Soudage robotisé pour grandes structures en acier : défis et solutions

Le soudage robotisé est largement utilisé dans les applications de fabrication où la qualité de soudure répétable et la production constante sont importantes. Pour les grandes structures en acier, cependant, l'automatisation présente des défis supplémentaires. Les sections de navires, les châssis d'équipements lourds, les assemblages d'acier de construction et les composants surdimensionnés ont souvent des géométries complexes et de longs cordons de soudure.

Les rapports récents sur la construction navale au Japon et en Corée du Sud ont mis en évidence un intérêt croissant pour le soudage et la peinture robotisés, les fabricants répondant aux pénuries de main-d'œuvre et aux pressions de production. Ces développements illustrent également un défi clé : les environnements de soudage à grande échelle sont beaucoup plus difficiles à automatiser que les lignes d'assemblage standardisées.

Les grandes pièces introduisent plusieurs problèmes pratiques.

Géométrie variable : Les composants en acier peuvent différer en dimensions, courbure et emplacement des joints. Même de petits écarts peuvent affecter le chemin de soudage.

Longs cordons de soudure : Le robot peut avoir besoin de couvrir une grande zone de travail, nécessitant une portée appropriée, un repositionnement ou un axe externe.

Distorsion de la pièce : L'apport de chaleur peut provoquer une déformation, modifiant la position du joint pendant la production.

Accès difficile : Certains cordons de soudure sont situés à l'intérieur des structures, près des coins ou dans des zones où le bras du robot et la torche de soudage ont un dégagement limité.

Ajustement incohérent : Les jeux et les différences d'alignement entre les composants peuvent affecter la qualité de la soudure et la stabilité du processus.

Ces conditions signifient que la sélection du robot doit être combinée avec des fixations appropriées, un positionnement de la pièce et une planification du processus.

La configuration de robot requise dépend de la taille de la pièce, de l'emplacement de la soudure et du processus de production.

Un robot industriel à six axes offre une flexibilité pour souder autour de différents angles et le long de chemins complexes. Il peut convenir aux assemblages d'acier fabriqués, aux composants d'équipements lourds et aux applications nécessitant des orientations de torche variées.

Pour les très grandes structures, un robot installé sur un rail linéaire peut étendre la zone de travail. Un positionneur peut faire pivoter ou incliner une pièce pour améliorer l'accès et maintenir une position de soudage appropriée.

Les fabricants évaluant les robots de soudage auprès de fournisseurs tels que FANUC ou KUKA devraient tenir compte de la charge utile, de la portée, du groupe torche et câble, de la répétabilité du chemin, de la configuration de montage et de la compatibilité avec l'équipement de soudage.

La portée nominale du robot seule ne suffit pas. Le chemin complet de la torche doit être vérifié pour l'accessibilité et les risques de collision.

Une cellule de soudage robotisée fiable commence par un positionnement cohérent de la pièce.

Les fixations aident à maintenir les composants dans la position prévue et à réduire la variation entre les cycles de production. Pour les grandes structures, la conception des fixations doit également tenir compte de l'accès au chargement, de la rigidité structurelle et de l'effet de la chaleur pendant le soudage.

Les positionneurs rotatifs et autres axes externes peuvent amener les joints dans des orientations plus accessibles. Cela peut réduire les angles de torche difficiles et simplifier la programmation.

Lorsque les pièces sont trop grandes ou irrégulières pour les fixations conventionnelles, les fabricants peuvent avoir besoin d'une combinaison de supports modulaires, de mouvements de robot soigneusement planifiés et de plusieurs postes de soudage.

Lorsqu'un cordon de soudure dépasse l'enveloppe de travail pratique du robot, un rail linéaire ou un axe externe coordonné peut être nécessaire.

Cette configuration peut permettre au robot de se déplacer le long d'une longue pièce tout en maintenant l'accès à différents emplacements de soudage. Cependant, le concepteur du système doit tenir compte de l'installation du rail, du routage des câbles, de la synchronisation et de la portée du robot à chaque position.

Pour la construction navale et d'autres fabrications à grande échelle, l'environnement lui-même peut également limiter l'automatisation. Les conditions extérieures, les zones confinées, les surfaces irrégulières et les configurations de pièces changeantes peuvent rendre une cellule de soudage fixe peu pratique. Dans de tels cas, le concept d'automatisation doit être soigneusement adapté aux conditions réelles du site.

Le processus de soudage doit être sélectionné en fonction de l'épaisseur du matériau, de la conception du joint, des exigences de production et des normes de qualité.

Pour de nombreuses applications de fabrication d'acier, le soudage robotisé à l'arc sous gaz (GMAW/MIG/MAG) mérite d'être évalué. Le choix final dépend du matériau, de la pénétration requise, de la position de soudage et des spécifications du processus.

D'autres considérations essentielles comprennent :

• Accessibilité de la torche et remplacement des consommables.

• Compatibilité de la source d'alimentation de soudage et du contrôleur du robot.

• Extraction des fumées et protection contre les étincelles.

• Séparation sûre entre les opérateurs et le mouvement du robot.

• Procédures d'inspection et vérification de la qualité de la soudure.

• Accès à la maintenance pour le robot, la torche et les fixations.

L'automatisation ne supprime pas le besoin d'une procédure de soudage qualifiée ou d'un contrôle qualité approprié.

Avant de demander un devis, les fabricants doivent préparer des dessins ou des modèles 3D, des spécifications de matériaux, des détails de joints, des dimensions de pièces, des longueurs de soudure, le rendement requis et les exigences de qualité.

Il est également utile d'identifier quelles opérations sont répétitives et adaptées à l'automatisation, et lesquelles nécessitent des ajustements manuels fréquents. Une application pilote peut aider à valider l'accès de la torche, la conception des fixations, le temps de cycle et la qualité de la soudure avant un déploiement plus important.

Pour les grandes structures, une solution intégrée peut comprendre un robot de soudage industriel, une source d'alimentation de soudage, un groupe torche, un rail linéaire, un positionneur, des fixations, des équipements de sécurité et un support d'intégration de projet.

Le soudage robotisé peut améliorer la cohérence et l'efficacité de la production dans la fabrication de grandes structures en acier, mais le succès dépend de plus que du robot lui-même. La variation des pièces, l'accès, la conception des fixations, le processus de soudage et la sécurité influencent tous le résultat final.

Une évaluation pratique du projet aide les fabricants à déterminer quelles opérations peuvent être automatisées de manière fiable et quelle configuration de robot convient le mieux à la structure et à l'environnement de production.