Le soudage automatisé n'est plus uniquement destiné aux applications à long terme et à gros lots. La nouvelle technologie numérique qui relie les équipements de soudage et la robotique pour créer des cellules facilement programmables renforce son attrait pour des applications toujours plus petites et plus spécialisées.

Lorsque la robotique et les opérations de soudage se réunissent dans l'atelier, les résultats peuvent inclure des améliorations spectaculaires de la qualité, une meilleure répétabilité, des cycles de production plus rapides, moins de temps d'arrêt et, avec tout cela, une augmentation des bénéfices. De nouvelles options dans l'automatisation du soudage élargissent son application et sa valeur économique en tant qu'outil de production. Une programmation plus flexible et des communications numériques finement réglées entre les sources de puissance de soudage, les bras robotiques et les équipements de positionnement permettent de créer un système économiquement justifiable et productif pour des opérations de fabrication de presque toutes les tailles.

Pourquoi automatiser?
La sagesse conventionnelle était que le soudage automatisé n'avait de sens que pour des séries plus longues de pièces répétitives. Historiquement, les coûts de fixation et les postes de travail spéciaux ont eu tendance à créer ces limitations. De nouveaux systèmes qui combinent une programmation plus facile, une prise en main plus flexible et des cellules qui assurent une coordination plus étroite entre le contrôle de soudure, le mouvement robotique et le positionnement de la pièce promettent de faire de tous les travaux, sauf les plus petits, des candidats à l'automatisation. Une entreprise qui gère différents lots de 50 ou 100 soudures peut désormais bénéficier des mêmes avantages qu'une entreprise qui produit des centaines, voire des milliers d'assemblages identiques. Les grandes entreprises peuvent également bénéficier de l'automatisation de leur soudage de production plus court ou plus spécialisé à l'aide d'un système pré-conçu «emballé» qui est facilement programmé en fonction de leurs besoins changeants. Grâce aux alliances stratégiques entre les fabricants d'équipements de soudage, de robotique et de positionneurs, même les cellules personnalisées sont souvent à portée de main pour les petites applications.

Dans le passé, les fabricants considéraient souvent uniquement leurs pièces les plus complexes comme des candidats à l’automatisation et concluaient que l’investissement n’était pas économiquement justifiable. Aujourd'hui, des systèmes plus flexibles minimisent le besoin de fixations dédiées et facilitent le passage de la production d'une pièce à une autre. La règle des 80/20 s’applique fréquemment, car quatre-vingts pour cent de la production d’une entreprise ne représentent généralement que 20 pour cent de la taille de ses pièces. Les nouvelles cellules de soudage robotisées facilitent l'automatisation d'un plus grand nombre de ces tâches simples et souvent répétitives et le passage rapide de l'un à l'autre.

La principale raison d'automatiser est que cela a un sens économique. Les systèmes robotiques pour les applications de courte et moyenne durée sont désormais plus abordables que jamais. Avec un investissement moindre et des améliorations de productivité plus importantes, le retour sur investissement (ROI) est supérieur à celui des lignes de soudage plus grandes et conçues individuellement.

Une qualité constante est une autre raison d'automatiser. Moins il y a de variables incontrôlées dans le processus, plus la qualité des soudures est élevée et plus elles seront uniformes. De meilleurs niveaux de qualité et des délais d'exécution plus courts contribuent également à accroître la satisfaction des clients.

Contrairement aux luminaires personnalisés, la fixation ou la fixation flexible incorporée dans les cellules robotiques les plus récentes permet de basculer facilement entre une variété de produits différents avec peu de temps de changement. Cela augmente également la productivité et améliore le retour sur investissement.

Comme pour de nombreux métiers spécialisés, il y a une grave pénurie d'opérateurs de soudage qualifiés. Cette situation crée un «impératif d'automatisation» dans lequel il est logique de transférer les compétences vers la machine et d'automatiser autant de tâches répétitives que possible. Même lorsqu'un opérateur est impliqué, le contenu en main-d'œuvre est plus faible. Dans une cellule de soudage robotisée, la manipulation et le soudage se produisent simultanément dans deux zones. Pendant que l'opérateur charge et décharge dans une zone, le robot soude dans l'autre.

