Soudage robotisé : procédés, gains et rentabilité

Le gain de la soudure robotisée ne vient pas d'un arc différent. Il vient de la répétition du même cordon, avec les mêmes paramètres, et du maintien de l'arc ouvert pendant bien plus de minutes chaque heure. Cette même caractéristique définit ce que le projet exige : comme le robot répète la trajectoire, le joint doit arriver toujours au même endroit.

Ce guide montre quels processus le robot exécute, d'où vient le gain de productivité, ce que la pièce doit avoir et comment reconnaître un cas qui vaut la peine. Soudure robotisée et soudage robotisé sont le même sujet.

Qu'est-ce que la soudure robotisée

Il s'agit du soudage où un robot industriel à 6 axes dirige la torche, ou la pince de soudage par points, selon une trajectoire programmée, avec une vitesse d'avance, un angle et des paramètres électriques constants. Le robot travaille intégré à la source de soudage, au positionneur et au dispositif qui fixe la pièce, dans une zone protégée.

L'ensemble complet est la cellule de soudure robotisée, sujet d'un article propre. Ici, l'accent est mis sur le processus et la décision de robotiser.

Processus exécutés par le robot

La norme ISO 4063 donne un numéro de référence à chaque procédé de soudage. Procédés utilisés dans les cellules robotisées :

Procédé	N° dans la ISO 4063	Utilisation typique avec robot
MAG avec fil plein	135	Aciers carbone et faiblement alliés : structures, équipements agricoles, pièces automobiles
MIG avec fil plein	131	Aluminium et autres alliages non ferreux
MAG avec fil fourré	136	Joints nécessitant un taux de dépôt élevé ou des propriétés spécifiques
TIG	141	Tôles fines et inox avec exigence de finition
Soudage par résistance par points	21	Tôles superposées, avec pince montée sur le poignet du robot

Les procédés MIG et MAG se prêtent bien à l'automatisation car le fil est alimenté de façon continue et le taux de dépôt est bon. Pour le soudage par points, la pince va sur le poignet et demande souvent un robot à charge élevée. Dans l'arc, l'outil est léger et ce qui compte est la répétabilité et la portée.

La gamme QJAR compte trois modèles dédiés au soudage à l’arc, avec une portée allant de 1 410,5 mm à 2 014 mm et une répétabilité comprise entre ±0,03 mm et ±0,08 mm. La comparaison entre ces modèles est détaillée dans l’article sur la cellule de soudage robotisée, tandis que l’interprétation de chaque chiffre se trouve dans le guide du robot industriel.

D’où vient le gain

Temps d’arc ouvert

L’indicateur qui explique le mieux la productivité en soudage est la fraction du poste de travail pendant laquelle l’arc est effectivement ouvert. En soudage manuel, ce taux est faible : dans un article de la revue The Fabricator, un ingénieur en soudage d’un fabricant de systèmes de soudage automatisés affirme que le temps d’arc ouvert se situe typiquement entre 5% et 20% du temps total, avec 10% à 15% dans les ateliers courants. Le reste du temps est consacré au positionnement de la pièce, aux changements de position, au nettoyage, aux mesures et aux pauses.

En soudage entièrement automatisé, Canadian Metalworking cite des temps d’arc ouvert compris entre 80% et 90%. Une cellule avec chargement manuel des pièces reste en dessous de ce plafond, car elle dépend du temps de changement, mais l’ordre de grandeur de la différence est celui-ci. Les configurations à deux stations existent précisément pour permettre à l’opérateur de charger une pièce pendant que le robot soude l’autre.

Paramètres constants

La vitesse d’avance, la distance entre la buse et la pièce, l’angle de la torche et le courant ne varient pas du début à la fin du poste. Le résultat est un cordon ayant la même géométrie sur la première et la dernière pièce, ce qui réduit les excès de soudure, les projections et les retouches.

Prévisibilité

Avec une trajectoire et des paramètres fixes, le temps de cycle devient une donnée de planification. L’usine sait désormais combien de pièces la cellule livre par poste, ce que la soudure manuelle permet rarement avec la même précision.

Ce dont la pièce a besoin

Le robot répète la trajectoire avec une dispersion de centièmes de millimètre : ±0,03 mm à ±0,08 mm sur les modèles de soudure de la gamme. Si le joint arrive à 2 mm hors position, ce n’est pas le robot qui se trompe, c’est la pièce. C’est pourquoi l’évaluation d’un projet commence avant la soudure.

Répétabilité en amont. La découpe, le pliage et le pointage doivent livrer le joint toujours au même endroit et avec la même ouverture.
Accès. La torche doit atteindre chaque cordon selon l’angle correct. Parfois, une petite modification du produit libère un cordon entier.
Maintien. Le dispositif définit où se trouve la pièce. C’est lui qui transforme la tolérance de fabrication en position connue.
Famille de pièces. Des pièces similaires partagent les dispositifs, les programmes et le positionneur, et diluent l’investissement.

