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O que é um Sistema de Robôs de Soldagem? Definição, Função Principal e Importância na Indústria
Um sistema de robô de soldagem é composto por um braço robótico, uma fonte de energia para soldagem, uma pistola de soldagem e um controlador/software de operação, todos os quais permitem que um soldador realize soldagens automatizadas. Diferentemente das máquinas industriais de soldagem, que ainda exigem a presença de um operador para monitorar o processo de soldagem, um sistema de robô de soldagem pode executar operações de soldagem sem supervisão do operador. O principal benefício de um sistema de robô de soldagem é realizar operações de soldagem programadas, alcançando um nível de repetibilidade que a soldagem manual não consegue atingir. Um sistema de robô de soldagem é capaz de produzir até milhares de tarefas repetitivas de soldagem, mantendo uma variação mínima entre as tarefas concluídas. Um sistema de robô de soldagem pode executar tarefas de soldagem com penetração consistente e com junta soldada uniforme e resistente.
A indústria moderna obtém um benefício mensurável de um sistema de robô de soldagem com base nestas quatro exigências fundamentais da manufatura:
Produtividade: Um sistema de robô de soldagem pode concluir tarefas de soldagem 30 a 50 por cento mais rapidamente do que um soldador humano. Além disso, o tempo de ciclo de um sistema de robô de soldagem é consistente, pois o sistema não se cansa.
Qualidade: É alcançada a consistência dos resultados, e a taxa de defeitos é reduzida em até 90 por cento para soldas que exigem alto volume.
Segurança: Um sistema de robô de soldagem remove os operadores da exposição à fumaça de soldagem, à radiação UV e às lesões por esforço repetitivo.
Retorno sobre o investimento (ROI): Um robô de soldagem reduz refugos e horas extras e paga-se sozinho em 12 a 24 meses, pois já não é necessário mão de obra especializada anteriormente exigida.
A combinação desses fatores explica por que a automação da soldagem tornou-se uma parte integrante da infraestrutura para construir vantagem competitiva no mercado global, abrangendo setores desde o automotivo e aeroespacial até equipamentos pesados.
Principais Componentes de um Sistema de Robô de Soldagem: Hardware, Software e Requisitos de Integração
Um sistema de robô de soldagem aplica uma combinação de hardware e software especializados para a automação dos processos de união. Esses componentes devem ser harmonizados para garantir segurança, consistência e repetibilidade ideais durante a operação de soldagem.
Componentes essenciais de hardware: braço robótico, fonte de energia para soldagem, maçarico, posicionador e sistema de segurança
Braços robóticos, geralmente modelos de seis eixos que vemos com tanta frequência, proporcionam o tipo de movimento necessário para posicionar as tochas de soldagem exatamente onde precisam estar. Esses sistemas conectam-se a unidades de potência especializadas para soldagem, que controlam parâmetros como níveis de tensão, intensidade de corrente e formas de onda, garantindo a estabilidade do arco de soldagem ao longo de todo o processo. No que diz respeito aos materiais de soldagem propriamente ditos, o sistema de tocha manipula tanto o arame de alimentação para soldagem MIG quanto os eletrodos não consumíveis especiais utilizados na soldagem TIG, além de gerenciar o fluxo do gás de proteção. Os posicionadores de peças também desempenham um papel importante aqui, pois inclinam ou rotacionam as peças para permitir melhor acesso às juntas e para aproveitar a força da gravidade ao manter a poça de solda. A segurança está integrada ao sistema por meio de cortinas de luz que impedem o acesso à área, botões de parada de emergência estrategicamente posicionados e cercas instaladas ao redor das zonas perigosas. Todas essas medidas de segurança estão em conformidade com normas industriais, como a ISO 10218-1 e a ANSI/RIA R15.06, assegurando a proteção dos usuários que operam o sistema.
Sistemas de controle de movimento são acoplados a painéis de ensino, simulação de programação offline e protocolos de feedback em tempo real.
Os painéis de ensino permitem a programação do percurso de soldagem, permitindo que os operadores desenhem diretamente no sistema, na estação de trabalho. A programação offline pode ser realizada com softwares de simulação, como o FANUC ROBOGUIDE e o ABB RobotStudio. Esses softwares permitem que engenheiros programem e testem planos de percurso robustos sem interromper a produção operacional para o fluxo de trabalho. Os sistemas de controle de movimento incorporam recursos de correção adaptativa de percurso, que fazem com que o sistema se ajuste automaticamente a peças inconsistentes. Eles realizam correções minúsculas ao longo de um ou mais eixos. EtherNet/IP e PROFINET são sistemas de retroalimentação e controle em tempo real. Monitoram e controlam, em tempo real, as tensões e correntes de soldagem por arco e de costura. Permitem a correção dos processos de soldagem para atender à qualidade especificada com uma precisão de ±0,1 milímetro. As soluções modernas de software integram máquinas fixas e equipamentos inteligentes que respondem, em tempo real, às necessidades do chão de fábrica.
Processos automatizados de soldagem: Seleção de processos de soldagem — jato de metal, laser, resistência por soldagem por fusão; o processo de soldagem é uma etapa essencial dentro do processo de soldagem
O processo industrial automatizado de soldagem associado a um sistema de robô soldador afeta a qualidade do produto, a velocidade de produção e os custos operacionais. Para produções em grande volume com aço estrutural e alumínio espessos, a soldagem MIG é adequada. A soldagem TIG, com controle preciso do arco e mínima projeção de respingos, tornou-se o método preferido na indústria aeroespacial, médica e em outros setores que exigem alta precisão em materiais de paredes finas. Na soldagem de conectores de baterias em veículos elétricos (EV), onde o controle de calor e a velocidade são críticos, a soldagem a laser é o método preferido, pois pode ser até 10 vezes mais rápida do que a soldagem a arco tradicional. A indústria automotiva continua utilizando a soldagem por resistência por pontos na construção da carroceria dos veículos, já que um único automóvel pode exigir até 3.500 pontos de solda individuais, executados com controle preciso de tempo e pressão dentro de milissegundos. Ao selecionar o processo de soldagem adequado, os fabricantes devem considerar o material a ser soldado e a espessura da junta, o volume de produção, as propriedades do material soldável e os requisitos pós-soldagem.
