Robôs de soldadura a laser: o futuro do fabrico a alta velocidade

O robôs de soldadura a laser são uma das aplicações de mais alta tecnologia na soldadura moderna, e a automatização está a ajudar os fabricantes a obterem ainda mais produtividade neste processo.

Compreender os fornecedores e os componentes de um sistema robótico de soldadura a laser é essencial para iniciar qualquer processo de automatização, uma vez que o sucesso da automatização das tarefas com robôs de soldadura a laser.

Introdução aos robôs de soldadura a laser

À medida que os componentes fabricados se tornam mais complexos, surge a necessidade de soluções de montagem precisas. Esta questão é agravada pelo facto de o fabrico de plásticos produzir peças mais sofisticadas. A robôs de soldadura a laser oferecem uma solução para estes problemas porque facilitam a soldadura de materiais difíceis como o cobre e o alumínio. Algumas instalações soldam materiais manualmente com lasers. No entanto, os fabricantes automatizam frequentemente este processo devido à elevada exigência de precisão.

Tipos de soldadura a laser

A soldadura a laser utiliza um laser de alta potência para gerar energia. O raio laser é focado num ponto fino, concentrando o calor numa pequena área. Este calor derrete o material e permite que os materiais se juntem, criando uma soldadura. Existem vários tipos de lasers e cada um tem as suas vantagens e desvantagens. Por isso, é importante conhecer as opções antes de tomar uma decisão de compra para evitar erros.

Lasers de gás (CO₂)

Os lasers de gás enviam energia de alta tensão e baixa corrente através de um meio gasoso para gerar calor. Embora possam ser utilizados outros gases (He/Ne, Ar/Kr), o CO₂ é o mais comum. A sua popularidade deve-se à sua eficiência e elevada potência.

No entanto, o CO₂ são frequentemente mais caros do que outros tipos de lasers. Além disso, são dispositivos sensíveis e os choques podem desalinhar o espelho, o que representa um problema dispendioso de resolver.

Lasers de estado sólido

Os lasers de estado sólido utilizam metais ou cristais como meio. Como são de estado sólido, nenhum material é consumido durante o funcionamento. Além disso, estes lasers podem atingir diâmetros de feixe mínimos em comparação com os lasers de gás.

No entanto, a expansão térmica pode ser um problema. Se o meio ficar demasiado quente, o diâmetro do laser pode distorcer-se. Além disso, a potência de saída é relativamente mais baixa do que a do laser de CO₂. Este facto pode ser problemático para determinados materiais. Como resultado, estes lasers podem ter problemas com soldaduras mais espessas ou profundas.

Lasers de semicondutores (díodos)

Os lasers de semicondutores são sistemas compactos, leves e eficientes para soldadura. Não necessitam de sistemas de arrefecimento activos, consomem tão pouca energia como outras opções e não utilizam espelhos, o que os torna uma opção duradoura para ambientes adversos.

No entanto, estes lasers não conseguem atingir a elevada potência que os lasers de CO₂. Além disso, a divergência do feixe é mais comum nos lasers de semicondutores.

Indústrias para robôs de soldadura a laser

O robôs de soldadura a laser existem como aplicação na indústria transformadora. Muito poucas indústrias requerem as características e vantagens únicas da soldadura a laser. No entanto, para essas indústrias, o acesso à soldadura a laser automatizada é vital. Os exemplos incluem:

• Automóvel
• Aeroespacial
• Produção de baterias
• Eletrónica com robôs de soldadura para componentes e circuitos electrónicos
• Saúde
• Metais
• Plásticos
• Elementos de um sistema robótico de soldadura a laser
• Elementos de uma célula robotizada de soldadura a laser

Uma célula de soldadura robotizada é uma combinação complexa de outros subsistemas que se decompõe nos seguintes componentes:

• O robot

  O robot de soldadura é o componente central da célula de soldadura e refere-se à mecânica e aos controlos do robot. Qualquer que seja o tipo, o robot é responsável pela aplicação da soldadura. Este componente move e opera diretamente os controlos do laser. Os requisitos da aplicação devem determinar a seleção do robot. Os modelos de robôs têm características de conceção diferentes e, ao selecionar um robô, devem ser consideradas características como o alcance, a capacidade de carga útil, a velocidade e a precisão. Os requisitos da aplicação exigirão características de desempenho específicas que limitarão os tipos de robôs adequados a cada projeto.

