en soldar, la palabra a menudo evoca una imagen de una máscara protectora y un par de guantes pesados que manejan una antorcha. Si bien la soldadura manual todavía tiene su lugar en la industria, la creciente escasez de soldadores profesionales ha dejado una brecha sustancial. La American Welding Society estima que para 2020 habrá una escasez de 290,000 profesionales de la soldadura. Un número creciente de compañías está invirtiendo en configuraciones de soldadura robótica.
La instalación de un aparato de soldadura robótica requiere mucha consideración, planificación e importantes inversiones en tiempo y dinero. Sin embargo, las compañías que han implementado la soldadura robótica en sus procedimientos han descubierto innumerables beneficios a largo plazo.
Si su empresa está considerando la posibilidad de utilizar la soldadura robótica como parte de su proceso de fabricación de piezas, aquí hay una guía completa de lo que necesita saber sobre el proceso, su historia y sus beneficios.
Contenido del artículo
Qué es la soldadora robótica?
La soldadura robótica, también llamada soldadura automatizada, es el proceso automatizado de usar herramientas mecanizadas programables para soldar y manipular una pieza. Esta aplicación relativamente nueva de la robótica ha llenado el vacío dejado por la creciente escasez de profesionales de la soldadura, asumiendo efectivamente una gran parte de los trabajos de soldadura en la industria de América del Norte.
¿Cuánto tiempo ha estado alrededor de la soldadura robótica?
La historia de la soldadura robotizada está profundamente arraigada en la historia de los robots industriales en general, de nuevo a mediados de los 20 va ª siglo.
El primer robot programable fue inventado en 1954 por George Devol, y Devol pronto siguió este invento con el establecimiento de la primera compañía de robots del mundo, Unimation. Con esta nueva compañía, Devol y sus asociados crearon el primer robot industrial. El modelo, llamado Unimate, se usó en una fábrica de automóviles de General Motors en Nueva Jersey, realizando soldadura por puntos y extrayendo piezas fundidas. Después de esta introducción positiva, el concepto del robot industrial se extendió a todos los rincones del mundo en una década.
A partir de este modelo inicial, el robot industrial continuó mejorando. En 1978, Unimation, financiado por General Motors, creó la Máquina universal programable para ensamblaje, llamada PUMA para abreviar. Muchos laboratorios todavía usan esta versión hoy.
La industria continuó creciendo, en auge a principios de los años 80. Durante estos años, la industria de los robots industriales creció tan rápidamente que un nuevo robot o compañía ingresó al mercado cada mes, aumentando sustancialmente la competencia y la innovación. En esta década, se mejoraron los brazos robóticos para tener más movilidad y control.
Los procesos continuaron mejorando a lo largo de los años 90, con controles electrónicos mejorando hasta un punto en el que varios robots podían controlarse y coordinarse simultáneamente. Las interfaces del operador también se mejoraron, y los diseños de los robots se simplificaron y simplificaron para permitir un mayor acceso para el mantenimiento y la reparación.
Los avances tecnológicos continúan mejorando la funcionalidad de los robots industriales hasta el día de hoy, solo limitados por los costos del equipo y la investigación.
¿Cómo funciona un robot de soldadura?
Una unidad de soldadura robotizada, también llamada celda de soldadura robotizada, consta de varios componentes que trabajan juntos para soldar piezas. Estos componentes incluyen aquellos que participan activamente en la soldadura, así como accesorios y características de seguridad para garantizar el buen funcionamiento de la celda.
Estos son los componentes más básicos de una celda de soldadura robotizada, todos los cuales son importantes para el proceso de soldadura robótica:
- Alimentador de alambre: mueve el alambre de relleno al robot a una velocidad programada. Este alambre de relleno a menudo se usa para agregar material a una soldadura para soportar la unión.
- Robot de soldadura: Esto incluye el robot y la herramienta al final del brazo, generalmente una antorcha u otro manipulador. Estos robots vienen en dos tipos: robots articulados y robots rectilíneos. Los robots rectilíneos pueden mover su brazo primario en tres direcciones y rotar una muñeca al final del brazo. Los robots articulados tienen juntas rotativas, que permiten una mayor libertad de movimiento y un rango de movimiento fuera de las tres dimensiones.
- Limpiador de cables: el limpiador se utiliza para eliminar las salpicaduras de la antorcha entre los ciclos de trabajo, prolongando la vida útil del equipo.
