Saldatura robotizzata: processi, benefici e quando conviene

Il vantaggio della saldatura robotizzata non deriva da un arco diverso. Deriva dalla ripetizione dello stesso cordone, con gli stessi parametri, e dal mantenere l'arco aperto per molti più minuti ogni ora. La stessa caratteristica definisce ciò che richiede il progetto: poiché il robot ripete la traiettoria, il giunto deve arrivare sempre nello stesso punto.

Questa guida mostra quali processi il robot esegue, da dove proviene il guadagno di produttività, cosa deve avere il pezzo e come riconoscere un caso che conviene. Saldatura robotizzata e saldatura automatizzata sono lo stesso argomento.

Che cos'è la saldatura robotizzata

È la saldatura in cui un robot industriale a 6 assi guida la torcia, o la pinza per la saldatura a punti, lungo una traiettoria programmata, con velocità di avanzamento, angolo e parametri elettrici costanti. Il robot lavora integrato alla sorgente di saldatura, al posizionatore e al dispositivo che trattiene il pezzo, all'interno di un'area protetta.

L'insieme completo è la cella di saldatura robotizzata, argomento di un articolo specifico. Qui l'attenzione è sul processo e sulla decisione di robotizzare.

Processi che il robot esegue

La ISO 4063 assegna un numero di riferimento a ciascun processo di saldatura. Processi utilizzati nelle celle robotizzate:

Processo	N. nella ISO 4063	Uso tipico con robot
MAG con filo pieno	135	Acciaio al carbonio e basso legato: strutture, attrezzature agricole, componenti auto
MIG con filo pieno	131	Alluminio e altre leghe non ferrose
MAG con filo animato	136	Giunti con requisiti di tasso di deposizione o di proprietà specifiche
TIG	141	Lamiera sottile e inox con requisiti di finitura
Saldatura a punti per resistenza	21	Lamiere sovrapposte, con pinza montata sul polso del robot

MIG e MAG si prestano bene all'automazione perché il filo viene alimentato in modo continuo e il tasso di deposizione è buono. Nella saldatura a punti, la pinza va sul polso e solitamente richiede un robot ad alta capacità di carico. Nell'arco, l'utensile è leggero e ciò che conta è la ripetibilità e la portata.

Nella gamma QJAR sono presenti tre modelli dedicati alla saldatura ad arco, con un raggio d'azione da 1.410,5 mm a 2.014 mm e una ripetibilità da ±0,03 mm a ±0,08 mm. Il confronto tra questi modelli è riportato nell'articolo sulla cella di saldatura robotizzata, mentre la lettura dettagliata di ogni dato si trova nella guida del robot industriale.

Da dove deriva il guadagno

Tempo di arco aperto

L'indicatore che meglio spiega la produttività nella saldatura è la frazione del turno in cui l'arco è effettivamente acceso. Nella saldatura manuale, questo valore è basso: in un articolo della rivista The Fabricator, un ingegnere della saldatura presso un produttore di sistemi di saldatura automatizzati afferma che l'arco aperto rimane tipicamente tra il 5% e il 20% del tempo, con valori tra il 10% e il 15% nelle officine comuni. Il resto del tempo viene impiegato per posizionare il pezzo, cambiare posizione, pulire, misurare e riposarsi.

Nella saldatura completamente automatizzata, Canadian Metalworking cita un arco aperto nella fascia dell'80% al 90%. Una cella con carico manuale dei pezzi resta al di sotto di questo limite massimo, poiché dipende dai tempi di cambio pezzo, ma l'ordine di grandezza della differenza è proprio questo. I layout con due stazioni esistono proprio per consentire all'operatore di caricare un pezzo mentre il robot salda l'altro.

Parametri costanti

La velocità di avanzamento, la distanza tra ugello e pezzo, l'angolo della torcia e la corrente non variano dall'inizio alla fine del turno. Il risultato è un cordone con la stessa geometria sul primo e sull'ultimo pezzo, il che riduce l'eccesso di saldatura, gli schizzi e le rilavorazioni.

Prevedibilità

Con traiettoria e parametri fissi, il tempo ciclo diventa un dato di pianificazione. La fabbrica sa quante pezzi la cella consegna per turno, cosa che la saldatura manuale raramente consente con la stessa precisione.

Cosa deve avere il pezzo

Il robot ripete la traiettoria con una dispersione di centesimi di millimetro: ±0,03 mm a ±0,08 mm nei modelli di saldatura della linea. Se il giunto arriva 2 mm fuori posizione, chi sbaglia non è il robot, è il pezzo. Per questo la valutazione di un progetto inizia prima della saldatura.

Ripetibilità a monte. Taglio, piegatura e puntatura devono consegnare il giunto sempre nello stesso punto e con la stessa apertura.
Accesso. La torcia deve raggiungere ogni cordone nell'angolo corretto. A volte una piccola modifica al prodotto libera un intero cordone.
Fissaggio. Il dispositivo definisce dove si trova il pezzo. È lui che trasforma la tolleranza di fabbricazione in una posizione nota.
Famiglia di pezzi. Pezzi simili condividono dispositivi, programmi e posizionatore, diluendo l'investimento.

