THÔNG TIN CHI TIẾT VỀ ROBOT HÀN CÔNG NGHIỆP

Trong ngành sản xuất, các công ty không ngừng nỗ lực để nâng cao chất lượng và năng suất mà vẫn giữ được mức chi phí thấp. Để làm được điều này, các công ty sản xuất thường nâng cao công nghệ trong nhiều quy trình và khâu hàn vật liệu cũng không ngoại lệ.

Hàn, ở dạng cơ bản nhất, là quá trình nối hai vật liệu thông qua tác dụng của nhiệt và áp suất. Khi mọi người nghĩ đến hàn, từ này thường gợi đến hình ảnh của một chiếc mặt nạ bảo hộ và một đôi găng tay dày cầm mỏ hàn. Hàn thủ công đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt thợ hàn chuyên nghiệp. Hiệp hội hàn Hoa Kỳ ước tính rằng đến năm 2020 sẽ thiếu 290.000 chuyên gia hàn. Do đó, ngày càng nhiều công ty đầu tư vào robot hàn.

Việc lắp đặt một robot hàn cần rất nhiều sự cân nhắc, lập kế hoạch và đầu tư đáng kể về thời gian, tiền bạc. Tuy nhiên, các công ty đã sử dụng robot hàn trong quy trình đã phát hiện ra vô số lợi ích lâu dài.

Nếu công ty của bạn đang xem xét khả năng sử dụng robot hàn như một phần của quy trình sản xuất, đây là hướng dẫn đầy đủ về những điều bạn cần biết về quy trình, lịch sử và lợi ích của nó.

ROBOT HÀN LÀ GÌ?

Robot hàn, hay còn gọi là hàn tự động, là quá trình tự động sử dụng các công cụ được lập trình cơ khí hóa để hàn và xử lý một bộ phận. Robot hàn đã lấp đầy khoảng trống của sự thiếu hụt ngày càng tăng của các chuyên gia hàn, đảm nhận một cách hiệu quả phần lớn công việc hàn trong ngành công nghiệp Bắc Mỹ.

ROBOT HÀN ĐÃ XUẤT HIỆN TỪ KHI NÀO?

Robot có thể lập trình đầu tiên được phát minh vào năm 1954 bởi George Devol. Devol ngay sau đó đã tiếp nối phát minh này với việc thành lập công ty robot đầu tiên trên thế giới mang tên Unimation. Sau đó, Devol và các cộng sự của mình đã tạo ra robot công nghiệp đầu tiên. Robot này có tên là Unimate, được sử dụng trong một nhà máy sản xuất ô tô của General Motors ở New Jersey, thực hiện hàn điểm và chiết các khuôn đúc. Kể từ đó khái niệm về robot công nghiệp đã lan rộng đến mọi nơi trên thế giới trong vòng một thập kỷ.

Năm 1978, Unimation, được tài trợ bởi General Motors, đã tạo ra máy vạn năng có thể lập trình để lắp ráp, gọi tắt là PUMA. Nhiều phòng thí nghiệm vẫn sử dụng phiên bản này cho tới ngày nay.

Ngành công nghiệp robot tiếp tục phát triển và bùng nổ vào đầu những năm 80. Trong thời gian đó, cứ mỗi tháng là lại có một công ty hoặc robot mới gia nhập thị trường, kéo theo tính cạnh tranh ngày càng lớn. Cũng nhờ vậy, các cánh tay robot đã được cải tiến để có khả năng di chuyển và kiểm soát tốt hơn.

Các quy trình tiếp tục được cải thiện trong suốt những năm 90 với các bộ điều khiển điện tử được cải thiện đến mức có thể điều khiển và phối hợp nhiều robot cùng một lúc. Giao diện người vận hành cũng được cải thiện và các thiết kế robot được đơn giản hóa, sắp xếp hợp lý để dễ dàng bảo trì, sửa chữa.

Các tiến bộ công nghệ tiếp tục cải thiện chức năng của robot công nghiệp cho đến ngày nay, chỉ bị giới hạn bởi chi phí thiết bị và nghiên cứu.

ROBOT HÀN HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Robot hàn được cấu tạo bởi những thành phần tích cực tham gia vào quá trình hàn, cũng như các phụ kiện và các tính năng an toàn để đảm bảo hoạt động trơn tru của thiết bị.

