로봇 용접: 프로세스와 도입 시점

로봇 용접의 이점은 다른 아크에서 나오는 것이 아닙니다. 동일한 비드를 동일한 파라미터로 반복하고, 매시간 아크를 훨씬 더 오래 유지하는 데서 옵니다. 이러한 특성은 프로젝트가 요구하는 사항을 정의합니다: 로봇이 궤적을 반복하기 때문에, 접합부는 항상 같은 위치에 도달해야 합니다.

본 가이드는 로봇이 수행하는 공정, 생산성 향상 요인, 부품에 필요한 조건, 그리고 투자 가치가 있는 사례를 식별하는 방법을 보여줍니다. '로봇 용접'과 '로봇화 용접'은 동일한 주제입니다.

로봇 용접이란 무엇인가

6축 산업용 로봇이 토치 또는 점 용접 집게를 제어하여, 일정하게 유지되는 전진 속도, 각도 및 전기적 파라미터로 프로그래밍된 궤적을 따라가는 용접 방식입니다. 로봇은 용접 전원 장치, 포지셔너, 부품 고정 장치와 통합되어 보호 구역 내에서 작동합니다.

전체 시스템은 로봇 용접 셀이며, 이는 별도의 기사에서 다룹니다. 여기서는 공정과 로봇화 결정에 초점을 맞춥니다.

로봇이 수행하는 공정

ISO 4063은 각 용접 공정에 참조 번호를 부여합니다. 로봇화 셀에서 사용되는 공정은 다음과 같습니다:

공정	ISO 4063 번호	로봇 사용 시 일반적인 용도
솔리드 와이어 MAG	135	탄소강 및 저합금강: 구조물, 장비, 자동차 부품
솔리드 와이어 MIG	131	알루미늄 및 기타 비철 합금
플럭스 코어드 와이어 MAG	136	용착률 또는 특정 물성이 요구되는 접합부
TIG	141	마감 품질이 요구되는 얇은 판재 및 스테인리스강
저항 점 용접	21	로봇 손목에 장착된 집게를 사용하는 겹친 판재

MIG와 MAG는 와이어가 연속적으로 공급되고 용착률이 좋기 때문에 자동화에 적합합니다. 점 용접에서는 집게가 손목에 부착되며 일반적으로 고하중 로봇을 필요로 합니다. 아크 용접에서는 툴이 가볍고, 반복 정밀도와 작업 반경이 중요합니다.

QJAR 라인에는 아크 용접 전용 모델 3종이 있으며, 도달 범위는 1,410.5 mm에서 2,014 mm까지이고 반복 정밀도는 ±0.03 mm에서 ±0.08 mm까지입니다. 이들 간의 비교는 로봇화 용접 셀 기사에 나와 있으며, 각 수치의 해석은 산업용 로봇 가이드를 참조하십시오.

성능 향상 요인

아크 개방 시간

용접 생산성을 가장 잘 설명하는 지표는 근무 시간 중 실제로 아크가 개방된 상태의 비율입니다. 수동 용접에서는 이 수치가 낮습니다. The Fabricator 잡지 보도에 따르면, 자동화 용접 시스템 제조사의 한 용접 엔지니어는 아크 개방 시간이 일반적으로 전체 시간의 5%에서 20% 사이이며, 일반적인 작업장에서는 10%에서 15% 수준이라고 주장합니다. 나머지 시간은 부품 위치 설정, 자세 변경, 청소, 측정 및 휴식에 소요됩니다.

완전 자동화 용접에서는 Canadian Metalworking이 아크 개방 시간을 80%에서 90% 범위라고 인용합니다. 수동으로 부품을 적재하는 셀은 교체 시간에 의존하기 때문에 이 상한치보다 낮지만, 차이 규모의 차이는 이와 같습니다. 두 개의 스테이션을 갖춘 레이아웃은 로봇이 한 부품을 용접하는 동안 작업자가 다른 부품을 적재할 수 있도록 설계된 것입니다.

