Si vous avez déjà passé du temps dans un atelier de soudage (ou même regardé une émission sur la fabrication), vous savez à quel point la vitesse est critique pour une ligne, une course et même pour le soudage. Mais voici le problème : je vends des robots de soudage collaboratifs mobiles depuis quelques années maintenant, et une question que l'on me pose tout le temps est : « La vitesse à laquelle le robot se déplace réellement gâche-t-elle la qualité de la soudure ? » Ce n'est pas une réponse aléatoire, « ça dépend » : il y a une véritable science derrière cela, et si vous êtes un fabricant qui essaie de réduire les coûts sans brûler de pièces, cela est important.
Commençons par les bases. La qualité du soudage ne consiste pas seulement à être jolie (même si de jolies soudures facilitent l'inspection). Il s'agit de pénétration, de fusion, d'absence de porosité et de projections minimales. La vitesse de déplacement du robot contrôle directement la durée pendant laquelle le bain de fusion est exposé à la source de chaleur, généralement MIG, TIG ou plasma pour les robots collaboratifs. Trop rapide et vous ne donnez pas au métal suffisamment de temps pour fondre correctement ou pour que le métal d'apport (le cas échéant) coule dans le joint. Trop lent, vous surchaufferez le métal de base, provoquant une déformation, des brûlures ou même des fissures. C'est un équilibre serré, surtout lorsque vous travaillez avec une configuration mobile par rapport à un bras fixe - nous en reparlerons plus tard.
Décomposons l'impact de la vitesse. Premièrement, la pénétration : c'est la profondeur à laquelle la soudure fond dans le métal de base, ce qui n'est pas négociable pour les pièces structurelles (pensez au matériel agricole, aux cadres métalliques ou aux supports robustes). Si un robot se déplace trop rapidement, l’apport de chaleur par unité de longueur diminue. Par exemple, si votre courant de soudage est de 180 ampères et que la tension est de 24 V, un déplacement à 10 pouces par minute (ipm) contre 20 ipm signifie que la moitié de la chaleur est appliquée à chaque pouce de joint. Le métal fin peut s'en sortir avec des mouvements rapides, mais l'acier épais ? Vous obtiendrez une soudure peu profonde et faible qui se brisera sous la pression. J'ai vu des fabricants tester cela avec des pièces anciennes, trop rapidement, et la soudure se brise à chaque fois lors d'un test de traction.
Ensuite, il y a la fusion : c'est à ce moment-là que le bain de soudure fait fondre les deux pièces de métal de base afin qu'elles se lient ensemble, et pas seulement la charge posée sur le dessus. Une vitesse lente peut sembler utile pour plus de chaleur, mais trop lente et vous pouvez obtenir une « soudure excessive » : le mastic s'accumule trop, ne se mélange pas avec le métal de base et crée des joints cassants. La porosité est une autre grosse bulle de gaz qui se forme lorsque la soudure refroidit trop rapidement ou qu'il y a trop d'air autour. Si le robot se déplace à la bonne vitesse, le gaz peut s'échapper avant que le métal ne se solidifie. Trop vite, le métal refroidit avant que les bulles ne sortent ; trop lent et un excès de chaleur pourrait aspirer de l'air dans le joint. Les éclaboussures aussi – personne n’aime nettoyer ça. Une vitesse rapide peut conduire à un arc instable, ce qui fait voler des éclaboussures partout, tandis qu'une vitesse lente peut laisser l'arc rester au même endroit et provoquer des éclaboussures supplémentaires ou des brûlures.