Il existe des ressources de capteurs pour localiser le joint et suivre les déviations. Elles élargissent ce qui peut être robotisé, mais ne remplacent pas une pièce bien préparée. Quelles ressources sont intégrées est une décision de conception, cas par cas.

Qualité et qualification

La robotisation ne dispense pas du système de qualité en soudage. Le procédé doit toujours être spécifié et qualifié, et le cordon reste inspecté. Ce qui change, c'est qui doit être qualifié et comment.

La ISO 14732 établit la qualification des opérateurs de soudage et des régleurs pour le soudage mécanisé et automatique.
La ISO 3834 définit les exigences de qualité pour le soudage par fusion en usine et sur chantier.
La ISO 6947 normalise les positions de soudage. Avec un positionneur, la cellule amène la jointure en position à plat (PA), la plus favorable au dépôt.

Une cellule bien gérée peut également produire des enregistrements : les paramètres par pièce, les alarmes et le comptage de production sont disponibles pour la traçabilité.

Santé et sécurité

En 2017, l'Agence internationale de recherche sur le cancer (IARC) a classé les fumées de soudage comme cancérogènes pour l'homme, dans le Groupe 1. Cette évaluation figure dans le volume 118 des Monographies de l'agence. La cellule robotisée éloigne le travailleur du panache de fumées et du rayonnement de l'arc, mais n'élimine pas la nécessité de captation et d'extraction au point de soudage.

La cellule est aussi une machine soumise à la NR-12 : protections, verrouillages, arrêt d'urgence et documentation. Les exigences sont détaillées dans l'article sur la NR-12 en cellule robotisée.

Quand cela vaut-il le coup

Signes favorables	À préparer avant
Pièces répétées ou familles de pièces similaires	Tolérances de coupe et de pliage variant d'un lot à l'autre
Grande longueur de soudure par pièce	Joints sans accès pour la torche
Deux ou trois équipes de production	Dispositifs ne garantissant pas la position du joint
Difficulté à recruter et fidéliser des soudeurs	Produit encore soumis à des changements fréquents de conception
Retouches causées par la variation entre soudeurs	Absence dans l'équipe d'une personne maîtrisant les paramètres de soudage

La colonne de droite n'est pas une raison d'abandonner. C'est la liste des éléments à intégrer au périmètre du projet. De nombreuses cellules viables commencent par un ajustement de la coupe ou par un nouveau dispositif.

Le calcul financier suit la même logique que pour toute cellule : investissement total contre gain annuel net, avec le nombre d'équipes parmi les variables les plus lourdes. La méthode est décrite dans combien coûte un robot industriel.

Comment commencer

Une évaluation sérieuse part des données de la pièce, non du catalogue de robots :

dessin ou modèle 3D de la pièce et des joints ;
matériau et épaisseurs ;
longueur totale de soudure par pièce ;
volume annuel et taille de lot ;
temps actuel de soudage et nombre d'équipes ;
norme ou critère d'acceptation du cordon.

Avec ces éléments, un intégrateur de robots peut déterminer s'il s'agit d'une station simple, avec positionneur ou sur rail, et quel robot convient.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que le soudage robotisé ?

C'est le soudage où un robot industriel guide la torche ou la pince le long d'une trajectoire programmée, avec une vitesse et des paramètres constants. La source de soudage, le positionneur et les dispositifs de fixation fonctionnent en synchronisation avec le robot au sein d'une cellule protégée.

Quels procédés de soudage un robot exécute-t-il ?

Le robot exécute le soudage à l'arc avec fil continu, comme MIG et MAG (procédés 131 et 135 de la norme ISO 4063), sur acier carbone, inox et aluminium. Il exécute également le TIG (141), le soudage par points par résistance (21) et le soudage laser (52), chacun avec son propre outil et sa propre source.

Le soudage robotisé remplace-t-il le soudeur ?

Il change la fonction. La cellule a besoin de personnes maîtrisant le soudage pour définir les paramètres, évaluer le cordon et corriger la trajectoire. La norme ISO 14732 traite précisément de la qualification des opérateurs et des régleurs de soudage mécanisé et automatique.

Quel volume de pièces justifie une cellule de soudage robotisée ?

Il n'existe pas de chiffre unique. Le poids respectif des facteurs suivants est déterminant : la longueur de soudure par pièce, le nombre d'équipes, la variété des pièces et le temps de changement. Des familles de pièces similaires, même en lots moyens, rendent souvent le projet viable car elles partagent les dispositifs et les programmes.

La pièce doit-elle être modifiée pour être soudée par un robot ?

Souvent oui, dans les détails. Le robot répète la trajectoire et ne compense pas seul un joint hors position. La découpe et le pliage doivent fournir des pièces conformes aux tolérances, et la conception peut exiger des ajustements d'accès pour la torche.

Contactez BR Robotics

BR Robotics intègre au Brésil les robots de soudure QJAR, avec source de soudage, positionneurs et rail du même fabricant. Envoyez la pièce et le volume : la réponse vient avec le modèle indiqué et le layout de la cellule. Contactez BR Robotics ou consultez la gamme de robots et périphériques.