اللحام الآلي: العمليات والمكاسب الحقيقية ومتى يكون مجدياً

لا يأتي مكسب اللحام الآلي من قوس مختلف. بل يأتي من تكرار نفس حبة اللحام، بنفس المعاملات، ومن إبقاء القوس مفتوحاً لعدد دقائق أطول بكثير في كل ساعة. نفس هذه الخاصية تحدد ما يتطلبه التصميم: بما أن الروبوت يعيد المسار بدقة، يجب أن تصل الوصلة دائماً إلى نفس المكان.

يوضح هذا الدليل العمليات التي ينفذها الروبوت، ومصدر زيادة الإنتاجية، وما يجب أن يتوفر في القطعة، وكيفية التعرف على الحالة التي تجعل الأتمتة مجدية. اللحام الآلي واللحام بالروبوت هما نفس الموضوع.

ما هو اللحام الآلي

هو عملية لحام يقوم فيها روبوت صناعي ذو 6 محاور بتوجيه شعلة اللحام، أو كماشة لحام النقطة، عبر مسار مبرمج، بسرعة تقدم وزاوية ومعاملات كهربائية ثابتة. يعمل الروبوت متكاملًا مع مصدر طاقة اللحام، والوضعيات (Positioners)، والجهاز الذي يثبت القطعة، داخل منطقة محمية.

المجموعة الكاملة هي خلية اللحام الآلي، وهي موضوع مقال مستقل. هنا التركيز على العملية وقرار أتمتة اللحام.

العمليات التي ينفذها الروبوت

تعطي ISO 4063 رقم مرجعي لكل عملية لحام. العمليات المستخدمة في الخلايا الآلية للحام:

العملية	الرقم في ISO 4063	الاستخدام النموذجي مع الروبوت
MAG بسلك مصمت	135	الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبيكة: الهياكل، المعدات الزراعية، قطع غيار السيارات
MIG بسلك مصمت	131	الألومنيوم وسبائك غير حديدية أخرى
MAG بسلك أنبوبي	136	الوصلات التي تتطلب معدل ترسيب عالٍ أو خصائص محددة
TIG	141	الصفائح الرقيقة والفولاذ المقاوم للصدأ حيث يكون التشطيب مطلوباً
لحام النقطة بالمقاومة	21	الصفائح المتراكبة، باستخدام كماشة مثبتة على معصم الروبوت

تناسب عمليتا MIG وMAG الأتمتة بشكل جيد لأن تغذية السلك تكون مستمرة ومعدل الترسيب جيد. في لحام النقطة، توضع الكماشة على المعصم وعادة ما تتطلب روبوتاً بقدرة حمل عالية. في اللحام بالقوس، تكون الأداة خفيفة والعامل الحاسم هو التكرارية والمدى.

في خط QJAR، يوجد ثلاثة نماذج مخصصة للتلحيم بالقوس الكهربائي، بمدى يتراوح من 1,410.5 mm إلى 2,014 mm، ودقة تكرار تتراوح من ±0.03 mm إلى ±0.08 mm. المقارنة بينها موجودة في مقال خلية التلحيم الآلي، وقراءة كل رقم موجودة في دليل الروبوت الصناعي.

مصدر المكسب

وقت القوس المفتوح

المؤشر الأكثر تفسيراً للإنتاجية في التلحيم هو نسبة الوردية التي يكون فيها القوس مفتوحاً فعلياً. في التلحيم اليدوي، هذا الرقم منخفض: في تقرير لمجلة The Fabricator، يؤكد مهندس تلحيم لدى شركة مصنعة لأنظمة التلحيم الآلي أن القوس المفتوح يتراوح عادةً بين 5% و20% من الوقت، وبين 10% و15% في الورش الشائعة. الباقي يُستهلك في وضع القطعة، وتغيير الوضع، والتنظيف، والقياس، والراحة.

في التلحيم المؤتمت بالكامل، تذكر Canadian Metalworking أن القوس المفتوح يتراوح في نطاق 80% إلى 90%. الخلية ذات التحميل اليدوي للقطع تكون أقل من هذا الحد الأقصى، لأنها تعتمد على وقت التبديل، لكن ترتيب حجم الفرق هو هذا نفسه. توجد التخطيطات ذات المحطتين تحديداً ليتمكن المشغل من تحميل قطعة بينما يقوم الروبوت بتلحيم القطعة الأخرى.