• O laser

  O sistema laser é responsável pela geração do feixe de soldadura. O laser inclui a cabeça do laser e o gerador/amplificador de potência, por vezes um componente separado. Os requisitos do material e da soldadura ajudam a definir o tipo de laser necessário.

• Arrefecimento

  A maioria dos tipos de lasers necessita de um sistema de arrefecimento para funcionar, uma vez que geram níveis enormes de calor que podem danificar os componentes internos. Os sistemas de arrefecimento mantêm a temperatura do laser dentro de um intervalo funcional. Por conseguinte, os sistemas de arrefecimento do laser fazem normalmente parte do conjunto do laser.

• Apresentação da peça

  É necessário ter em conta a forma como a peça deve ser apresentada ao robot para ser soldada. Nesta área, existem frequentemente mais opções disponíveis para os sistemas de soldadura a laser. Isto deve-se ao facto de o processo ter um baixo impacto físico na peça durante a soldadura. As opções mais comuns são:

  • Transportadores
  • Modelos
  • Gira-discos
  • Pinças
  • Outros robots
• Sistemas de deteção/monitorização

  Este sistema de alta tecnologia está repleto de equipamento de deteção. Os sensores de temperatura e o equipamento de segurança são de série neste sistema. robôs de soldadura a laser. Para além disso, são comuns os rastreadores de vigas e costuras. Os fornecedores configuram frequentemente pacotes com sistemas de visão para oferecer uma grande variedade de funções. Podem ser preferidas diferentes características consoante as aplicações mais comuns:

  • Controlo de qualidade/inspeção
  • Segurança
  • Controlo térmico
• Segurança

  A soldadura a laser é uma aplicação perigosa para as pessoas. Por conseguinte, é essencial implementar medidas de segurança para proteger os trabalhadores. As medidas de mitigação de riscos incluem normalmente:

  • Protecções e caixas de segurança
  • Cortinas de luz
  • Scanner de segurança
  • Sistemas de bloqueio/marcação
  • Interruptor de homem vivo

Tipos de robôs de soldadura a laser atualmente utilizados

Alguns tipos de robôs de soldadura a laser têm atualmente o monopólio do mercado da soldadura a laser. Embora ofereçam a funcionalidade necessária para automatizar uma tarefa de soldadura a laser, as diferenças são significativas. Compreender estas diferenças ajuda a saber qual é a mais adequada para cada aplicação.

Robôs de seis eixos

Os robots de seis eixos oferecem uma excelente combinação de velocidade, alcance, capacidade de carga útil e gama. Estes robôs podem cobrir a grande maioria das aplicações de soldadura a laser e destacam-se em tarefas de soldadura de pequena e média dimensão. A sua excelente amplitude de movimentos ajuda-os a soldar geometrias de peças complexas.

No entanto, as deficiências dos robots de seis eixos podem limitar a sua compatibilidade com trabalhos de maior dimensão. Por exemplo, o seu alcance é limitado a um ou dois metros. No entanto, os fabricantes podem reduzir esta deficiência com a ajuda de uma unidade de transferência de robô (RTU) que aumenta o alcance do robô de seis eixos. No entanto, trata-se de uma peça de hardware dispendiosa. Além disso, as UTRs implicam custos separados e considerações de integração.

Além disso, o robôs de soldadura a laser têm um limite máximo de capacidade de carga útil que limita a sua capacidade de lidar com os enormes lasers necessários para algumas tarefas.

Robôs de pórtico

Os robôs de pórtico oferecem uma capacidade quase ilimitada para a soldadura a laser. Os fornecedores podem configurar os robots de pórtico para lidar com as maiores aplicações. Além disso, a sua maior rigidez mecânica permite-lhes movimentar os maiores lasers e a sua conceção simples permite que os robots de pórtico atinjam níveis de precisão inigualáveis.

No entanto, os robôs de pórtico são limitados na sua capacidade de manusear peças complexas. Os robôs de seis eixos são mais bem concebidos para tarefas que requerem uma elevada destreza, uma vez que a sua construção multiarticulada lhes permite destacarem-se neste tipo de aplicações.