Dưới đây là các thành phần cơ bản nhất của robot hàn, tất cả đều đóng vai trò quan trọng đối với quá trình hàn:

• Bộ nạp dây: Thao tác này di chuyển dây nạp vào robot theo tốc độ đã lập trình. Dây phụ thường được sử dụng để thêm vật liệu vào mối hàn để hỗ trợ mối nối.
• Robot hàn: Điều này bao gồm robot và công cụ ở cuối cánh tay, thường là một mỏ hàn hoặc một bộ phận thao tác khác. Các robot này có hai loại: robot khớp và robot chỉnh hướng. Robot Rectilinear có thể di chuyển cánh tay chính của chúng theo ba hướng và xoay cổ tay ở cuối cánh tay. Robot khớp có các khớp xoay – những khớp này cho phép chuyển động tự do hơn và phạm vi chuyển động ngoài không gian ba chiều.
• Máy làm sạch dây điện: máy làm sạch được sử dụng để loại bỏ mảnh văng khỏi mỏ hàn giữa các chu kỳ làm việc, kéo dài tuổi thọ thiết bị.
• Mỏ hàn: mỏ hàn sử dụng sức mạnh của một điện cực để đốt nóng và nối các kim loại lại với nhau. Các thiết bị hàn hồ quang cũng có một thiết bị che chắn hồ quang đi kèm trong mỏ hàn. Ngoài ra, mỏ hàn thường bao gồm một bộ làm mát không khí hoặc nước.
• Khu vực làm việc: Đây là nơi các bộ phận được đặt và giữ robot hàn. Thiết bị cố định giữ các bộ phận ở đúng vị trí khi robot hoàn thành các mối hàn.
• Bộ điều khiển: Thành phần này là “bộ não” của robot hàn, cung cấp năng lượng và hướng dẫn cho robot bằng các chương trình được lưu trữ.
• Bộ điều khiển bằng tay: Hệ thống giao diện cầm tay này cho phép người vận hành thiết lập các thông số hàn, di chuyển robot bằng tay và nhập các chương trình mới.
• Nguồn điện hàn: Cung cấp điện cho mỏ hàn. Việc này có thể sẽ khác nhau về kích thước và hiệu suất tùy thuộc vào yêu cầu của các bộ phận được hàn. Nguồn cung cấp khác nhau một chút tùy thuộc vào robot là bộ phận hàn hồ quang hay bộ phận hàn điểm.
• Stack Light: Đèn này cho biết robot đang làm gì tại bất kỳ thời điểm nào. Đèn màu đỏ cho biết dừng khẩn cấp, đèn màu cam có nghĩa là robot đang được lập trình và màu xanh lá cây có nghĩa là robot đang chạy tự động.
• Hộp thuật toán: Hộp này chứa các điều khiển để bắt đầu và dừng robot. Nó chứa các nút cho từng chức năng, bao gồm cả nút khởi động lại để đặt lại robot sau khi sự cố đã được giải quyết.
• Tính năng an toàn: Hầu hết các robot hàn sẽ bao gồm các tính năng an toàn để tránh gây hại cho người lao động và người vận hành. Chúng bao gồm hàng rào, tấm chắn hồ quang, cửa ra vào và các tính năng khác để giảm sự tiếp xúc của công nhân với ánh sáng nguy hiểm, khói và chuyển động.

Các chương trình được đưa vào thông qua bộ điều khiển bằng tay và được lưu vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ cho robot biết phải làm gì. Các chương trình này di chuyển robot hàn và thao tác với mỏ hàn trên cuối cánh tay của nó, đặt nó chính xác vào vị trí cần thiết tại bất kỳ điểm nào. Mỏ hàn nóng lên, sử dụng nguồn điện để tạo ra đủ nhiệt trong kim loại để nung chảy các bộ phận với nhau vĩnh viễn. Bộ nạp dây cung cấp thêm vật liệu cho cánh tay robot để thực hiện việc này. Giữa các bộ phận, cánh tay di chuyển mỏ hàn đến bộ phận làm sạch dây để loại bỏ bất kỳ mảnh vụn nào.

QUY TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ROBOT HÀN

Quy trình làm việc của một robot hàn bao gồm một loạt các bước được giám sát chặt chẽ.

1. Đặt bộ phận vào bộ cố định và kẹp chặt nó vào vị trí.
2. Chọn chương trình thích hợp từ bộ điều khiển. Ngoài ra, nếu chương trình thích hợp không có sẵn, hãy lập trình bộ điều khiển bằng cách sử dụng bộ điều khiển bằng tay.
3. Nhấn nút khởi động trên bộ điều khiển để bắt đầu công việc.
4. Khi phần đầu tiên được hoàn thiện, hãy chuyển phần thứ hai vào vị trí chờ thích hợp.
5. Khi bắt đầu hàn ở vị trí làm việc đầu tiên, hãy bắt đầu thiết lập vị trí làm việc thứ hai.
6. Khi quá trình hàn kết thúc, công việc sẽ bắt đầu ở vị trí thứ hai.
7. Thu thập phần đã hoàn thành từ vị trí 1 và tải lại vị trí làm việc cho chu kỳ tiếp theo.

