Si alguna vez ha pasado tiempo en un taller de soldadura (o incluso ha visto un programa sobre fabricación), sabrá lo crítica que es la velocidad, para una línea, una carrera y, sí, incluso para soldar. Pero esta es la cuestión: he estado vendiendo robots de soldadura colaborativos móviles durante algunos años y una pregunta que recibo todo el tiempo es: "¿La velocidad con la que se mueve el robot realmente afecta la calidad de la soldadura?" No es una respuesta aleatoria, "depende": hay ciencia real detrás de esto, y si usted es un fabricante que intenta reducir costos sin quemar piezas, esto es importante.
Empecemos por lo básico. La calidad de la soldadura no se trata sólo de verse bonita (aunque las soldaduras bonitas ayudan con la inspección). Se trata de penetración, fusión, ausencia de porosidad y salpicaduras mínimas. La velocidad de movimiento del robot controla directamente cuánto tiempo está expuesto el baño de soldadura a la fuente de calor, generalmente MIG, TIG o plasma para robots colaborativos. Demasiado rápido y no le dará al metal el tiempo suficiente para que se derrita adecuadamente o para que el metal de aportación (si se usa) fluya hacia la junta. Si es demasiado lento, se sobrecalentará el metal base, lo que provocará deformaciones, quemaduras o incluso grietas. Es un equilibrio ajustado, especialmente cuando trabajas con una configuración móvil versus un brazo fijo; hablaremos de eso más adelante.
Analicemos el impacto de la velocidad. Primero, la penetración: esa es la profundidad a la que la soldadura se funde en el metal base, lo cual no es negociable para las piezas estructurales (piense en equipos agrícolas, marcos metálicos o soportes de alta resistencia). Si un robot se mueve demasiado rápido, la entrada de calor por unidad de longitud disminuye. Por ejemplo, si su corriente de soldadura es de 180 amperios y el voltaje es de 24 V, moverse a 10 pulgadas por minuto (ipm) frente a 20 ipm significa que se aplica la mitad de calor a cada pulgada de unión. El metal fino puede salirse con la suya en movimientos rápidos, pero ¿el acero grueso? Obtendrá una soldadura débil y poco profunda que se romperá bajo presión. He visto a fabricantes probar esto con piezas viejas, demasiado rápido y la soldadura se rompe cada vez durante una prueba de tracción.
Luego está la fusión: es cuando el baño de soldadura funde ambas piezas de metal base para que se unan, no solo el relleno que se encuentra encima. La velocidad lenta puede parecer útil para obtener más calor, pero si es demasiado lenta, se puede "soldar demasiado": el relleno se encharca demasiado, no se mezcla con el metal base y crea uniones quebradizas. La porosidad es otra gran burbuja de gas pequeña que se forma cuando la soldadura se enfría demasiado rápido o hay demasiado aire alrededor. Si el robot se mueve a la velocidad adecuada, el gas puede escapar antes de que el metal se solidifique. Demasiado rápido y el metal se enfría antes de que salgan burbujas; demasiado lento y el exceso de calor podría introducir aire en la articulación. Salpicaduras también; a nadie le gusta limpiarlas. La velocidad rápida puede provocar un arco inestable, lo que hace que las salpicaduras salgan volando por todas partes, mientras que la velocidad lenta puede dejar que el arco se quede en un lugar y provocar salpicaduras o quemaduras adicionales.
Ahora vendo robots de soldadura colaborativos móviles, así que hablemos de cómo la movilidad cambia esto. Los robots fijos están atornillados a un lugar, por lo que su velocidad es constante en toda el área de trabajo. Los móviles ruedan sobre ruedas, por lo que su movimiento puede variar un poco si el suelo no es perfectamente plano o si la pieza está irregular. Es por eso que las configuraciones móviles necesitan tener controles de velocidad calibrados: si su robot se desacelera al pasar por una pequeña pendiente en el piso del taller, es posible que se queme allí, mientras que un golpe hace que acelere y se salte un lugar. Una vez trabajé con un pequeño taller de fabricación que cambió de un robot fijo a nuestro robot de soldadura colaborativo móvil y pensé que "la velocidad es velocidad": no recalibraron el piso irregular y tuvieron que reelaborar el 20 % de sus piezas durante un mes. Una vez que ajustaron la velocidad para cada sección, se redujo a menos del 2%.
Espera, no todos los robots de soldadura son iguales, ¿verdad? Ofrecemos diferentes modelos para diferentes trabajos. Por ejemplo, el robot de soldadura con alcance de brazo 1600 es perfecto para piezas más grandes que un brazo fijo no puede alcanzar, por lo que la velocidad es importante para obtener soldaduras consistentes en una superficie más grande. Nuestro robot de soldadura colaborativo programable le permite ingresar una velocidad personalizada por ruta de soldadura, lo que cambia las reglas del juego para piezas con diferentes espesores de juntas, como un soporte que es grueso en un punto y delgado en otro. Si solo usas una velocidad de tamaño único, estropearás ambos extremos. Además, nuestro robot de soldadura magnético es excelente para mantener las piezas en su lugar mientras se suelda, de modo que el movimiento del robot no cambie a mitad del trabajo; la estabilidad de la pieza también está ligada a la velocidad, porque si la pieza se mueve, el robot tiene que compensar y la velocidad podría disminuir.