Dans la boucle
La connectivité entre les composants du système est ce qui rend l’automatisation du soudage différente d’il y a à peine quelques années. Les nouveaux réseaux de communication industriels créent désormais une boucle continue pour la rétroaction et le contrôle de l'ensemble du processus, de l'ordinateur de bureau à l'usine et vice versa. Les communications numériques rendent ces systèmes beaucoup plus rapides que les commandes analogiques. Ils offrent plus de débit et sont également plus flexibles. De plus, il est facile d'ajouter des paramètres sans ajouter plus de fils. L'évaluation des processus en temps réel et la connectivité à Internet permettent de surveiller le processus sans câbler les composants entre eux, non seulement dans l'usine mais à distance, dans une salle de contrôle ou même à un endroit totalement différent.

Les fabricants d'équipements qui fonctionnaient auparavant de manière indépendante établissent des relations plus stratégiques. En mettant en commun leurs connaissances individuelles, ils sont capables de concevoir des produits qui fonctionnent ensemble efficacement en tant que systèmes. Une entreprise possédant une expertise en soudage qui s'associe à un fabricant de robotique de premier plan et à un fournisseur de systèmes de positionnement innovants peut proposer des solutions de soudage automatisées plus efficaces que si un utilisateur essayait d'assembler une cellule de travail de manière indépendante. De plus, les fabricants d’équipements complémentaires brouillent les frontières entre leurs entreprises individuelles et créent une nouvelle synergie alors qu’ils coopèrent pour réorganiser les produits les uns des autres pour travailler ensemble.

La plupart des fabricants de robotique développent leurs principaux produits à l'étranger, ce qui rend parfois plus difficile la coordination de la conception d'un système dans lequel tous les composants communiquent efficacement entre eux. Pour faciliter cet échange, au moins une firme de robotique a centré son développement de produits pour le marché nord-américain aux États-Unis tout en maintenant ses ressources internationales. Cette approche «le meilleur des deux mondes» permet à l'entreprise de répondre plus rapidement et plus efficacement aux besoins du marché local.


Produits liés aux systèmes
En réunissant la bonne combinaison d'équipements, de logiciels et de technologies de communication, les fabricants sont désormais en mesure de créer des plates-formes de soudage à l'arc à la pointe de la technologie qui offrent une intégration transparente et une communication à haut débit entre les équipements de soudage, les API, les E / S distantes, les ordinateurs en réseau et le plancher de l'usine à l'ordinateur de bureau. Avec une vitesse et une précision numériques, ces systèmes contrôlent le processus et l'équipement de soudage tout en fournissant une rétroaction constante pour optimiser la qualité et la productivité. En utilisant un retour d'information continu sur un PC, l'évaluation des processus peut désormais être réalisée en temps réel, sans avoir à installer des moniteurs externes séparés.

Un exemple de cette capacité a été créé par Lincoln Electric dans le cadre de son programme Nextweld ™. La technologie Nextweld offre une intégration transparente de la technologie Waveform, de la communication numérique et de la technologie des consommables de soudage. Étant donné que les formes d'onde d'arc peuvent être façonnées électroniquement à l'aide d'un logiciel, les équipements dotés de capacités de contrôle de forme d'onde peuvent fournir des résultats personnalisés pour chaque application sans qu'il soit nécessaire de changer de composants électriques. Des formes d'onde personnalisées peuvent être créées sur demande, et elles peuvent être téléchargées à partir du Web pour une livraison en temps réel. Travaillant ensemble dans le système, un logiciel informatique personnalise les caractéristiques de l'arc de soudage en fonction de la tâche à accomplir. Cela permet à une seule machine de s'adapter rapidement et facilement à une large gamme d'applications de soudage avec des spécifications de matériaux, des positions de soudage et des exigences de résistance / apparence variables. Les sources d'alimentation à onduleur sont capables de fonctionner sur pratiquement n'importe quelle alimentation électrique avec un rendement élevé pour des économies d'énergie et de coûts significatives. Les communications numériques permettent un transfert plus rapide et plus fiable de gros volumes de données que les méthodes analogiques.