Maintenant, je vends des robots de soudage collaboratifs mobiles, alors parlons de la façon dont la mobilité change cela. Les robots fixes sont boulonnés au même endroit, de sorte que leur vitesse est constante dans toute la zone de travail. Les mobiles roulent sur des roues, leur mouvement peut donc être légèrement décalé si le sol n'est pas parfaitement plat ou si la pièce est inégale. C'est pourquoi les configurations mobiles doivent avoir des contrôles de vitesse calibrés : si votre robot ralentit en franchissant un petit creux dans l'atelier, vous risquez d'y avoir une brûlure, tandis qu'une bosse le fait accélérer et sauter un endroit. Une fois, j'ai travaillé dans un petit atelier de fabrication qui est passé d'un robot fixe à notre robot de soudage collaboratif mobile et j'ai pensé que « la vitesse est la vitesse » : ils n'ont pas recalibré le sol inégal et ont dû retravailler 20 % de leurs pièces pendant un mois. Une fois la vitesse ajustée pour chaque section, celle-ci est tombée à moins de 2 %.
Attendez, tous les robots de soudage ne sont pas identiques, n'est-ce pas ? Nous proposons différents modèles pour différents travaux. Par exemple, le robot de soudage 1600 Arm Reach est parfait pour les pièces plus grandes qu'un bras fixe ne peut pas atteindre, la vitesse est donc importante pour obtenir des soudures cohérentes sur une plus grande surface. Notre robot de soudage collaboratif programmable vous permet de saisir une vitesse personnalisée par trajet de soudure, ce qui change la donne pour les pièces avec des épaisseurs de joint variables, comme un support épais à un endroit et fin à un autre. Si vous utilisez simplement une vitesse de taille unique, vous gâcherez les deux extrémités. De plus, notre robot de soudage magnétique est idéal pour maintenir les pièces en place pendant le soudage, de sorte que le mouvement du robot ne change pas en cours de travail, la stabilité de la pièce est également liée à la vitesse, car si la pièce bouge, le robot doit compenser et la vitesse peut diminuer.
Passons aux chiffres du monde réel. Un test courant que nous faisons avec nos clients : de l'acier fin (1/8 de pouce) pour les remorques. La vitesse optimale est de 15 à 18 ipm. Passez à 25 ipm et la pénétration chute de 30 % : la soudure ne tiendra pas lors d'un test de charge. Allez à 10 ipm et vous obtenez des brûlures sur le métal mince. Pour le métal plus épais (1/4 de pouce), le point idéal est 10 à 12 ipm plus lent pour obtenir une pénétration suffisante sans surchauffe. Ce n'est pas dû au hasard ; cela vient de nos tests internes, mais aussi des normes industrielles de l'American Welding Society (AWS), que je recommande toujours de vérifier car il ne s'agit pas seulement de notre discours commercial.
Autre facteur : l'angle de déplacement. La vitesse du robot interagit avec l'angle avec lequel il se déplace (angle de traînée et angle de poussée). Si vous utilisez un angle de poussée (courant pour le MIG), une vitesse légèrement plus lente peut aider à la fusion, tandis qu'un angle de traînée nécessite une vitesse légèrement plus rapide. Mais si la vitesse de votre robot est faible, même le bon angle ne réglera pas le problème. Des clients m'ont demandé s'ils pouvaient simplement régler le robot sur une vitesse « moyenne » et l'ignorer, en aucun cas. Chaque joint, chaque pièce, chaque matériau nécessite un réglage de vitesse. C'est pourquoi les robots collaboratifs sont meilleurs pour les travaux en petites séries, car vous pouvez modifier la vitesse pour chaque pièce, contrairement aux robots à ligne fixe qui sont réglés une seule fois pour la production de masse.
Qu’en est-il des erreurs courantes ? Les nouveaux utilisateurs de robots pensent souvent plus vite = plus de pièces par heure, ils augmentent donc la vitesse. Mais si les soudures sont mauvaises, vous perdez plus de temps à retravailler ou à mettre au rebut des pièces que vous n'en avez économisé en allant vite. L'année dernière, un client m'a dit qu'il produisait 10 pièces par heure avec son ancien robot, mais que 3 étaient des rebuts. Ils ont opté pour notre robot collaboratif de soudage, ont réglé la vitesse correcte pour chaque pièce, ont obtenu 12 pièces par heure et le taux de rebut est tombé à 2 %. L'optimisation de la vitesse gagnante ne consiste pas seulement à avancer plus vite, il s'agit d'avancer à la bonne vitesse.