ثوابت المعلمات

لا تتغير سرعة التغذية، ولا المسافة بين فوهة اللحام والقطعة، ولا زاوية شعلة اللحام، ولا التيار الكهربائي من بداية الوردية إلى نهايتها. والنتيجة هي وصلة لحام ذات هندسة متطابقة في القطعة الأولى والأخيرة، مما يقلل من زيادة مادة اللحام، والرذاذ المتطاير، وأعمال إعادة العمل.

قابلية التنبؤ

مع وجود مسار ثابت ومعلمات محددة، يتحول زمن الدورة إلى بيانات تخطيطية. تصبح المصنع قادرة على معرفة عدد القطع التي تقدمها الخلية لكل وردية، وهو أمر نادرًا ما تسمح به اللحام اليدوي بنفس الدقة.

ما تحتاجه القطعة

يكرر الروبوت المسار بتشتت يقدر بأجزاء من مليمتر: ±0.03 mm إلى ±0.08 mm في نماذج اللحام ضمن الخط الإنتاجي. إذا وصلت الوصلة خارج الموقع بمقدار 2 mm، فإن الخطأ لا يقع على عاتق الروبوت، بل على القطعة. ولهذا السبب يبدأ تقييم المشروع قبل عملية اللحام.

التكرارية في مرحلة ما قبل التصنيع. يجب أن يضمن القص، والانحناء، والتثبيت المؤقت وصول الوصلة دائمًا إلى نفس المكان وبنفس الفتح.
إمكانية الوصول. يجب أن تصل شعلة اللحام إلى كل وصلة بالزاوية الصحيحة. أحيانًا يؤدي تغيير طفيف في المنتج إلى إتاحة لحام وصلة كاملة.
التثبيت. يحدد الجهاز المثبت موقع القطعة. فهو الذي يحول تسامح التصنيع إلى موقع معروف.
عائلة القطع. تتشارك القطع المتشابهة الأجهزة المثبتة، وبرامج التشغيل، وموضع القطعة، مما يخفف من حدة الاستثمار.

توجد موارد استشعار لتحديد موقع الوصلة ومتابعة الانحرافات. وهي توسع نطاق ما يمكن أتمتته باستخدام الروبوتات، لكنها لا تحل محل قطعة مُعدّة جيدًا. إن تحديد الموارد التي سيتم استخدامها هو قرار تصميم يُتخذ حالة بحالة.

الجودة والتأهيل

لا يُغني استخدام الروبوتات عن نظام جودة اللحام. يجب أن يظل إجراء اللحام محدداً ومعتمداً، ويجب أن يستمر فحص اللحام. ما يتغير هو من يحتاج إلى التأهيل وكيف يتم ذلك.

تحدد ISO 14732 تأهيل مشغلي اللحام ومعدّي المعدات للحل الميكانيكي والأتوماتيكي.
تحدد ISO 3834 متطلبات الجودة للحل بالانصهار في المصنع وفي الموقع الميداني.
توحد ISO 6947 مواضع اللحام. باستخدام جهاز التموضع (Positioner)، تجلب الخلية الوصلة إلى الوضع المسطح (PA)، وهو الوضع الأكثر ملاءمة للترسيب.

يمكن لخلية مُدارة بشكل جيد أيضاً إنتاج سجلات: حيث تتوفر المعلمات لكل قطعة، والإنذارات، وعدّ الإنتاج لتتبع الجودة.

الصحة والسلامة

في عام 2017، صنفت الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (IARC) أبخرة اللحام كمسرطنة للبشر ضمن المجموعة 1. ورد هذا التقييم في المجلد 118 من منشورات الوكالة. تُبعد الخلية الروبوتية العامل عن سحابة الأبخرة والإشعاع الناتج عن القوس الكهربائي، لكنها لا تلغي الحاجة إلى الالتقاط والشفط عند نقطة اللحام.

الخلية هي أيضاً آلة خاضعة للمعيار NR-12: الحواجز الوقائية، وأقفال التشغيل المتبادلة، وإيقاف الطوارئ، والوثائق. توجد المتطلبات في المقال حول NR-12 في الخلايا الروبوتية.