Esistono risorse di sensoristica per localizzare il giunto e seguire gli scostamenti. Esse ampliano ciò che può essere robotizzato, ma non sostituiscono un pezzo ben preparato. Quali risorse vengono impiegate è una decisione di progetto, caso per caso.

Qualità e qualifica

La robotizzazione non dispensa dal sistema di qualità della saldatura. La procedura continua a dover essere specificata e qualificata, e il cordone continua a essere ispezionato. Ciò che cambia è chi deve essere qualificato e come.

La ISO 14732 stabilisce la qualificazione degli operatori di saldatura e degli addetti alla regolazione per la saldatura meccanizzata e automatica.
La ISO 3834 definisce i requisiti di qualità per la saldatura per fusione in fabbrica e in cantiere.
La ISO 6947 standardizza le posizioni di saldatura. Con un posizionatore, la cella porta il giunto nella posizione piana (PA), la più favorevole per la deposizione.

Una cella ben gestita può produrre anche registrazioni: parametri per pezzo, allarmi e conteggio della produzione sono disponibili per la tracciabilità.

Salute e sicurezza

Nel 2017, l'Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) ha classificato i fumi di saldatura come cancerogeni per l'uomo, nel Gruppo 1. La valutazione è contenuta nel volume 118 delle Monografie dell'agenzia. La cella robotizzata allontana il lavoratore dalla nube di fumi e dalle radiazioni dell'arco, ma non elimina la necessità di aspirazione ed estrazione al punto di saldatura.

La cella è anch'essa una macchina soggetta alla NR-12: protezioni, interblocchi, arresto di emergenza e documentazione. I requisiti sono descritti nell'articolo sulla NR-12 nelle celle robotizzate.

Quando conviene

Segnali a favore	Cosa preparare prima
Pezzi ripetuti o famiglie di pezzi simili	Tolleranze di taglio e piegatura che variano da lotto a lotto
Molto cordone di saldatura per pezzo	Giunti senza accesso per la torcia
Due o tre turni di produzione	Dispositivi che non garantiscono la posizione del giunto
Difficoltà ad assumere e trattenere saldatrici/saldatori	Prodotto ancora soggetto a frequenti modifiche di progetto
Rework causato dalla variabilità tra saldatrici/saldatori	Mancanza in team di qualcuno che padroneggi i parametri di saldatura

La colonna di destra non è un motivo per desistere. È l'elenco di ciò che entra nello scope del progetto. Molte celle fattibili iniziano con una regolazione nel taglio o con un nuovo dispositivo.

Il calcolo finanziario segue la stessa logica di qualsiasi cella: investimento totale contro guadagno annuale netto, con il numero di turni tra le variabili di maggiore peso. Il metodo è descritto in quanto costa un robot industriale.

Come iniziare

Una valutazione seria parte dai dati del pezzo, non dal catalogo dei robot:

disegno o modello 3D del pezzo e dei giunti;
materiale e spessori;
lunghezza totale della saldatura per pezzo;
volume annuo e dimensione del lotto;
tempo attuale di saldatura e numero di turni;
norma o criterio di accettazione del cordone.

Con questi dati, un integratore di robot può stabilire se si tratta di una stazione semplice, con posizionatore o su guida lineare, e quale robot sia idoneo.

Domande frequenti

Che cos'è la saldatura robotizzata?

È la saldatura in cui un robot industriale guida la torcia o la pinza lungo una traiettoria programmata, con velocità e parametri costanti. La sorgente di saldatura, il posizionatore e i dispositivi di fissaggio lavorano sincronizzati con il robot all'interno di una cella protetta.

Quali processi di saldatura esegue un robot?

Il robot esegue la saldatura ad arco con filo continuo, come MIG e MAG (processi 131 e 135 della ISO 4063), su acciaio al carbonio, inox e alluminio. Esegue anche la TIG (141), la saldatura a punti per resistenza (21) e la saldatura laser (52), ciascuna con utensile e sorgente propri.

La saldatura robotizzata sostituisce il saldatore?

Cambia la funzione. La cella ha bisogno di chi conosce la saldatura per definire i parametri, valutare il cordone e correggere la traiettoria. La ISO 14732 tratta proprio la qualificazione degli operatori e dei regolatori di saldatura meccanizzata e automatica.

Qual è il volume di pezzi che giustifica una cella di saldatura robotizzata?

Non esiste un numero unico. Pesano la lunghezza della saldatura per pezzo, la quantità di turni, la varietà dei pezzi e il tempo di cambio. Famiglie di pezzi simili, anche in lotti medi, tendono a rendere fattibile il progetto perché condividono dispositivi e programmi.

Il pezzo deve essere modificato per essere saldato da un robot?

Spesso sì, nei dettagli. Il robot ripete la traiettoria e non compensa da solo un giunto fuori posizione. Taglio e piegatura devono fornire pezzi entro le tolleranze, e il progetto può richiedere aggiustamenti per l'accesso alla torcia.

Parla con BR Robotics

BR Robotics integra in Brasile i robot di saldatura QJAR, con sorgente di saldatura, posizionatori e binario dello stesso produttore. Inviate il pezzo e il volume: la risposta include il modello indicato e il layout della cella. Parlate con BR Robotics o consultate la linea di robot e periferiche.