Et avec les robots mobiles, vous devez également tenir compte du temps d’installation. Si vous déplacez le robot d'un poste de travail à un autre, vous ne voulez pas qu'il se déplace d'abord à pleine vitesse autour de l'atelier de sécurité, mais aussi, lorsqu'il se trouve à proximité d'une pièce, il doit ralentir pour atteindre la vitesse de soudage. Nos robots sont dotés de capteurs intégrés qui ajustent la vitesse en fonction de la distance par rapport à la pièce, ce qui élimine toute incertitude. Ne vous inquiétez plus si le robot se déplace trop vite lorsqu'il s'approche d'une articulation.
Attendez, y a-t-il un cas où plus vite est mieux ? Peut-être pour des matériaux très fins ou des applications de soudage à grande vitesse, mais c'est spécialisé. La plupart des fabricants travaillent avec de l'acier, de l'aluminium ou de l'acier inoxydable d'épaisseur moyenne, et pour cela, la régularité de la vitesse est plus importante que la vitesse brute. Un robot qui se déplace à une vitesse constante de 15 ipm est meilleur qu'un robot qui zippe à 20 ipm pour la moitié de la soudure et rampe à 8 ipm pour l'autre moitié. C'est là que les robots programmables brillent : vous pouvez tracer l'intégralité du chemin de soudure, définir la vitesse pour chaque centimètre, afin que ce soit cohérent.
Alors, que devez-vous faire si vous êtes confronté à la vitesse du robot de soudage ? Tout d’abord, testez chaque matériau et chaque épaisseur de pièce pour trouver le point idéal. Utilisez les directives AWS comme point de départ, puis modifiez-les avec vos propres pièces. Si vous utilisez un robot mobile, assurez-vous de le calibrer pour votre atelier, car des surfaces inégales peuvent perturber le mouvement. Si vous travaillez sur des pièces en petits lots ou personnalisées, procurez-vous un robot programmable pour pouvoir ajuster la vitesse à la volée. Et n'oubliez pas que les fixations magnétiques de maintien des pièces peuvent maintenir les pièces stables, de sorte que le mouvement du robot ne soit pas perturbé, ce qui permet de maintenir une vitesse constante.
En fin de compte, la vitesse de déplacement du robot est une variable essentielle qui fait ou défait la qualité du soudage. Ce n'est pas quelque chose que vous pouvez régler et oublier, mais avec le bon robot, comme nos modèles mobiles, programmables ou magnétiques, et quelques tests, vous pouvez obtenir des soudures constantes et de haute qualité sans perdre de temps ni de matériaux.
Si vous souhaitez mettre à niveau votre configuration de soudage et discuter de la manière dont la vitesse du robot peut fonctionner pour vos pièces spécifiques, contactez-nous. Nous pouvons vous aider à trouver le robot adapté à votre atelier, qu'il s'agisse de notre robot de soudage collaboratif mobile pour un espace au sol flexible, du robot de soudage à portée de bras de 1 600 pour les pièces plus grandes ou d'un modèle programmable pour les travaux personnalisés.
Références :
- Société américaine de soudage. (2022). Guide pour l'utilisation de l'automatisation et de la robotique en soudage. AWS D16.1/D16.1M :2022.
- Lin, S. et Eager, TW (2020). Effets de la vitesse de déplacement sur la géométrie des cordons de soudure dans le soudage à l'arc sous gaz. Journal des processus de fabrication, 56, 452-459.
- Organisation internationale de normalisation. (2019). Robots et dispositifs robotiques-Exigences de sécurité pour les robots industriels-Partie 1 : Robots. ISO 10218-1:2019.
