Spawanie w obliczu wyzwań Przemysłu 4.0

Przemysł 4.0, czyli czwarta już w historii rewolucja technologiczna, została tak naprawdę wymuszona przede wszystkich brakami kadry w wielu branżach i koniecznością zautomatyzowania procesów produkcyjnych. Globalne zjawisko, jakim jest brak profesjonalistów i starzenie się społeczeństwa powoduje, że firmy z branży metalowej również są zmuszone szukać innych rozwiązań. Jednym z nich jest wprowadzenie robotyzacji i automatyzacji do wszelkich działów wykorzystywanych przy obróbce metali. Spawanie również nie uchroniło się przed postępującą robotyzacją. Branża spawalnicza przecież jako jedna z pierwszych zaczęła wprowadzać roboty. Spawanie to proces monotonny, a przy tym stwarza realne zagrożenie dla zdrowia spawacza. Dodatkowo idealny spaw wymaga wysokich umiejętności spawacza i przede wszystkim doświadczenia, a z tym na rynku coraz trudniej. Nie dziwi więc, że i spawanie wchodzi w nowe rozwiązania technologiczne.

Spis treści:

1. Spawanie z użyciem robotów
2. Zalety spawania zrobotyzowanego
3. Spawanie zrobotyzowane i jego słabe strony
4. Rodzaje robotów spawalniczych.
5. Spawanie a robotyzacja w Polsce

Spawanie z użyciem robotów

Braki wykwalifikowanej kadry są coraz bardziej zauważalne i dlatego firmy zaczynają inwestować w roboty ukierunkowane na spawanie. Roboty spawalnicze są szybkie, precyzyjne i zapewniają powtarzalność procesów spawania. W odróżnieniu od ludzi mogą pracować z taką samą wydajnością przez dłuższy czas i to przy niższych kosztach wytworzenia produktu. Ogromną zaletą spawania z użyciem robotów jest bezpieczeństwo operatora robota. Nie jest on narażony na oddziaływanie promieniowania łuku, ani na kontakt z pyłami spawalniczymi czy nagrzanym metalem. To, co jest szczególnie godne zainteresowania to fakt, że sterowanie robotem spawalniczym może odbywać się na odległość z każdego miejsca na świecie. Mimo to operator robota może kontrolować cały proces spawania w czasie jego trwania i korygować ewentualne nieścisłości przy użyciu komputera. Może również przeprowadzić pełną symulację procesu, wprowadzić wszelkie dane, aby jak najpełniej wykorzystać możliwości robota.

Zalety spawania zrobotyzowanego

Spawanie z użyciem robotów to zautomatyzowany proces spawania, w którym wykorzystuje się roboty spawalnicze i sprzęt towarzyszący. Polega na wykorzystaniu zrobotyzowanych klatek, które składają się z jednego lub wielu robotów, obszarów roboczych i osi zewnętrznych do celów ruchu liniowego lub pozycjonowania suwnicy. Do jego najważniejszych zalet zaliczymy:

• zwiększoną produktywność i wydajność, przy dłuższym czasie łuku i braku zależności od zmian i przerw; czas łuku to czas poświęcony na faktyczne spawanie podczas prac spawalniczych wyrażony w procentach. Czas łuku robota spawalniczego wynosi średnio 70-90% a człowieka 10-30%. Tak więc robot spawacz jest 3-5 razy bardziej efektywny,
• oszczędności na materiałach eksploatacyjnych jak np. drut, gaz i szlifowanie po spawaniu; średnio liczy się, że wykorzystanie robota pozwala na zaoszczędzenie 10% drutu, 10% gazu i 30% na szlifowaniu spoin po zakończeniu spawania,
• większe bezpieczeństwo i komfort pracy pracowników,
• ciągłość i powtarzalność operacyjną, eliminującą ryzyko związane z czynnikiem ludzkim, takie jak zmęczenie i rozproszenie uwagi; w przeciwieństwie do człowieka roboty nie są zależne od nastroju, doświadczenia, stanu zdrowia czy umiejętności. Roboty się nie męczą, ani nie rozpraszają,
• wysokiej jakości szwy spawalnicze będące wynikiem tego, że automatyczny robot spawalniczy nie popełnia błędów i zapewnia precyzyjne pozycjonowanie z dokładnością do 0,03-0,05mm. Robot z łatwością dociera do dowolnego punktu przedmiotu obrabianego, niezależnie od złożoności geometrii. Dodatkowo ramię robota spawalniczego może poruszać się zsynchronizowane z pozycjonerem w zrobotyzowanej klatce, co zapewnia spójność i gładkość spoiny.