고정 파라미터

진행 속도, 토치 팁과 워크피스 간 거리, 토치 각도 및 전류는 교대 근무 시작부터 종료까지 변동하지 않습니다. 그 결과 첫 번째 부품과 마지막 부품 모두 동일한 형상의 용접 비드를 얻을 수 있으며, 이는 과잉 용접, 스패터 및 재작업을 줄여줍니다.

예측 가능성

경로와 파라미터가 고정되면 사이클 타임이 계획 수립 데이터가 됩니다. 공장에서는 셀당 교대 근무 시 생산 가능한 부품 수를 파악할 수 있게 되며, 이는 수동 용접으로는 동일한 정밀도로 달성하기 어려운 부분입니다.

부품에 요구되는 조건

로봇은 라인 내 용접 모델 기준 ±0.03 mm에서 ±0.08 mm의 분산 범위 내에서 경로를 반복합니다. 이음매가 2 mm 이상 위치 오차가 발생한다면, 오류의 원인은 로봇이 아니라 부품 자체입니다. 따라서 프로젝트 평가는 용접 작업 이전에 이루어져야 합니다.

상류 공정에서의 반복성. 절단, 벤딩 및 점용접은 이음매를 항상 같은 위치와 같은 갭으로 제공해야 합니다.
접근성. 토치가 모든 용접 비드에 올바른 각도로 도달할 수 있어야 합니다. 때로는 제품 설계의 사소한 변경만으로 전체 비드의 접근성이 확보되기도 합니다.
고정. 지그는 부품의 위치를 정의합니다. 제조 공차를 알려진 위치로 변환하는 역할을 수행합니다.
부품 패밀리. 유사한 부품들은 지그, 프로그램 및 포지셔너를 공유하며 투자 비용을 분산시킵니다.

이음매를 탐지하고 편차를 추적하기 위한 센싱 기능이 존재합니다. 이러한 기능은 로봇화 가능한 범위를 넓혀주지만, 잘 준비된 부품을 대체하지는 못합니다. 어떤 기능을 적용할지는 케이스 바이 케이스로 결정되는 설계 사항입니다.

품질 및 자격

로봇화를 통해 용접 품질 관리 시스템이 불필요해지는 것은 아닙니다. 절차는 여전히 지정되고 자격을 인증해야 하며, 비드(용접부)는 계속 검사됩니다. 변경되는 점은 누가 자격을 갖추어야 하는지 그리고 어떻게 해야 하는지입니다.

ISO 14732은 기계식 및 자동 용접의 용접 작업자와 조정자의 자격 요건을 규정합니다.
ISO 3834은 공장 내 및 현장에서의 융합 용접에 대한 품질 요구 사항을 정의합니다.
ISO 6947은 용접 위치를 표준화합니다. 포지셔너가 있으면 셀이 이음매를 평면 위치(PA)로 가져오며, 이는 용착(deposition)에 가장 유리한 위치입니다.

잘 운영된 로봇 셀은 또한 기록을 생성할 수 있습니다: 부품별 파라미터, 알람 및 생산 카운트가 추적성을 위해 제공됩니다.

건강 및 안전

2017년 국제암연구기관(IARC)은 용접 흄을 인간에게 발암성 물질인 그룹 1로 분류했습니다. 해당 평가는 기관의 모노그래프 제118권에 실려 있습니다. 로봇화된 셀은 작업자를 흄 플룸과 아크 방사선으로부터 멀리 떨어뜨리지만, 용접 지점에서의 집진 및 배기 필요성을 없애지는 않습니다.

셀은 또한 NR-12 규정을 적용받는 기계입니다: 보호 장치, 인터록, 비상 정지 및 문서화가 필요합니다. 요구 사항은 로봇 셀에서의 NR-12에 관한 기사에 나와 있습니다.