- Antorcha: la antorcha utiliza energía que fluye hacia un electrodo para calentarse y unir metales. Las unidades de soldadura por arco también tienen un aparato de protección de arco incluido en la antorcha. Además, generalmente se incluye una unidad de refrigeración por aire o agua.
- Área de trabajo: Aquí es donde se colocan y sostienen las piezas para que el robot suelde. Los accesorios mantienen las piezas en su lugar mientras el robot completa sus soldaduras.
- Controlador: Este componente es efectivamente el «cerebro» de la celda de soldadura, suministrando energía e instrucciones al robot utilizando programas almacenados.
- Teach Pendant: este sistema de interfaz portátil permite al operador establecer parámetros de soldadura, mover manualmente el robot e ingresar nuevos programas.
- Fuente de alimentación de soldadura: suministra energía a la antorcha de soldadura. Esto variará en tamaño y rendimiento dependiendo de los requisitos de las piezas a soldar. La fuente de alimentación difiere ligeramente dependiendo de si la celda es una unidad de soldadura por arco o una unidad de soldadura por puntos.
- Luz de pila: esta luz indica lo que está haciendo la célula en un momento dado. Generalmente, una luz roja indica una parada de emergencia, una luz naranja significa que el robot está siendo programado y verde significa que la celda está funcionando automáticamente.
- Cuadro de operaciones: este cuadro contiene controles para iniciar y detener una celda, y contiene botones para cada función, incluido un botón de reinicio para restablecer la celda después de que se haya resuelto un mal funcionamiento.
- Características de seguridad: La mayoría de las máquinas de soldadura robótica incluirán características de seguridad para evitar daños a los trabajadores y operadores. Estos incluyen cercas, blindaje de arco, puertas de acceso y otras características para reducir la exposición de los trabajadores a la luz peligrosa, los humos y el movimiento mientras la celda funciona.
Los programas se ingresan a través del colgante de enseñanza y se guardan en el controlador, que le dice al robot qué hacer. Estos programas mueven el robot de soldadura y manipulan la antorcha en el extremo de su brazo, colocándola exactamente donde necesita estar en cualquier punto. La antorcha se calienta, utilizando una fuente de alimentación para generar suficiente calor en el metal para fusionar las piezas de forma permanente. El alimentador de alambre alimenta material adicional al brazo del robot para hacer esto. Entre las partes, el brazo mueve la antorcha al limpiador de alambre para eliminar cualquier salpicadura.
¿Qué es el proceso de soldadura robótica?
El flujo de trabajo de una celda de soldadura robótica consiste en una serie de pasos monitoreados de cerca. Estos pasos son:
Las funciones y complejidades específicas varían según la celda de soldadura robótica particular utilizada, pero la mayoría seguirá este procedimiento general.
¿Cómo se usan los robots en la industria de la soldadura?
La soldadura robótica representa el 29% de todas las aplicaciones robóticas en la industria, superada solo por el manejo robótico de materiales. La soldadura automática se usa más comúnmente en las industrias de fabricación e ingeniería para aumentar la eficiencia de las empresas y los laboratorios.
Más comúnmente, se usan para soldadura por puntos de resistencia y soldadura por arco para grandes cantidades de producto. Estos dos procesos se describen en detalle a continuación:
Soldadura por puntos de resistencia
La soldadura por resistencia robótica es una forma económica de soldar dos piezas de chapa metálica en un solo punto o punto. Este tipo de soldadura se ve comúnmente en la industria de fabricación de automóviles, donde se utiliza para soldar chapa en forma de automóvil. Muchos de los soldadores por puntos en la industria automotriz son robóticos y se los puede ver trabajando en líneas de ensamblaje de automóviles.
El proceso de soldadura por puntos funciona aplicando dos electrodos de aleación de cobre a las piezas que se fusionan y pasando una corriente a través de los materiales. La corriente calienta el metal y hace que se derrita, formando un charco entre las piezas en el punto aplicado. Al enfriarse, las piezas se fusionan.
Los soldadores robotizados son ideales para esta aplicación, ya que pueden colocar soldaduras por puntos múltiples con extrema precisión y eficiencia.
Soldadura por Arco
La soldadura por arco robótico ha crecido recientemente como industria, pero se está poniendo rápidamente al día con la soldadura por puntos como el método de soldadura robótica más popular. El proceso utiliza una fuente de alimentación para generar un arco eléctrico entre un electrodo montado en antorcha y un metal. Este arco produce una temperatura de aproximadamente 6,500 grados Fahrenheit en la punta de la antorcha. Esto calienta el metal, produciendo una piscina de metal fundido debajo de la antorcha que se solidifica al enfriarse. Al enfriarse, las partes se fusionan permanentemente.