Entremos en los números del mundo real. Una prueba común que hacemos con los clientes: acero delgado (1/8 de pulgada) para remolques. La velocidad óptima es de 15 a 18 ipm. Vaya a 25 ipm y la penetración disminuirá en un 30 %; la soldadura no se mantendrá durante una prueba de carga. Vaya a 10 ipm y el metal delgado se quemará. Para metales más gruesos (1/4 de pulgada), el punto óptimo es de 10 a 12 ipm más lento para obtener suficiente penetración sin sobrecalentarse. Eso no es aleatorio; proviene de nuestras pruebas internas, pero también de los estándares de la industria de la Sociedad Estadounidense de Soldadura (AWS), que siempre recomiendo verificar porque no se trata solo de nuestra charla de ventas.
Otro factor: el ángulo de recorrido. La velocidad del robot interactúa con el ángulo en el que se mueve: ángulo de arrastre versus ángulo de empuje. Si está utilizando un ángulo de empuje (común para MIG), una velocidad ligeramente más lenta podría ayudar con la fusión, mientras que un ángulo de arrastre necesita una velocidad un poco más rápida. Pero si la velocidad de su robot está baja, ni siquiera el ángulo correcto solucionará el problema. Algunos clientes me han preguntado si pueden configurar el robot a una velocidad "media" e ignorarlo, de ninguna manera. Cada junta, cada pieza, cada material necesita un ajuste de velocidad. Es por eso que los robots colaborativos son mejores para trabajos de lotes pequeños, porque pueden ajustar la velocidad de cada pieza, a diferencia de los robots de línea fija que se configuran una vez para la producción en masa.
¿Qué pasa con los errores comunes? Los nuevos usuarios de robots a menudo piensan más rápido = más piezas por hora, por lo que aumentan la velocidad. Pero si las soldaduras son malas, está perdiendo más tiempo reelaborando o desechando piezas del que ahorró al ir rápido. El año pasado, un cliente me dijo que estaban produciendo 10 piezas por hora con su viejo robot, pero 3 eran chatarra. Cambiaron a nuestro robot colaborativo de soldadura, establecieron la velocidad correcta para cada pieza, obtuvieron 12 piezas por hora y la tasa de desperdicio se redujo al 2 %. La optimización de la velocidad de ganancia no se trata solo de moverse más rápido, sino de moverse a la velocidad correcta.
Y con los robots móviles, también hay que tener en cuenta el tiempo de configuración. Si está moviendo el robot de una estación de trabajo a otra, no querrá que se mueva a toda velocidad por el taller; primero por seguridad, pero también, cuando esté cerca de una pieza, debería reducir la velocidad hasta alcanzar la velocidad de soldadura. Nuestros robots tienen sensores incorporados que ajustan la velocidad según la distancia a la pieza, lo que elimina las conjeturas. Ya no tendrás que preocuparte si el robot se mueve demasiado rápido cuando se acerca a una articulación.
Espera, ¿hay algún caso en el que más rápido sea mejor? Quizás para materiales muy finos o aplicaciones de soldadura de alta velocidad, pero eso es especializado. La mayoría de los fabricantes trabajan con acero, aluminio o acero inoxidable de espesor medio y, para ello, la consistencia de la velocidad es más importante que la velocidad bruta. Un robot que se mueve a una velocidad constante de 15 ipm es mejor que uno que se mueve a 20 ipm durante la mitad de la soldadura y se arrastra a 8 ipm durante la otra mitad. Ahí es donde brillan los robots programables: puede trazar todo el recorrido de la soldadura y establecer la velocidad para cada centímetro, para que sea consistente.
Entonces, ¿qué debe hacer si se trata de la velocidad del robot de soldadura? Primero, pruebe cada material y espesor de pieza para encontrar el punto óptimo. Utilice las pautas de AWS como punto de partida y luego modifíquelas con sus propias piezas. Si está utilizando un robot móvil, asegúrese de calibrarlo para el piso de su taller; las superficies irregulares pueden alterar el movimiento. Si está trabajando en lotes pequeños o piezas personalizadas, obtenga un robot programable para que pueda ajustar la velocidad sobre la marcha. Y no olvide que los accesorios magnéticos de sujeción de piezas pueden mantener las piezas estables, de modo que el movimiento del robot no se vea interrumpido, lo que ayuda a mantener la velocidad constante.
Al fin y al cabo, la velocidad de movimiento del robot es una variable fundamental que influye en la calidad de la soldadura. No es algo que pueda configurar y olvidar, pero con el robot adecuado (como nuestros modelos móviles, programables o magnéticos) y un poco de prueba, puede obtener soldaduras consistentes y de alta calidad sin perder tiempo ni materiales.
Si está buscando actualizar su configuración de soldadura y desea hablar sobre cómo la velocidad del robot puede funcionar para sus piezas específicas, comuníquese con nosotros. Podemos ayudarlo a encontrar el robot adecuado para su taller, ya sea nuestro robot de soldadura colaborativo móvil para un espacio de piso flexible, el robot de soldadura con alcance de brazo 1600 para piezas más grandes o un modelo programable para trabajos personalizados.
Referencias:
- Sociedad Estadounidense de Soldadura. (2022). Guía para el Uso de la Automatización y la Robótica en Soldadura. AWS D16.1/D16.1M:2022.
- Lin, S. y Eager, TW (2020). Efectos de la velocidad de desplazamiento sobre la geometría del cordón de soldadura en la soldadura por arco metálico con gas. Revista de procesos de fabricación, 56, 452-459.
- Organización Internacional de Normalización. (2019). Robots y dispositivos robóticos-Requisitos de seguridad para robots industriales-Parte 1: Robots. ISO 10218-1:2019.
