Xu hướng và công nghệ hàn robot

Vài tháng sau một thập kỷ mới, công nghệ hàn tiếp tục phát triển và được thực hiện trên các nhà máy trên khắp châu Mỹ. Dưới đây là một số xu hướng có thể hữu ích trong việc phát triển của bạn trong tương lai. 

1. Laser phức tạp: Làm cho việc sản xuất trở nên đơn giản hơn

Giảm tới một phần nhỏ của micrômet để mang lại khả năng lặp lại và phát hiện khuyết tật, việc sử dụng tia laser nhanh và cực kỳ chính xác để kiểm tra trong các ngành nhằm tối ưu hóa chất lượng sản phẩm. Với ô tô, việc sử dụng cảm biến mang lại khả năng truy xuất mẫu cần thiết để kiểm tra đường hàn và nó cũng nhanh hơn việc xác định phôi thông thường. Cảm biến laser cũng có thể được sử dụng để xác minh hoặc đo lường các cụm lắp ráp, cũng như để theo dõi nhiều loại đường hàn hồ quang và laser.

-Thông số kỹ thuật

Ngoài độ chính xác cao và cực kỳ nhanh chóng, có các thông số kỹ thuật khác cần lưu ý:

• Cùng một loại laser được sử dụng để đo lường hoặc kiểm tra có thể là cùng một loại laser được sử dụng để xác định đường hàn.
• Thông thường, các tia laser sẽ có màu đỏ, xanh lam hoặc xanh lục: tia laser xanh lam và xanh lá cây tương đối mới trên thị trường và chúng không bị ảnh hưởng bởi hệ số phản xạ nhiệt vùng mối hàn (đôi khi có thể được kết hợp với tia laser màu đỏ). Trong khi, tia laser đỏ được người dùng cài đặt và sử dụng phô biến hơn.
• Có phạm vi tối đa của trục Z và X (chiều cao Z: 20 đến 1.000 mm, chiều rộng X: 5 đến 500 mm), vì vậy các bộ phận rất nhỏ đến phạm vi phôi lớn hơn có thể dễ dàng điều chỉnh bằng cách định đồ gá.

-Trường hợp sử dụng

Kiểm tra bằng Laser: Ngày nay, các robot đang được thiết kế để hoàn thành một trình tự mối hàn kỹ lưỡng: 1) kiểm tra vị trí bộ phận, 2) thực hiện mối hàn, 3) kiểm tra mối hàn đó và 4) cung cấp phản hồi đạt / không đạt. Ngoài việc kiểm tra chất lượng mối hàn, có thể sử dụng tia laser để kiểm tra phôi, kiểm tra xem các bộ phận có ở đúng vị trí trên một cụm máy hay không. Ví dụ: nếu có các đinh tán khác nhau cần phải hoàn thành hoặc có các vít khác nhau phải có trên một mối hàn cụ thể, mỗi kiểu máy có thể được theo dõi để xác định xem một bộ phận có đúng vị trí hay không và kiểm tra chất lượng của nó là “tốt” hoặc “chưa tốt”.

Hàn thích ứng:  Tia laser cũng có thể được sử dụng để hàn thích ứng. Điều này có thể được thực hiện với cảm biến chạm đơn giản, nhưng laser cung cấp quá trình chạm điểm pin nhanh hơn. Với kiểu hàn này, có thể sử dụng hệ thống camera cũng như hệ thống kiểm tra bằng laser công nghệ cao để xác định vị trí và điểm bắt đầu chính xác của đường hàn. Hơn nữa, với phương pháp này, chức năng công việc tương đối của robot được sử dụng để chuyển toàn bộ điểm công việc sang không gian lý tưởng để hoàn thành công việc hàn.

Hàn thích ứng, bù đắp cho các biến thể trong mối hàn, cũng có thể được kích hoạt bằng cách sử dụng cảm biến. Một tia laser có thể được sử dụng để theo dõi đường nối mối hàn trong quá trình hàn để hoàn tất việc hàn và có thể được nhất quán theo giá trị cảm biến bằng mức tăng hoặc giảm giá trị điện áp và dòng điện thực tế để đảm bảo đường hàn nhất quán.

-Sử dụng dữ liệu: Khai thác thông tin để tối ưu hóa sản xuất

Trong khi rất nhiều dữ liệu (thời gian xử lý, số bộ phận, thông số mối hàn, tỷ lệ tiêu hao, v.v.) có thể được thu thập dựa trên nhiều lựa chọn thiết bị nhà máy, robot công nghiệp, thiết bị cảm biến và hơn thế nữa, học cách hiểu dữ liệu và khai thác nó để tối ưu hóa hoạt động là một vấn đề khác. Một số điều cần xem xét sẽ là:

• Hiệu quả: Từ quá trình sản xuất bộ phận đến thời gian chu kỳ, dữ liệu có thể giúp người vận hành hình dung máy đang hoạt động hiệu quả như thế nào.
• Thời gian hoạt động: Mặc dù máy có thể hoạt động hiệu quả, nhưng những trở ngại như lỗi người vận hành hoặc bảo trì robot có thể gây ra thời gian ngừng hoạt động. Do đó, việc sử dụng dữ liệu để giám sát một cách hiệu quả lỗi của người dùng hoặc để thực hiện việc lập kế hoạch theo hướng dữ liệu hóa để bảo trì phòng ngừa là lý tưởng để đảm bảo thời gian hoạt động và đạt được các mục tiêu ROI (tỷ suất hoàn vốn).
• Chất lượng: Dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến và thiết bị để xác định xem mối hàn là tốt hay chưa tốt giúp xác định chất lượng, mang lại sự đảm bảo cao hơn cho các bộ phận được sản xuất.
• Trực quan hóa: Biểu đồ và đồ thị có thể được tạo từ dữ liệu thu thập được để trực quan hóa hiệu suất. Điều này có thể hữu ích cho việc xem nhanh tình trạng và đạt được các mục tiêu (KPI) khác nhau.

Từ khả năng thu thập dữ liệu được tích hợp sẵn đến nền tảng phần mềm cho các thiết bị của nhà máy , có rất nhiều cách để thu thập, trực quan hóa và sử dụng dữ liệu.

2.Hàn AI: Sử dụng trí thông minh để đơn giản hóa quá trình hàn tùy biến

Một nhánh của khoa học máy tính liên quan đến việc mô phỏng hành vi thông minh trong máy tính, Trí tuệ nhân tạo (AI) là một ví dụ về cách dữ liệu có thể được khai thác. Cụ thể hơn, Machine Learning có thể xây dựng mô hình để phân loại và đưa ra dự đoán từ dữ liệu thu thập được (thay vì tuân theo các quy tắc dựa trên thuật toán).

Ví dụ, một mô hình có thể được train, xác nhận và thử nghiệm thông qua mô phỏng, với quá trình lặp lại khi cần thiết để cải thiện kết quả mô phỏng sau mỗi lần chạy cho đến khi đạt được kết quả lý tưởng. Có thể thấy một ví dụ độc đáo về quy trình này với AI dựa trên đám mây của IBM khi nó được sử dụng để xác định chất lượng của đường hàn bằng sóng âm hồ quang. Trong trường hợp này, âm thanh từ hàng nghìn mối hàn được so sánh với tiêu chuẩn được thiết lập ban đầu, trước khi cho ra kết quả Go/No-Go dựa trên độ lệch.

Mặc dù loại hình học sâu này không phổ biến với hàn, nhưng quá trình có thể “ném một bộ phận ngẫu nhiên vào rô-bốt” đang ngày càng có chỗ đứng. Thông qua phần mềm lập trình ngoại tuyến (tức là phần mềm mô phỏng), một bộ phận có thể được quét, tạo ra một đám mây điểm trong đó phần mềm lập trình AI có thể đặt vị trí đường hàn và các thông số chính xác dựa trên lựa chọn vật liệu và quy trình.

3.Xu hướng hàn: Theo kịp tốc độ

Khi nói đến hàn, có một số xu hướng cần xem xét.

– Nguyên vật liệu

Đối với vật liệu, đặc biệt là trong thị trường ô tô, nơi phần lớn robot được sử dụng, có một số xu hướng cần lưu ý.

• Trọng lượng nhẹ: thay thế các bộ phận dập, quá trình này sử dụng hợp kim nhôm, cũng như thép tiên tiến thế hệ tiếp theo.
• Kim loại khác nhau: Ngày càng có nhiều bộ phận, chẳng hạn như hộp động cơ và khay pin, đang sử dụng các đặc tính nhẹ và độ bền cao khác nhau được cung cấp bởi các vật liệu khác nhau mà trước đây không tương thích với các phương pháp hàn thông thường.
• Xếp hạng an toàn cao hơn: Những thứ như độ cứng xoắn lớn hơn và phân tán năng lượng được cải thiện thông qua HSS và chất kết dính cấu trúc đang được sử dụng và thay đổi cách vật liệu được liên kết.
• Tính thẩm mỹ cao hơn: Mặc dù các tiêu chuẩn an toàn đã tăng lên, khách hàng vẫn muốn một cái gì đó trông đẹp mắt.

-Advance Pulse và Servo GMAW

Khi nói đến hàn nhôm và các kim loại mỏng khác, nguồn điện đơn giản hóa phần lớn quy trình, giảm bớt nhu cầu về nhiều thiết bị bổ sung. Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW) cũng đang sử dụng mỏ hàn servo để  điều khiển bởi người vận hành. Theo truyền thống, đây là điều được coi là hạn chế đối với một số ứng dụng hàn robot.