Debido a las temperaturas extremadamente altas producidas, los metales involucrados en este proceso a menudo reaccionan químicamente con el oxígeno y el nitrógeno en el aire circundante. Esto puede comprometer la integridad de la junta de soldadura. Por esta razón, muchos procesos de soldadura por arco implican un proceso llamado blindaje por arco. Este proceso cubre el arco y el metal fundido con un escudo protector de gas o vapor, minimizando el contacto entre el metal fundido y el aire circundante.
El calor extremo y las reacciones químicas involucradas en la soldadura por arco lo convierten en una aplicación perfecta para la robótica, ya que esto reduce la exposición de los trabajadores y operadores a estos riesgos.
¿Cuáles son las ventajas de la soldadura robótica?
La implementación de una configuración de soldadura robótica requiere una inversión significativa de tiempo y fondos. Sin embargo, los beneficios del sistema superan con creces los beneficios de la soldadura tradicional, y los costos del sistema se recuperan rápidamente con el aumento de la productividad, la mejora de la calidad y la reducción de los desechos.
Los equipos de soldadura en los Estados Unidos se benefician de la soldadura robótica debido a los siguientes beneficios:
Producción incrementada
Los sistemas de soldadura robótica hacen el trabajo de manera rápida y eficiente, cometiendo menos errores que sus contrapartes humanas y al mismo tiempo aumentando enormemente la velocidad de producción. Además, los robots pueden trabajar 24/7, a diferencia de los trabajadores humanos que requieren dormir, descansos y vacaciones. Los operadores humanos generalmente tienen menos del 50% de tiempo de arco , y los porcentajes de tiempo humano disminuyen a medida que la fatiga se establece más adelante en el turno. Los robots, por otro lado, tienen un tiempo de arco de 75% -80%. Este número aumenta al 95% para piezas con costuras más largas.
CALIDAD Y CONSISTENCIA MEJORADAS
El sistema automatizado crea soldaduras consistentes con una precisión extremadamente cercana, colocando soldaduras de la misma calidad en el mismo lugar repetidamente sin fatigar. La precisión de estos sistemas también reduce las salpicaduras, lo que da como resultado costuras más limpias. Sin embargo, esto no elimina errores y defectos: el mal funcionamiento o el equipo dañado o la programación incorrecta pueden provocar defectos en el producto. Afortunadamente, ambos problemas pueden ser prevenidos por técnicos certificados en soldadura robótica.
AHORRA ENERGÍA
Los sistemas de soldadura automatizados conservan la energía al funcionar de manera consistente, reduciendo las empresas de arranque costosas. Además, los robots no sobresalen y reducen la necesidad de soldadura correctiva, lo que reduce el gasto de energía.
CHATARRA DISMINUIDA
El error humano siempre es posible, incluso con los soldadores más expertos. Sin embargo, cada movimiento que realiza un robot de soldadura se planifica y automatiza, lo que reduce los errores y, por lo tanto, reduce el número de piezas desechadas. En trabajos de mayor valor, esto puede ser un factor crucial para mantenerse dentro del presupuesto.
RESIDUOS REDUCIDOS
Los consumibles son otra fuente de desperdicio. Los consumibles incluyen boquillas y otros componentes con una vida útil relativamente corta que se reemplazan después de un cierto número de usos. Las unidades de soldadura robóticas aumentan la velocidad de soldadura y minimizan el uso excesivo de energía, aumentando la vida útil de cada componente consumible. Esto significa que los nuevos consumibles se compran con menos frecuencia, ahorrando costos.
RETORNO DE LA INVERSIÓN
La mayoría de las empresas descubrirán que para proyectos más grandes, la eficiencia, la precisión y el ahorro de costos de la soldadura robótica, más que compensar el costo de configuración inicial cuando se trabaja con una empresa de fabricación de metales.
La combinación de mayores velocidades, soldaduras de mayor calidad y menor desperdicio contribuyen a este rápido retorno de la inversión. Este retorno aumenta aún más si se consideran los costos de energía reducidos y las posibilidades minimizadas de exceso de energía. Cambiar a un proceso de soldadura robótica puede ayudar a ahorrar significativamente a la compañía en costos generales.