Un protocole de communication numérique pour l'industrie du soudage à l'arc, connu sous le nom d'ArcLink ™, a été introduit pour la première fois par la Lincoln Electric Company au salon de 1997 de l'American Welding Society (AWS). En tant que protocole ouvert, il peut être adopté et utilisé par toutes les entreprises de l'industrie du soudage et permettra à de plus en plus de composants système de communiquer efficacement. Un tel protocole régit l'échange d'informations entre dispositifs ou modules dans un système de soudage à l'arc et simplifie à la fois l'interconnectivité et les communications. Les modules typiques peuvent inclure une source d'alimentation, un boîtier de commande et un entraînement de fil. Des équipements périphériques tels que des extracteurs de fumée et des mélangeurs de gaz sont également inclus. Comme un système de soudage n'est en réalité qu'un ensemble de modules, un module de passerelle peut fournir des liens avec d'autres réseaux utilisés dans une entreprise, notamment DeviceNet ™ et Ethernet. Avec un protocole standard, les intégrateurs de systèmes auront une plus grande flexibilité dans le choix des équipements de soudage et des périphériques et beaucoup moins de problèmes de compatibilité. La nature modulaire du protocole offre à l'intégrateur un large choix de fabricants et de périphériques, et leur intégration dans le système ne nécessitera pas d'effort de conception personnalisé pour chaque nouveau composant du système. Où commencer
Lors de l'étude de solutions automatisées, il est important de vérifier la gamme complète des capacités disponibles auprès de fournisseurs potentiels. Certains fabricants peuvent offrir plus de profondeur que d'autres dans des domaines tels que l'expertise technique en soudage, la gestion de l'arc, les perfectionnements de processus, le contrôle des projections et la qualité finale de la soudure. La bonne combinaison d'équipements pour le soudage, la robotique et la fixation ou le positionnement aidera à optimiser les temps de cycle et la répétabilité. Comparez les offres disponibles avec vos besoins actuels, mais assurez-vous également que le système que vous choisissez offre la meilleure combinaison de capacités et de sophistication pour relever les défis futurs. L’équipe du fabricant peut utiliser vos dessins ou fichiers CAO pour créer un modèle informatique détaillé de votre pièce et créer une animation 3D qui illustrera avec précision le processus de production automatisé proposé. Cela peut offrir plusieurs avantages, tels que:

    Découvrez et éliminez les goulots d'étranglement, les inefficacités et les problèmes de sécurité

    Analyser l'impact des performances des opérateurs sur la production et le flux

    Explorez la planification de plusieurs pièces

    Vérifier et / ou corriger les hypothèses de processus et les problèmes de synchronisation

    Examiner d'autres dispositions de sol pour optimiser l'espace

    Identifier les interférences potentielles de la torche / de la pièce / de l'outillage

    Estimer et étudier les options de temps de cycle pour augmenter le débit du produit

L'équipe de développement d'automatisation d'un fabricant peut même être en mesure de vous aider à réutiliser ou à mettre à niveau les anciens robots de votre entreprise pour les utiliser dans un nouveau système plus flexible. Dans de nombreux cas, cette approche peut convertir des machines moins productives et plus anciennes en actifs rentables.


CORSA Performance, Inc. augmente sa production
CORSA Performance, Inc., de Berea, Ohio, est une société d'ingénierie et de fabrication spécialisée dans les systèmes d'échappement marins et automobiles haute performance en acier inoxydable. CORSA jouit d'une part de marché de 85% dans l'industrie maritime, et ses silencieux automobiles Power-Pulse ont été utilisés dans une multitude de véhicules, y compris Corvettes ™, Camaros ™, Firebirds ™, Dodge ™ Vipers ™, Cadillacs ™, Chevrolet ™ et GMC ™ Trucks . L'entreprise devait augmenter ses volumes de production et éliminer les goulots d'étranglement causés par ses méthodes de soudage manuel GTAW. La qualité de la soudure était un facteur tout aussi important. Jim Browning, propriétaire et président de CORSA, déclare: «Lorsqu'un système CORSA est retiré de la boîte, la première chose que le client remarque, ce sont les soudures. Alors que la vitesse de production était importante pour nous, nous avions également besoin d'un système qui permettrait de créer des soudures de haute qualité et sans éclaboussures. "

Pour répondre à ces exigences, CORSA a choisi un système de soudage robotisé Lincoln Electric System 10. Le poste de travail de soudage pré-conçu à deux tables fixes est assemblé et expédié prêt à être installé. Il utilise un bras robotique Fanuc Arc Mate 50iL à six axes avec une charge utile de 3 kg et un contrôleur Fanuc R-J3. L'unité comprend un flash surround métallique complet et une barrière de sécurité et des portes de sécurité pliantes avec verrouillages. L'opérateur est capable de charger et de décharger un côté de la cellule tandis que le robot soude simultanément de l'autre côté, ce qui facilite d'excellentes cadences de production.