Các chức năng và mức độ phức tạp cụ thể khác nhau tùy thuộc vào loại robot hàn cụ thể được sử dụng, nhưng hầu hết sẽ tuân theo quy trình chung này.

ỨNG DỤNG CỦA ROBOT HÀN

Robot hàn chiếm 29% tất cả các ứng dụng robot trong ngành công nghiệp, đứng đầu là xử lý vật liệu bằng robot. Hàn tự động được sử dụng phổ biến nhất trong các ngành công nghiệp sản xuất và kỹ thuật để tăng hiệu quả của các công ty và phòng thí nghiệm.

Thông thường, chúng được sử dụng để hàn điểm điện trở và hàn hồ quang cho số lượng sản phẩm cao. Hai quy trình này được mô tả chi tiết dưới đây:

Hàn điểm điện trở

Hàn điện trở bằng robot là một cách kinh tế để hàn hai tấm kim loại với nhau tại một điểm hoặc một vị trí. Đây là kiểu hàn thường thấy trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô, nơi nó được sử dụng để hàn các tấm kim loại thành dạng ô tô. Nhiều thợ hàn tại chỗ trong ngành công nghiệp ô tô là robot và có thể được nhìn thấy đang làm việc trên dây chuyền lắp ráp ô tô.

Quá trình hàn điểm hoạt động bằng cách áp dụng hai điện cực hợp kim đồng vào các bộ phận được nung chảy và cho dòng điện chạy qua vật liệu. Dòng điện làm nóng kim loại và làm cho nó chảy ra, tạo thành một vùng chất lỏng giữa các mảnh tại chỗ hàn. Sau khi nguội, các mảnh hợp nhất với nhau.

Robot hàn rất lý tưởng cho việc này vì họ có thể hàn nhiều điểm với độ chính xác và hiệu quả cao.

Hàn hồ quang

Hàn hồ quang bằng robot mới phát triển như một ngành công nghiệp gần đây, nhưng đang nhanh chóng bắt kịp phương pháp hàn điểm như một phương pháp hàn phổ biến nhất. Quy trình sử dụng nguồn điện để tạo ra hồ quang điện giữa điện cực gắn trên mỏ hàn và kim loại. Hồ quang này tạo ra nhiệt độ khoảng 6.500 độ F ở đầu mỏ hàn. Điều này làm nóng kim loại, tạo ra một vùng kim loại nóng chảy bên dưới mỏ hàn và đông đặc lại khi nguội. Khi nguội, các bộ phận sẽ kết hợp vĩnh viễn với nhau.

Do nhiệt độ cực cao, các kim loại tham gia vào quá trình này thường sẽ phản ứng hóa học với oxy và nitơ trong không khí. Điều này có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mối hàn. Vì lý do này, nhiều quá trình hàn hồ quang liên quan đến quá trình được gọi là che chắn hồ quang. Quá trình này bao phủ hồ quang và kim loại nóng chảy bằng một lá chắn khí hoặc hơi nước bảo vệ, giảm thiểu sự tiếp xúc giữa kim loại nóng chảy và không khí xung quanh.

Nhiệt độ cực cao và các phản ứng hóa học liên quan đến hàn hồ quang làm cho nó trở thành một việc làm thích hợp với robot, vì điều này làm giảm sự tiếp xúc của công nhân và người vận hành từ đó tránh được nhiều rủi ro.

ƯU ĐIỂM CỦA ROBOT HÀN

Thực hiện lắp đặt robot hàn đòi hỏi đầu tư đáng kể về thời gian và kinh phí. Tuy nhiên, lợi ích của hệ thống vượt xa lợi ích của hàn truyền thống và chi phí của hệ thống nhanh chóng được thu lại nhờ năng suất tăng, chất lượng được cải thiện, giảm lãng phí.

Các nhóm hàn trên khắp Hoa Kỳ được hưởng lợi từ robot hàn vì những lợi ích sau:

Gia tăng năng suất

Các hệ thống robot hàn hoàn thành công việc một cách nhanh chóng và hiệu quả, ít mắc lỗi hơn so với con người trong khi tăng tốc độ sản xuất cao hơn rất nhiều. Ngoài ra, robot có thể làm việc 24/7. Nhân viên vận hành thường có ít hơn 50% thời gian làm việc trên hồ quang. Mặt khác, robot có 75 – 80% thời gian hàn hồ quang. Con số này tăng lên 95% đối với các bộ phận có đường nối dài hơn.

