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:

Spawanie z użyciem robotów
Zalety spawania zrobotyzowanego
Spawanie zrobotyzowane i jego słabe strony
Rodzaje robotów spawalniczych.
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.