En raison de la minceur des pièces en acier inoxydable, le système utilise une source d'alimentation Lincoln STT II. Contrairement aux machines CV MIG standard, le STT n'a pas de bouton de tension. Au lieu de cela, il utilise des commandes de courant pour régler l'ampérage, indépendamment de la vitesse d'alimentation du fil. Cela facilite grandement la réalisation de soudures nécessitant un faible apport de chaleur sans fondre à travers le matériau de base. Il minimise également la distorsion, les éclaboussures et la fumée.

Après l'installation du nouveau système robotisé de soudage à l'arc, la production de soudage est passée de 44 à 180 silencieux Power-Pulse par jour. En conséquence, CORSA a depuis converti 12 de ses postes de soudage manuels en postes robotiques. L'entreprise choisit les pièces pour le soudage robotisé en fonction de leur volume et de leur débit dans l'atelier. «Si une pièce est en cours de soudage MIG ou TIG, j'imagine que le robot System 10 soude la pièce et détermine ensuite si le robot peut faire le travail avec des montages appropriés», explique Paul Goth, programmeur robot / ingénieur procédé.

Une de ces pièces est le silencieux C5 Corvette et Camaro, un long boîtier ovale cylindrique de calibre 22 en acier inoxydable de type 304 avec un embout de calibre 18. Le robot effectue deux soudures d'angle de 28 ”autour de la circonférence de la pièce sur chaque embout. Le boîtier mince a tendance à fondre, mais doit avoir une soudure avec une bonne pénétration. CORSA utilise un gaz tri-mix (90% d'hélium, 7,5% d'argon et 2,5% de CO2) avec un fil de 0,035 ”316L. Avant l'automatisation, il fallait 20 minutes à un soudeur pour souder un silencieux en utilisant GTAW. Aujourd'hui, le système produit un silencieux en moins de deux minutes. Puisqu'un seul ouvrier de production peut faire fonctionner le robot, les soudeurs qualifiés de l'entreprise ont été réaffectés à d'autres tâches de soudage. En conséquence, la cellule robotique a augmenté les volumes de production quotidiens de 500%.

Une autre pièce que CORSA soude désormais de manière robotique est une pointe de silencieux marin. Il se compose d'un boîtier en acier inoxydable 316L de calibre 16 avec un anneau soudé. Le robot doit effectuer quatre petites soudures par points pour maintenir l'anneau à l'intérieur du tube, puis une soudure continue d'armure circulaire de 12 ”autour de la circonférence extérieure de la pièce. Pour toutes les pièces marines, l'entreprise utilise un gaz tri-mix (90% d'hélium, 7,5% d'argon et 2,5% de CO2) avec un fil de 0,035 ”316L. Lorsque la pointe du silencieux était soudée manuellement à l'aide de TIG, le temps de soudage par pièce était de trois à cinq minutes. Aujourd'hui, le robot de soudage à l'arc a réduit cela à 35 secondes par pièce.

Après le soudage, toutes les pièces sont polies pour obtenir une finition satinée ou miroir. «L'avantage de la technologie STT est que nous n'avons pas à gérer les éclaboussures, nous pouvons donc passer directement au polissage, ce qui nous fait gagner du temps», déclare Goth. «Le robot nous offre des soudures MIG de haute qualité qui ressemblent à des soudures TIG.»


Harford Manufacturing réduit le temps de cycle
Chez Harford Manufacturing, deux systèmes de soudage automatisés ont réduit le temps de cycle de soudage de 30 minutes à 8 minutes sur un godet d'excavatrice de 12 ". Le temps de soudage manuel des godets d'excavatrice variait en fonction de la taille entre 30 minutes à 1 heure et 45 minutes. Harford se spécialise dans la fourniture d'excavatrices godets et raccords rapides au marché OEM au Royaume-Uni et en Europe.