Cải thiện chất lượng và tính nhất quán

Hệ thống tự động tạo ra các mối hàn đồng nhất với độ chính xác cực cao, đặt các mối hàn có chất lượng giống nhau vào cùng một vị trí lặp đi lặp lại mà không gây mệt mỏi. Độ chính xác của các hệ thống này cũng làm giảm sự phân tán, giúp cho các đường nối gọn gàng hơn. Tuy nhiên, điều này không loại bỏ được sai sót và chỗ bị hỏng – thiết bị trục trặc, hư hỏng hoặc lập trình không chính xác đều có thể dẫn đến lỗi sản phẩm. May mắn thay, cả hai vấn đề đều có thể được ngăn chặn bởi các kỹ thuật viên robot hàn.

Tiết kiệm năng lượng

Hệ thống hàn tự động tiết kiệm năng lượng bằng cách chạy ổn định, cắt giảm các công việc khởi động. Ngoài ra, robot không làm quá tải và giảm nhu cầu hàn sửa, cắt giảm tiêu thụ năng lượng.

Giảm phế phẩm

Lỗi do con người luôn có thể xảy ra, ngay cả với những thợ hàn lành nghề nhất. Tuy nhiên, mọi chuyển động mà robot hàn thực hiện đều được lên kế hoạch và tự động hóa, giảm sai sót nhờ đó giảm số lượng các bộ phận bị loại bỏ. Đối với những công việc có giá trị cao, đây có thể là một yếu tố quan trọng để duy trì ngân sách.

Giảm chất thải

Que hàn cũng là một nguồn chất thải. Vật tư tiêu hao bao gồm đầu phun và các thành phần khác có tuổi thọ tương đối ngắn được thay thế sau một số lần sử dụng nhất định. Các bộ phận robot hàn giúp tăng tốc độ hàn và giảm thiểu việc sử dụng năng lượng dư thừa, tăng tuổi thọ của từng bộ phận tiêu hao. Điều này có nghĩa là que hàn mới được mua ít hơn, tiết kiệm chi phí.

Hoàn vốn đầu tư

Hầu hết các công ty sẽ thấy rằng đối với các dự án lớn, tính hiệu quả, độ chính xác và tiết kiệm chi phí của robot hàn nhiều hơn so với chi phí lắp đặt ban đầu khi làm việc với một công ty chế tạo kim loại.

Sự phối hợp tốc độ, mối hàn chất lượng cao và lượng phế liệu giảm đều góp phần vào việc thu hồi vốn đầu tư nhanh chóng. Lợi tức này tăng hơn nữa khi bạn xem xét chi phí năng lượng giảm và việc bị hàn lố được giảm thiểu. Quy trình hàn bằng robot có thể giúp công ty tiết kiệm đáng kể chi phí tổng thể.

Để tính toán lợi tức đầu tư, một công ty có thể đánh giá thời gian chu kỳ sản phẩm hiện tại và so sánh chúng với thời gian chu kỳ tiềm năng lắp đặt robot hàn. Các khoản tiết kiệm khác về lãng phí, lao động và năng lượng cũng có thể được đưa vào ước tính để có con số chính xác hơn.

LÀM THẾ NÀO ĐỂ CÓ MỘT HỢP ĐỒNG SẢN XUẤT VỚI ROBOT HÀN CHẤT LƯỢNG CAO?

Một hợp đồng sản xuất tốt không chỉ đầu tư vào các chuyên gia được đào tạo chuyên sâu mà còn đầu tư vào việc lắp đặt robot hàn mang lại chất lượng và giá trị tốt nhất bằng cách giám sát súng MIG, vật tư tiêu hao và tìm kiếm các thiết bị ngoại vi thích hợp cho máy:

Súng MIG

Súng MIG phải được lựa chọn cẩn thận để phù hợp với nhu cầu của kiểu máy cụ thể đang được sử dụng trong việc lắp đặt robot hàn. Các công ty nên chọn súng MIG có cường độ dòng điện và công suất làm mát phù hợp cho ứng dụng. Cường độ dòng điện hoặc làm mát không đủ có thể khiến máy bị hỏng, trong khi việc mua súng có công suất cường độ dòng điện lớn hơn mức cần thiết là một sự lãng phí tiền bạc, vì giá của súng MIG robot tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện mà nó cung cấp.