언제 도입이 유리한가

긍정적 신호	사전 준비 사항
반복되는 부품 또는 유사한 부품군	로트마다 변동하는 절단 및 벤딩 공차
부품당 용접 길이가 매우 긴 경우	토치 접근이 불가능한 이음매
생산 2교대 또는 3교대 운영	이음매 위치를 보장하지 못하는 지그
용접공 채용 및 유지의 어려움	설계 변경이 빈번한 제품
용접공 간 편차로 인한 재작업 발생	용접 파라미터를 숙지한 팀원이 부재한 상태

오른쪽 열은 포기해야 할 이유가 아닙니다. 이는 프로젝트 범위에 포함해야 할 항목 목록입니다. 많은 실행 가능한 셀은 절단 공정 조정이나 새로운 지그 도입으로 시작됩니다.

재무적 계산은 모든 셀과 동일한 논리를 따릅니다. 총 투자액 대비 연간 순이익을 비교하며, 교대 근무 횟수는 가장 큰 영향력을 가진 변수 중 하나입니다. 산출 방법은 산업용 로봇 비용에 나와 있습니다.

시작 방법

진지한 평가는 로봇 카탈로그가 아닌 부품 데이터에서 출발합니다:

부품 및 이음매의 도면 또는 3D 모델;
소재 및 두께;
부품당 총 용접 길이;
연간 물량 및 로트 크기;
현재 용접 시간 및 교대 근무 횟수;
비드 규격 또는 허용 기준.

이 데이터를 바탕으로 로봇 시스템 통합업체는 단순 스테이션인지, 포지셔너형인지, 레일형인지 판단하고 적합한 로봇 모델을 제시할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

로봇 용접이란 무엇인가요?

산업용 로봇이 프로그램된 경로를 따라 토치 또는 핀셋을 일정 속도와 파라미터로 제어하여 수행하는 용접입니다. 용접 전원, 포지셔너 및 고정 지그는 보호된 셀 내에서 로봇과 동기화되어 작동합니다.

로봇은 어떤 용접 공정을 수행하나요?

로봇은 탄소강, 스테인리스강 및 알루미늄에서 ISO 4063의 공정 번호 131과 135에 해당하는 MIG 및 MAG 같은 연속 와이어 아크 용접을 수행합니다. 또한 TIG(141), 저항 점 용접(21) 및 레이저 용접(52)도 각각 전용 도구와 전원을 사용하여 수행합니다.

로봇 용접이 용접공을 대체하나요?

기능이 변화할 뿐입니다. 셀에는 파라미터 설정, 비드 평가 및 경로 수정을 위해 용접 지식을 갖춘 인력이 필요합니다. ISO 14732는 기계식 및 자동 용접 작업자와 조정자의 자격 인증을 다루고 있습니다.

로봇 용접 셀 도입을 정당화할 수 있는 부품 물량은 어느 정도인가요?

단일한 기준 숫자는 존재하지 않습니다. 부품당 용접 길이, 교대 근무 횟수, 부품 다양성, 그리고 교체 시간이 중요한 고려 사항입니다. 유사한 부품군(family)의 경우 중간 규모의 배치라도 지그(jig)와 프로그램을 공유할 수 있어 프로젝트 타당성이 확보되는 경우가 많습니다.

로봇으로 용접하기 위해 부품을 변경해야 하나요?

세부적인 부분에서 변경이 필요한 경우가 많습니다. 로봇은 궤적을 반복 수행하며 위치가 어긋난 이음매를 스스로 보정하지 못합니다. 절단 및 벤딩 공정에서는 공차 내의 부품을 공급해야 하며, 토치 접근성을 위해 설계 조정이 필요할 수 있습니다.

BR Robotics 상담 문의

BR Robotics는 브라질에서 QJAR 용접 로봇과 동일 제조사의 용접 전원 장치, 포지셔너 및 레일을 통합하여 제공합니다. 부품 사양과 생산량을 보내주시면 적합한 모델과 셀 레이아웃을 포함한 답변을 드립니다. BR Robotics에 문의하기 또는 로봇 및 주변 장비 라인 보기.