Para calcular un retorno aproximado de la inversión, una empresa puede evaluar los tiempos de ciclo parcial actuales y compararlos con los tiempos de ciclo potenciales para una configuración de soldadura robótica. Otros ahorros en desperdicio, mano de obra y energía también pueden vincularse a la estimación para obtener un número más preciso.
¿Cómo elegir un fabricante por contrato con una configuración de soldadura robótica de alta calidad?
Un buen fabricante contratado invierte no solo en profesionales altamente capacitados, sino también en configuraciones de soldadura robótica que brindan la mejor calidad y valor al monitorear las pistolas MIG y los consumibles y buscar los periféricos apropiados para la máquina:
PISTOLAS MIG
Las pistolas MIG deben seleccionarse cuidadosamente para satisfacer las necesidades del modelo particular que se utiliza en la configuración de soldadura robótica. Las empresas deben elegir pistolas MIG con el amperaje y la capacidad de enfriamiento adecuados para la aplicación. Un amperaje o enfriamiento inadecuados pueden hacer que la máquina falle, mientras que comprar una pistola con más capacidad de amperaje de lo necesario es una pérdida de dinero, ya que el precio de una pistola MIG robótica es directamente proporcional al amperaje que ofrece.
CONSUMIBLES
Los consumibles, como puntas de contacto, boquillas, cabezales de retención y revestimientos, también deben seleccionarse y gestionarse con cuidado. Se deben seleccionar diferentes boquillas y puntas de contacto para diferentes aplicaciones: los consumibles de servicio estándar deben usarse para aplicaciones de bajo amperaje o aplicaciones con tiempos de arco más cortos, mientras que los consumibles de servicio pesado, que son más caros que las versiones estándar, deben usarse para aplicaciones de alto amperaje o tiempo de arco alto para reducir la cantidad de tiempo de inactividad necesario para cambiarlas.
PERIFÉRICOS
Un periférico es cualquier pieza de equipo adicional que puede integrarse en el sistema de soldadura robótica. El uso del tipo correcto de periféricos puede maximizar el rendimiento de la configuración. Aunque los periféricos tienen un costo inicial, pueden aumentar el retorno de la inversión en soldadura de robots al mejorar el rendimiento de la configuración, aumentar la vida útil de los consumibles y reducir la probabilidad de defectos de soldadura.
Algunos periféricos potencialmente útiles incluyen:
- Estación de limpieza de boquillas: también conocida como escariador o limpiador de salpicaduras. Este periférico limpia la boquilla de suciedad, desechos y salpicaduras durante los pases de rutina en la operación de soldadura. Esto ayuda a evitar la pérdida de cobertura que podría provocar defectos y reelaboración de la soldadura. Esto también aumenta la vida útil de los consumibles, reduciendo la frecuencia de los cambios.
- Pulverizadores antisalpicaduras: este periférico aumenta la vida útil de los consumibles al agregar un compuesto antisalpicaduras en los consumibles que actúa como una barrera protectora. Al igual que la estación de limpieza de boquillas, esto evita la pérdida de cobertura y reduce la frecuencia de los cambios de consumibles.
- Cortadores de alambre: para los robots de soldadura por arco, las unidades requieren un cable para sobresalir cuando se inicia un arco. Un cortador de alambre corta el alambre de soldadura a una longitud específica, eliminando cualquier inconsistencia en la longitud y calidad del cable. Esto da como resultado inicios de arco más confiables y soldaduras más consistentes.
- Montaje en brazo: para ciertas configuraciones, la colisión es un riesgo que debe considerarse. Para los robots con software de detección de colisión, es necesario un soporte de brazo sólido para proteger el equipo manteniéndolo en su lugar mientras el robot detecta la colisión y se apaga.
- Embrague: para los robots sin detección de colisión, es necesario un embrague para proteger el equipo de la colisión. El embrague reconoce el impacto físico de una colisión y envía una señal eléctrica al controlador del robot que hace que el sistema se detenga, evitando cualquier daño adicional.
Todos estos periféricos pueden ayudar a proteger y aumentar la productividad de los equipos de soldadura robótica.
Quién debe operar una unidad de Soldadura Robótica
La soldadura robótica requiere supervisión y mantenimiento constantes por parte de un operador capacitado. Si nadie en el grupo actual de talentos de la compañía tiene experiencia previa en soldadura robótica, lo mejor para la compañía es contratar una compañía de fabricación de metal con operadores certificados de unidades de soldadura robótica en el personal.