Spawanie zrobotyzowane i jego słabe strony

Jak każda technologia, tak i ta nie jest doskonała. Problemy, jakie napotykają firmy posiadające roboty spawające to przede wszystkim:

• wysoki koszt początkowej inwestycji, która może być zaporowa dla wielu firm,
• konieczny jest doświadczony operator znający się i na obsłudze robota, ale też na spawaniu,
• konfigurowanie zrobotyzowanych spawaczy jest często kosztowne i czasochłonne,
• spawanie zrobotyzowane może nie być opłacalne, gdy chodzi o wykonanie tylko kilku spawów,
• roboty nie zawsze wykryją błędy w trakcie spawania np. wadliwe połączenia, co może prowadzić do niedokładnych lub fałszywych spoin, wymaga więc kontroli operatora (doświadczonego spawacza),
• roboty, wykonujące spawanie mają ograniczone możliwości w zakresie obsługi skomplikowanych kształtów i pozycji, dlatego też spawanie ręczne może być nadal konieczne w przypadku konkretnych projektów wymagających większej dbałości o szczegóły,
• ruch nadgarstka robota jest ograniczany przez kable i węże stosowane do prądu czy powietrza, rozwiązaniem problemu może być krętlik, który umożliwia przepływ sprężonego powietrza, wody chłodzącej czy prądu elektrycznego w obrębie jednego zespołu obrotowego,
• złożone i często nieprzyjazne oprogramowanie dla użytkownika końcowego,
• współpraca między robotem a człowiekiem wymaga dostosowania i szkolenia, co nie jest łatwe,
• technologia staje się szybko przestarzała i wymaga dodatkowych inwestycji.

Rodzaje robotów spawalniczych

Roboty przemysłowe są od dawna wykorzystywane w spawaniu. Natomiast coboty, czyli tzw. roboty współpracujące pojawiły się stosunkowo niedawno. To co je różni to możliwość współpracy z człowiekiem. Coboty są wyposażone w specjalne czujniki, które zapobiegają kolizji z człowiekiem. Mają one niewielkie rozmiary i nie wymagają klatek roboczych. W 2021r. spośród 517 tys. robotów sprzedanych na świecie tylko 39 tys. to coboty, a więc ich udział w rynku nie jest jeszcze spektakularny. Więcej o cobotach.

Różnice między robotami pokazuje poniższa tabela:

Parametry różniące	Roboty przemysłowe	Coboty
Bezpieczeństwo	Wymagają systemu bezpieczeństwa i klatki	Wyposażony w czujniki, unika kolizji z człowiekiem
Powtarzalność	Typowa powtarzalność ±0,03 mm	Typowa powtarzalność ±0,03 mm
Dokładność	Wysoka dokładność trajektorii liniowych i kołowych	Niska dokładność trajektorii liniowych i kołowych
Prędkość	2,5x szybciej niż cobot	Wolniejszy (zabezpieczenie przed kolizją z operatorem)
Zasięg	300-457cm	do 198cm
Ładowność	10-2000kg	do 20kg
Waga i rozmiar	Ciężki. Dzięki dużej nośności można na nich dodatkowo zamontować ciężki sprzęt (np. zestawy spawalnicze)	Lekki, kompaktowy i mobilny. Nie można jednak na nich zawiesić dodatkowego ciężkiego sprzętu.
Projekt	Lekkie i puste ramię robota, co jest ważne, aby spawanie było wydajne	Brak pustego ramienia robota. Często są wykonane z aluminium i mają dużo plastikowych części.

Spawanie a robotyzacja w Polsce

Zgodnie z danymi Międzynarodowej Federacji Robotyki w 2022r. w Polsce sprzedano ok. 3,1 tys. robotów, w tym 280 spawalniczych. Automatyzacja spawania wykorzystuje roboty do poprawy prędkości spawania, jakości spoin oraz zmniejszenia błędów. Prowadzi to do redukcji kosztów, zwiększenia kontroli nad jakością produktu końcowego, jak i poprawie wizerunku oraz podniesienia prestiżu firmy. Można więc powiedzieć, że spawanie zrobotyzowane zrewolucjonizowało branżę obróbki metali w porównaniu z tradycyjnymi metodami spawania ręcznego. Trend jest coraz bardziej dominujący, a biorąc pod uwagę braki kadrowe z pewnością będzie się nasilał. Coraz mniej jest na rynku wykwalifikowanych pracowników, w tym również spawaczy, którzy chcieliby podjąć pracę w przemyśle. Automatyzacja spawania powoduje, że brak pracowników nie jest aż tak dokuczliwy dla firm. Programowanie robota spawalniczego jest porównywalne do obsługi smartfona i już po kilku dniach szkolenia pracownicy są w stanie tworzyć proste ścieżki poleceń, aby wraz z kolejnymi szkoleniami podnosić poziom swoich kwalifikacji. Maszyny stają się coraz bliższe człowiekowi, uzupełniając jego codzienną pracę, a niebawem będą wymagały coraz mniej jego ingerencji.