• Chức năng Sóng xung: Cho phép ít nhiệt đầu vào hơn đối với kim loại mỏng hơn hoặc dẫn nhiệt cao, ngay cả khi robot hàn được trang bị mỏ hàn MIG. Phương pháp này lý tưởng cho nhôm và giảm biến dạng nhiệt trên thép mỏng.
• Sử dụng mỏ hàn servo: Khi bộ nguồn ngày càng thông minh hơn, nhiều mơ hàn servo (hoặc mỏ hàn “kéo”) đang được sử dụng, nhúng và rút dây mềm (tức là nhôm) vào và ra khỏi vũng hàn. Điều này làm thẩm mỹ hơn, cũng như kiểm soát độ sâu và năng lượng tốt hơn.

-Hàn laser

Mặc dù vẫn còn tốn kém để thực hiện (so với các phương pháp hàn khác), hàn laser đang ngày càng phổ biến, đặc biệt là đối với một số ứng dụng hàng không vũ trụ.

• Hàn laser từ xa (RLW): Hình thức hàn laser phổ biến nhất, RLW sử dụng đầu laser “lắc lư” nằm bên trong vỏ bọc kín ánh sáng. Trong khi robot điều khiển một số chuyển động của đường hàn trong quá trình này, hầu hết chuyển động của mối hàn được thực hiện bên trong đầu laser, tạo ra một đường hàn rất chính xác.
• Hàn laser đường: Cũng đang ngày càng phổ biến, phương pháp này sử dụng tia laser bên trong “xe nâng” hoặc súng-C và nó không yêu cầu vỏ bọc kín. Với quy trình này, đầu tia laser đi xuống bộ phận, trước khi súng-C tạo áp lực (tương tự như hàn điện trở). Lưu ý: súng-C chỉ là một bên, vì vậy nó có thể tạo áp lực lên dụng cụ và tạo thành một phần rộng hoặc sâu khi cần thiết. Đây là một quá trình rất nhanh và không có vật tư tiêu hao, vì vậy không cần bộ phận tip dressing.

-Nhiều tùy chọn hàn cho các kim loại khác nhau

Nhờ việc sử dụng chúng ngày càng tăng trong ngành công nghiệp ô tô, hiện nay có một số cách để giải quyết việc hàn các kim loại khác nhau.

• Hàn GMAW / GTAW: Trong khi phương pháp này sử dụng quy trình tương tự như GMAW- / GTAW khá truyền thống, việc sử dụng kim loại độn bằng đồng silicone cho phép hàn các vật liệu, tạo ra liên kết luyện kim giữa hai kim loại khác nhau, bao gồm thép khác nhau hoặc thép với nhôm.
• Hàn laser: Như đã đề cập trước đây, việc sử dụng hàn laser đường (laser seam stepper) có thể làm việc trên một số loại kim loại hỗn hợp như thép và nhôm, cũng có độ dày khác nhau.
• Hàn ma sát đầu tán (friction stud welding): Phương pháp này sử dụng việc kéo một đinh tán xoay lên nhôm tạo ra ma sát nóng chảy để hợp nhất hai loại thép khác nhau vào vị trí.
• Khoan dòng: quy trình này sử dụng vít quay để tạo ra nhiệt và ma sát trong quá trình khoan, làm tan chảy kim loại cần hàn và sử dụng vít làm kim loại xúc tác. Phương pháp này lý tưởng để nối các kim loại tấm khác nhau như được sử dụng trong khay pin Xe điện (EV) hoặc giá gắn động cơ.
• Hàn ma sát khuấy (friction stir welding): Một quá trình nối ở trạng thái rắn, quá trình này sử dụng một bộ định tuyến quay đưa vào các kim loại khác nhau (hoặc tương tự), quay với tốc độ cao trong khi dùng áp lực khi nó di chuyển dọc theo đường hàn để nối kim loại. Đây cũng là một quá trình tuyệt đối và rất tốt để làm kín các khay pin.

4.Quy trình hỗn hợp

Vì cần có sự linh hoạt cao hơn trong lĩnh vực sản xuất để giải quyết việc lựa chọn nhiều loại vật liệu tiên tiến và các bộ phận độc đáo được yêu cầu, ngày càng có nhiều quy trình hỗn hợp được sử dụng. Điều này có nghĩa là một nhà sản xuất có thể không còn có một ô làm việc chỉ để hàn dính hoặc hàn điểm. Ví dụ, phun keo kết cấu và phun bọt bây giờ có thể diễn ra trong cùng một không gian làm việc như đóng gói và hàn. Hoặc, các bước như kiểm tra có thể xảy ra cùng lúc với quá trình hàn trong ô làm việc để giảm thời gian chu kỳ và tiết kiệm không gian sàn. Các hoạt động hạn chế di chuyển cũng có thể hữu ích hơn trong các dây chuyền hỗn hợp, đạt được hiệu quả cao hơn.

Thường được sử dụng để loại bỏ lớp phủ bề mặt, cắt bỏ bằng laser sử dụng tia laser có công suất thấp hơn để đốt cháy bất kỳ vật liệu phủ nào thay vì sử dụng các hóa chất nguy hiểm. Điều này thường có thể sẵn các bộ phận (ví dụ các bộ phận ô tô hiệu suất cao) để sơn mới hoặc để kiểm tra (ví dụ kiểm tra bề mặt thường xuyên của máy bay).