متى يكون الأمر مجدياً

مؤشرات إيجابية	ما يجب تحضيره مسبقاً
قطع متكررة أو عائلات من القطع المتشابهة	تفاوتات القص والثني التي تتغير من دفعة إلى أخرى
طول كبير للحام لكل قطعة	وصلات لا يمكن الوصول إليها بواسطة شعلة اللحام
ورديتان أو 3 ورديات إنتاج	أجهزة تثبيت لا تضمن وضع الوصلة بدقة
صعوبة توظيف والحفاظ على عمال اللحام	المنتج لا يزال يخضع لتغييرات متكررة في التصميم
إعادة العمل الناتجة عن التباين بين عمال اللحام	عدم وجود شخص في الفريق يتقن معايير اللحام

العمود الأيمن ليس سبباً للتخلي عن الفكرة. إنه قائمة العناصر التي تدخل ضمن نطاق المشروع. العديد من الخلايا القابلة للتنفيذ تبدأ بتعديل في عملية القص أو باستخدام جهاز تثبيت جديد.

تتبع الحسابات المالية نفس المنطق المستخدم لأي خلية آلية: إجمالي الاستثمار مقابل العائد السنوي الصافي، حيث يُعد عدد الورديات من أكثر المتغيرات تأثيراً. الطريقة موضحة في تكلفة الروبوت الصناعي.

كيف تبدأ

تبدأ أي تقييم جاد من بيانات القطعة، وليس من كتالوج الروبوت:

رسم أو نموذج ثلاثي الأبعاد للقطعة والوصلات؛
المادة وسماكات المواد؛
الطول الإجمالي للحام لكل قطعة؛
الحجم السنوي وحجم الدفعة؛
وقت اللحام الحالي وعدد الورديات؛
المعيار أو معايير قبول خط اللحام.

بناءً على هذه المعلومات، يستطيع مدمج الروبوتات تحديد ما إذا كانت الحالة تتطلب محطة بسيطة، أو وحدة تموضع (Positioner)، أو مساراً خطياً (Rail)، وأي روبوت يلبي الاحتياجات.

الأسئلة الشائعة

ما هو اللحام الآلي؟

هو عملية لحام يقوم فيها روبوت صناعي بتوجيه المشعل أو الملقط على طول مسار مبرمج مسبقاً، بسرعة ومعاملات ثابتة. تعمل مصدر الطاقة للحام والوضع والأجهزة التثبيتية بشكل متزامن مع الروبوت داخل خلية محمية.

ما هي عمليات اللحام التي يؤديها الروبوت؟

يؤدي الروبوت لحام القوس الكهربائي بسلك مستمر، مثل MIG و MAG (العمليتان 131 و 135 من ISO 4063)، في الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم. كما يؤدي TIG (141) واللحام بالنقاط بالمقاومة (21) واللحام بالليزر (52)، لكل منها أداة ومصدر طاقة خاصان به.

هل يحل اللحام الآلي محل عامل اللحام؟

إنه يغير الوظيفة. تحتاج الخلية إلى شخص يعرف اللحام لتحديد المعاملات وتقييم خط اللحام وتصحيح المسار. تتناول ISO 14732 تحديداً أهلية مشغلي اللحام وآليات الضبط في اللحام الميكانيكي والآلي.

ما حجم القطع الذي يبرر إنشاء خلية لحام روبوتية؟

لا يوجد رقم واحد محدد. العوامل المؤثرة هي طول اللحام لكل قطعة، وعدد الورديات، وتنوع القطع، ووقت التبديل. غالبًا ما تجعل عائلات القطع المتشابهة، حتى في الدفعات متوسطة الحجم، المشروع مجديًا لأنها تتشارك في التجهيزات والبرامج.

هل يجب تعديل القطعة لتتم لحامها بواسطة الروبوت؟

غالبًا نعم، في تفاصيل معينة. الروبوت يعيد المسار ولا يعوض تلقائيًا عن انحراف المفصل عن موضعه. يجب أن يوفر القص والثني قطعًا ضمن حدود التحمل، وقد يتطلب التصميم تعديلات في الوصول إلى شعلة اللحام.

تحدث إلى BR Robotics

تدمج شركة BR Robotics في البرازيل روبوتات اللحام من طراز QJAR، مع مصدر طاقة اللحام، والواضعين (Positioners)، والسكك الحديدية من نفس الشركة المصنعة. أرسل القطعة وحجم الإنتاج: ستصلك الإجابة بالنموذج المناسب وتخطيط الخلية. تواصل مع BR Robotics أو اطّلع على خط روبوتات وملحقاتها.