Vật tư tiêu hao

Các vật tư tiêu hao, chẳng hạn như đầu tiếp xúc, đầu phun, đầu giữ, ống lót, cũng cần được lựa chọn và quản lý cẩn thận. Nên chọn các đầu phun và đầu tiếp xúc khác nhau cho các ứng dụng khác nhau – vật tư tiêu chuẩn nên được sử dụng cho các ứng dụng cường độ dòng điện thấp hoặc các ứng dụng có thời gian hồ quang ngắn hơn. Trong khi đó, vật tư tiêu thụ hạng nặng, đắt hơn phiên bản tiêu chuẩn, nên được sử dụng cho các ứng dụng cường độ dòng điện hoặc hồ quang cao để giảm lượng thời gian ngừng hoạt động cần thiết để thay đổi chúng.

Thiết bị ngoại vi

Thiết bị ngoại vi là thiết bị bổ sung có thể được tích hợp vào hệ thống robot hàn. Sử dụng đúng loại thiết bị ngoại vi có thể tối đa hóa hiệu suất lắp đặt. Mặc dù thiết bị ngoại vi có chi phí trả trước, nhưng chúng có thể tăng lợi tức đầu tư robot hàn bằng cách cải thiện hiệu suất lắp đặt, tăng tuổi thọ của vật tư tiêu hao và giảm khả năng xảy ra lỗi khi hàn.

Một số thiết bị ngoại vi bao gồm:

Bộ phận làm sạch vòi phun: Còn được gọi là bộ phận làm sạch doa hoặc vòi phun. Thiết bị ngoại vi này làm sạch vòi phun bụi bẩn, mảnh vụn bị bắn tung tóe trong quá trình hàn. Điều này giúp ngăn ngừa việc mất lớp phủ có thể dẫn đến sai sót và làm lại mối hàn. Điều này cũng làm tăng tuổi thọ của vật tư tiêu hao, giảm tần suất thay đổi.

Máy phun chống bắn tung tóe: Thiết bị ngoại vi này giúp tăng tuổi thọ của vật tư tiêu hao bằng cách thêm hợp chất chống bắn tung tóe lên vật tư tiêu hao hoạt động như một hàng rào bảo vệ. Giống như bộ phận làm sạch vòi phun, điều này ngăn ngừa mất lớp phủ và giảm tần suất thay đổi vật tư tiêu hao.

Máy cắt dây: Đối với robot hàn hồ quang, các thiết bị này yêu cầu phải có dây ra ngoài khi bắt đầu có hồ quang. Máy cắt dây cắt dây hàn khi đến một chiều dài xác định, loại bỏ bất kỳ sự không nhất quán nào về chiều dài và chất lượng của dây. Điều này dẫn đến việc bắt đầu hồ quang đáng tin cậy hơn và mối hàn ổn định hơn.

Giá treo cánh tay: Đối với một số lắp đặt nhất định, va chạm là một rủi ro phải được xem xét. Đối với robot có phần mềm phát hiện va chạm, cần có giá đỡ cánh tay vững chắc để bảo vệ thiết bị bằng cách giữ thiết bị tại chỗ khi robot phát hiện va chạm và tắt.

Ly hợp: Đối với robot không phát hiện va chạm, ly hợp là cần thiết để bảo vệ thiết bị khỏi va chạm. Bộ ly hợp nhận biết tác động vật lý của va chạm và gửi tín hiệu điện đến bộ điều khiển robot khiến hệ thống dừng lại, ngăn chặn bất kỳ thiệt hại nào tiếp theo.

Tất cả các thiết bị ngoại vi này có thể hỗ trợ trong việc bảo vệ và tăng năng suất của thiết bị hàn robot.

AI NÊN VẬN HÀNH ROBOT HÀN?

Robot hàn đòi hỏi sự giám sát và bảo trì liên tục bởi người vận hành đã được đào tạo. Nếu không có ai trong nhóm hiện tại của công ty có kinh nghiệm robot hàn trước đó thì giải pháp tốt nhất là thuê một công ty chế tạo kim loại với đội ngũ nhân viên vận hành đơn vị robot hàn đã được chứng nhận.

Một kỹ thuật viên được đào tạo sẽ có thể tối đa hóa thời gian hoạt động của dự án, bằng cách lên lịch và thực hiện bảo trì phòng ngừa thường xuyên trên hệ thống. Điều này giúp giảm thiểu thời gian chết không cần thiết và đảm bảo hệ thống chạy trơn tru – tất cả các lợi ích đều được chuyển cho dự án của bạn.