Un técnico capacitado podrá maximizar el tiempo de actividad del proyecto al programar y realizar un mantenimiento preventivo regular en el sistema. Esto ayuda a minimizar el tiempo de inactividad innecesario y garantiza que el sistema funcione sin problemas, todos los beneficios que se transmiten a su proyecto.
La contratación de un fabricante por contrato con técnicos certificados en soldadura robótica puede ser un método más rentable. Muy pocas empresas se especializan en soldadura robótica, especialmente dentro de los Estados Unidos, con un personal profesional altamente capacitado que sabe exactamente cómo trabajar con celdas de soldadura robótica para producir los mejores resultados para su producto.
Soldadura Robótica vs Soldadura Manual
Uno de los avances más importantes en soldadura en los últimos años es la soldadura robótica, o soldadura automatizada. ¿Cuáles son las ventajas de la soldadura robótica frente a la soldadura manual? ¿Cuáles son los pros y los contras de cada uno? Esto es lo que necesitas saber.
Ventajas de la Soldadura Robótica
Primero, es importante entender cómo funcionan los robots de soldadura. Hay procesos de soldadura totalmente automatizados y procesos de soldadura semiautomáticos. En una configuración de soldadura semiautomática, un operador carga manualmente el metal y lo retira una vez que se completa la soldadura. En un proceso totalmente automatizado, las máquinas mueven el material a soldar durante todo el proceso de principio a fin.
Existen cuatro ventajas básicas para la soldadura automatizada:
- Mejor calidad de soldadura: el proceso automatizado permite al operador mantener la integridad de la soldadura mediante controladores electrónicos del proceso de soldadura. Además, la soldadura automatizada es altamente repetible. Los robots siguen el mismo proceso exactamente cada vez, por lo que es mucho más probable que los resultados sean consistentes.
- Mayor producción: los robots pueden trabajar naturalmente más rápido que los humanos, sin pérdida de precisión. Además, no se fatigan ni necesitan tomar descansos.
- Menos desperdicio: debido al alto nivel de precisión y eficiencia posible con la soldadura controlada por robot, se reduce el desperdicio.
- Menores costos de mano de obra: incluso en configuraciones de soldadura semiautomáticas, debe pagar menos trabajadores humanos.
Desventajas de la Soldadura Robótica
Entonces, ¿cuáles son las limitaciones de la soldadura robotizada?
- Costo: a largo plazo, puede ahorrar dinero en costos de mano de obra, pero a corto plazo, un sistema de soldadura automatizado requiere una inversión considerable, que puede tardar un tiempo en recuperarse.
- Falta de flexibilidad: los sistemas automatizados son excelentes para hacer lo mismo una y otra vez. Sin embargo, si necesita que sus soldadores de robots realicen una variedad de tareas de fabricación diferentes, llevará tiempo reconfigurarlos, lo que podría ser costoso.
- Riesgo: si se vuelve dependiente de los robots para realizar su soldadura, podría tener problemas si su robot de soldadura principal se cae.
Ventajas de la Soldadura Manual
Naturalmente, la soldadura manual sigue siendo muy popular. ¿Cuáles son las ventajas de usar soldadura manual?
- Mayor flexibilidad: los miembros de su personal humano probablemente no necesiten ser reentrenados cada vez que obtienen un trabajo de soldadura. Tan pronto como llega un proyecto de soldadura, los soldadores humanos pueden saltar directamente, mientras que puede requerir un tiempo de espera mucho mayor con los soldadores de robots.
- Reemplazabilidad: si uno de sus trabajadores humanos no puede soldar, puede sustituirlo fácilmente por otro. No necesita enviar a nadie a reparar antes de continuar con la fabricación.
- Conciencia: si hay algún problema en el piso de fabricación, un trabajador humano a menudo lo notará antes que un robot soldador, que generalmente seguirá trabajando hasta que algo cause un mal funcionamiento.
Limitaciones de la Soldadura Manual
Sin embargo, existen algunas limitaciones para la soldadura manual, que incluyen:
- Riesgo: si un ser humano se lastima mientras suelda, podría ser un problema muy grave. Un robot puede romperse, pero no puede lastimarse.
- Velocidad: los robots son mucho más rápidos que los humanos cuando se trata de operaciones mecánicas.
- Eficiencia: los robots son capaces de una precisión mucho mayor que los humanos.