Le directeur de la production Julian Garrood explique: «La capacité de souder rapidement à un niveau élevé est un élément clé de notre processus de fabrication.» En 2000, l'entreprise a commencé à se concentrer sur le soudage robotisé pour augmenter sa production. Sur la base de son expérience passée avec son équipement manuel, l'entreprise a sélectionné deux systèmes automatisés Lincoln avec le robot Arcmate 120i et le contrôleur FANUC R-J3. Une cellule soude des godets de différentes tailles avec une taille de soudure constante et aucun nettoyage après soudage, le tout conduisant à une réduction globale substantielle des coûts. Le superviseur du soudage Kevin Holmes a déclaré: «La production du robot a dépassé nos attentes en termes de qualité et de quantité. Nous obtenons des augmentations de production de plus de 100%, et le système est facile à utiliser et fiable. "


H-P Products gagne une nouvelle activité grâce à l'automatisation du soudage
Chez H-P Products, Inc., Canton, Ohio, six systèmes de soudage automatisés ont aidé à capturer de nouvelles affaires de GM et Chrysler. En juin 2002, la société était déjà sous contrat avec les principaux constructeurs automobiles pour fabriquer des barres stabilisatrices utilisées dans les systèmes de suspension. Avec les discussions sur une nouvelle gamme de produits GM et Chrysler désireux de s'engager dans un nouveau contrat commercial, H-P devait augmenter les niveaux de production pour faire face à l'augmentation soudaine et massive.

Pour répondre à la demande, la société a ajouté six nouveaux systèmes de soudage automatisés Lincoln à sa ligne de production, dont quatre plateaux tournants et deux systèmes d'indexation à table fixe. Chaque système sur mesure comprend une source d'alimentation Power Wave 455R et un robot FANUC 100 J-3iB. Avec ces systèmes, H-P fabrique désormais une nouvelle gamme de produits GM, générant un produit fini pour GM en seulement six mois. H-P a également remporté un nouveau contrat commercial avec Chrysler, et les niveaux de production ont grimpé en flèche.


Tandem MIG «renforce» la production du châssis Garden State de 500%
Le soudage manuel MIG (GMAW) des assemblages de traverses arrière était trop lent pour suivre les commandes en cours chez Garden State Chassis, Woodbridge, New Jersey, un important producteur de châssis de haute qualité pour le chargement et le déchargement de cargaisons de navires. La société est passée au système MIG Tandem automatisé de Lincoln et a augmenté sa production de 500%. Plutôt que de souder deux arcs simultanément de chaque côté de la traverse à des vitesses de déplacement conventionnelles, le système Tandem MIG permet à deux arcs de réaliser une seule soudure à des vitesses de déplacement quatre à cinq fois plus rapides. Le Tandem MIG est un processus de soudage à haute vitesse à deux fils qui coordonne deux arcs GMAW générés séparément à l'unisson pour créer une soudure finie. Avec deux arcs, le processus donne des vitesses de déplacement exceptionnellement élevées, et dans le cas de Garden State, les vitesses dépassaient 40 pouces par minute - plus de 2-1/2 fois plus rapides que les systèmes concurrents. Non seulement le processus offre des vitesses plus rapides, mais il offre également une superbe qualité de soudage avec un minimum de projections, idéal pour les soudures d'assemblage de traverses très visibles. La haute qualité avec de faibles projections est en grande partie due à la source d'alimentation Power Wave du système, qui intègre la technologie de contrôle de forme d'onde et contrôle la flaque de soudure et l'interaction de l'arc en fonction de l'application spécifique.

Pat Picazio, directeur des achats de Garden State Chassis, déclare: «Nous ne pouvons pas croire à la différence que cela a fait dans nos capacités de production, d'autant plus que le volume des affaires augmente. Nous craignions que le système automatisé ne tienne pas sous notre boutique conditions, mais il fonctionne huit heures par jour, cinq jours par semaine sans interruption sans problèmes. "

Ces exemples illustrent quelques-unes des nombreuses façons dont les nouveaux systèmes de soudage automatisés plus flexibles augmentent la productivité, améliorent la qualité et stimulent la rentabilité des entreprises, grandes et petites.a