Descobrir outros tipos de robots de soldadura por pontos e onde utilizá-los.

Tipos de robôs de soldadura a laser: Fornecedores

Depois de conhecer as noções básicas de robots de soldadura a laser, o passo seguinte é pesquisar potenciais fornecedores. Existem muitas opções no mercado de robots de soldadura, mas perceber qual o fornecedor certo para uma aplicação pode tornar a integração um processo simples.

• Fabricantes de robots

  Os fabricantes de robôs concebem, constroem e vendem robôs. A maioria dos fabricantes cobre uma vasta gama de aplicações e indústrias e alguns até têm modelos únicos optimizados para a soldadura. As vantagens de comprar diretamente ao fabricante são

  • Acesso direto ao melhor suporte de engenharia
  • Opções pré-configuradas
  • Soluções de engenharia
  • Melhor acesso à formação
  • Excelente para aplicações standard
• Integradores

  Os integradores são fornecedores de soluções de terceiros. Normalmente, são um parceiro de canal oficial de, pelo menos, um fabricante de robôs de soldadura a laser. Os integradores têm frequentemente um acesso alargado a outras linhas de equipamento tangencial ao sistema de robots. As vantagens de trabalhar com integradores são:

  • Normalmente, oferecem o melhor apoio local
  • São muito flexíveis para soluções personalizadas
  • Oferecem frequentemente uma vasta gama de serviços fora da robótica.
• Fornecedores de soluções de sistema (OEMs)

  Os fornecedores de soluções de sistemas fornecem pacotes de robots prontos a utilizar. Estes sistemas pré-configurados são concebidos para uma aplicação específica. Estão frequentemente disponíveis variações destes pacotes para cobrir uma vasta gama de requisitos de aplicação. As vantagens de trabalhar com estes fornecedores são:

  • Rendibilidade global
  • Têm frequentemente características únicas
  • Facilidade de utilização
  • Compatibilidade com outros sistemas (Indústria 4.0)
  • Integração rápida
  • Formação do sistema

Vantagens dos robots de soldadura a laser

A soldadura laser robotizada tem muitas vantagens sobre os processos de soldadura tradicionais em determinadas aplicações. Os recentes avanços na tecnologia de soldadura a laser tornaram-na ainda mais atractiva numa vasta gama de ambientes industriais. Embora a soldadura a laser não substitua completamente a soldadura tradicional, é mais adequada para algumas peças.

• A soldadura a laser robótica é inerentemente precisa: os feixes de soldadura a laser criam soldaduras profundas e precisas sem utilizar tanta energia ou recursos como os processos de soldadura tradicionais. Como as soldaduras a laser são tão precisas e focadas, as soldaduras são mais limpas e requerem muito menos retoques ou retrabalhos.
• As soluções de soldadura a laser são também mais versáteis: os métodos de soldadura tradicionais são sempre excelentes em aplicações em que existe um espaço entre as peças a soldar, mas outras aplicações de alta precisão e alta velocidade são melhores com a soldadura a laser. A soldadura laser robótica tem uma zona afetada pelo calor muito mais pequena, pelo que a distorção é minimizada independentemente do tipo de metal a ser soldado.
• A soldadura laser robotizada é uma opção precisa, limpa e flexível para uma grande variedade de aplicações de soldadura: embora nunca seja um substituto para os processos de soldadura tradicionais, continua a ter muitas vantagens e qualquer fabricante que pretenda automatizar os processos de soldadura deve, pelo menos, considerar uma solução de soldadura laser robotizada.

Saiba mais vantagens da soldadura robotizada

Avanços nos robôs de soldadura a laser

Alguns dos avanços mais significativos na tecnologia da robôs de soldadura a laser são provenientes da tecnologia de visão. As configurações de scanner ótico, os controlos de scanner e as interfaces em tempo real para sensores ópticos permitem a soldadura a laser em aplicações muito mais complexas.

A soldadura a laser é inerentemente mais precisa do que a soldadura tradicional. Quando combinada com um sistema de visão 3D avançado, a precisão da soldadura aumenta exponencialmente, mesmo para peças de grande volume e de várias passagens.

Se estiver interessado em automatizar os seus processos de soldadura com robôs, deve saber que como implementar com êxito um robot para processos de soldadura.