As opções de arquitetura de robô incluem: braços articulados de 6 eixos, sistemas de pórtico e robôs colaborativos (cobots).
Ao selecionar robôs de soldagem, restrições de espaço, cargas de elevação e o nível exigido de precisão são alguns dos fatores que devem ser levados em consideração. São os robôs articulados de seis eixos que funcionam melhor em trajetórias difíceis. Pense, por exemplo, na soldagem circunferencial de tubos ao longo de trechos de tubulação ou na montagem de estruturas para veículos. Essas máquinas conseguem repetir uma posição com uma precisão de 0,05 milímetro e possuem manipulação total do punho. Por outro lado, os sistemas de pórticos oferecem uma solução distinta. Embora sejam altamente rígidos, podem estender-se por até 15 metros de comprimento. Podem ser utilizados em grandes projetos que abrangem várias áreas de construção, como a fabricação de uma grande torre eólica ou de um navio. Robôs colaborativos (cobots) são úteis em projetos menores, nos quais uma pessoa deve permanecer ao alcance dos braços do local de trabalho. Os cobots empregam forças limitadas nas juntas e são fáceis de programar. Muitos workshops não exigem qualquer treinamento especial para operá-los. Em muitas instalações, combinam-se braços robóticos tradicionais com posicionadores motorizados que giram componentes pesados ou de formato irregular. Isso proporciona boa flexibilidade, embora ainda seja necessário um planejamento cuidadoso, pois as capacidades de carga variam de 3 kg a 500 kg e os alcances ficam entre 1 metro e 4 metros, dependendo da configuração.
Fatores Críticos de Sucesso para a Implementação de um Sistema de Robô de Soldagem
Integração de Sistema de Robô de Soldagem: Fechando a Lacuna entre Implantação de Hardware e Software
O sucesso da implantação de um sistema depende de quão perfeitamente hardware e software se alinham. A cada ano, a revista Automation World destaca que um terço dos atrasos nas instalações de robôs pode ser atribuído a problemas decorrentes de incompatibilidade de hardware. As empresas precisam executar simulações de gêmeos digitais para determinar como seus controladores se comunicam com sensores e equipamentos de soldagem antes do processo de instalação. Cortinas de luz, por exemplo, exigem testes em campo para verificar as medidas de segurança, em vez de testes em laboratório. Adotar uma abordagem modular para protocolos-padrão é vantajoso. O uso do OPC UA juntamente com a lógica padrão IEC 61131-3 permite uma comunicação flexível entre os componentes do sistema, possibilitando que os fabricantes mantenham sua infraestrutura modular e escalável durante grandes atualizações de sua automação fabril. Contudo, o planejamento insuficiente de integração acarreta altos custos, especialmente na indústria de soldagem, gerando uma infinidade de problemas.
Considerações sobre a força de trabalho: treinamento de operadores, capacitação em manutenção e gestão da mudança
Novos sistemas são bem-sucedidos apenas se as pessoas que interagem com eles estiverem preparadas. Os funcionários devem reconhecer a finalidade de um sistema e adaptar-se aos seus requisitos técnicos. Os operadores devem sentir-se confortáveis ao utilizar um painel de ensino (teach pendant) e softwares de programação. A equipe de manutenção deve compreender o novo conjunto de competências necessário para avaliar a vida útil de controladores em rede. Os trabalhadores reagem positivamente à reestruturação organizacional. Algumas empresas observaram até mesmo uma melhoria de 40% na velocidade de implementação, alcançada por meio de métodos de treinamento interdisciplinar. Atualizações frequentes e agendadas das configurações do sistema mantêm os funcionários e o sistema sincronizados, melhorando a operação em toda a organização. Os funcionários tornam-se defensores das melhorias operacionais em todo o sistema.
Perguntas Frequentes
O que é um sistema de robô de soldagem?
Um sistema de robô de soldagem é uma solução automatizada de soldagem que integra software, braços robóticos, conjuntos de maçaricos e unidades de potência para soldagem.
Por que os sistemas de robôs de soldagem são utilizados nas indústrias?
Os sistemas de robôs de soldagem são utilizados nas indústrias para melhorar a qualidade, a produtividade, a segurança e o retorno sobre o investimento (ROI), incluindo eficiência de tempo e precisão, além da redução de erros humanos em aplicações com grande volume de soldas.
Quais são os elementos de um sistema de soldagem automatizado?
Um sistema de soldagem automatizado é composto por braços robóticos, fontes de energia para soldagem, maçaricos de soldagem, posicionadores de soldagem e elementos de segurança, além de software.
Quais métodos de soldagem são automatizados com esses sistemas?
Dependendo da qualidade, velocidade e custo exigidos pela aplicação, esses sistemas podem ser utilizados com automação de soldagem MIG, TIG, a laser e por resistência por pontos.
Quais problemas devem ser abordados com a automação dos sistemas de soldagem?
Ao implementar a automação de sistemas de soldagem, a integração, o treinamento, a interoperabilidade do sistema e a gestão das mudanças no local de trabalho são de extrema importância.