Rô bôt hàn - Các khái niệm và Ứng dụng

Khi nào dùng robot hàn?
Một quá trình hàn gồm nhiều thao tác lặp đi lặp lại trên những chi tiết giống nhau sẽ thích hợp để tự động hóa. Số lượng chi tiết cần hàn trong quá trình chế tạo quyết định xem có nên tự động hóa quá trình hàn hay không. Nếu bình thường phải điều chỉnh để các chi tiết ăn khớp với nhau hoặc các mối hàn quá rộng hoặc có vị trí khác nhau trên mỗi chi tiết thì không thể tự động hóa được.
 
Tại sao hàn bằng robot? 
Những lợi ích lớn nhất của hàn tự động là có độ chính xác và năng suất cao. Hàn bằng robot nâng cao độ tin cậy của mối hàn. Một khi được lập trình hợp lý, các robot sẽ tạo ra những mối hàn y như nhau trên các vật hàn cùng kích thước và quy cách.
Chuyển động của mỏ hàn được tự động hóa sẽ giảm nguy cơ mắc lỗi trong thao tác, do vậy giảm phế phẩm và khối lượng công việc phải làm lại. Robot không những làm việc nhanh hơn mà còn có thể hoạt động liên tục suốt ngày đêm, hiệu quả hơn nhiều so với một thiết bị hàn tay.
Qúa trình hàn được tự động hóa giải phóng người công nhân khỏi những tác hại khi hàn do tiếp xúc với bức xạ hồ quang, vẩy hàn nóng chảy, khí độc.
 
Hệ thống hàn hồ quang tự động


Nói chung, thiết bị hàn hồ quang tự động được thiết kế khác hẳn thiết bị hàn tay. Hàn hồ quang tự động thường có chu kỳ làm việc cao và yêu cầu các thiết bị hàn phải hoạt động dưới những điều kiện khắc nghiệt . Ngoài ra, mỗi thành phần của hệ thống còn phải có đủ tính năng và điều khiển để giao tiếp với hệ điều khiển trung tâm.

- Robot hàn hồ quang
- Nguồn điện (máy hàn)
- Súng hàn
- Bộ làm sạch súng hàn: đầu súng hàn gần hồ quang và dần dần dính vẩy hàn, cần phải làm sạch.
- Bộ cấp điện cực: để bù lại dây điện cực tiêu hao khi hàn.
- Đồ gá hàn và tay hàn giữ và định vị các chi tiết để đảm bảo mối hàn sẽ được robot thực hiện chính xác.
- Bộ định tâm: để đảm bảo que hàn và khung hàn biết vị trí của nhau, cần phải liên tục hiệu chỉnh trọng tâm của hệ thống. Qúa trình này được thực hiện nhờ một thiết bị định tâm tự động.
 
Robot hàn hồ quang

Các robot hàn chủ yếu có dạng cánh tay có khớp hoặc xoay. Loại robot trục Đề-các chỉ được dùng cho các robot rất lớn hoặc rất nhỏ. Cánh tay robot được sử dụng nhiều do nó cho phép súng hàn chuyển động như cách con người thao tác. Góc súng hàn và góc di chuyển có thể thay đổi để hàn ở mọi vị trí, nhất là ở những vị trí khó tiếp cận. Cánh tay robot cũng gọn nhẹ nhất và có tầm với lớn nhất. Thường các robot hàn có 5-6 trục tự do, lập trình được. Các cánh tay robot do nhiều nhà cung cấp bán sẵn như ABB, FANUC, PANASONIC, KUKA, MOTOMAN

Nguồn hàn

Nguồn hàn phải cung cấp dòng điện điều khiển được với điện áp thích hợp cho quá trình hàn.
Các máy hàn hồ quang tự động cần nguồn điện phức tạp hơn máy hàn bán tự động. Máy hàn tự động cần tiếp nối với nguồn điện để điều khiển nguồn hàn nhằm mang lại hiệu năng tối ưu.

Súng hàn hồ quang

Súng hàn dùng để tiếp điện cực đến mối hàn, truyền dòng điện hàn vào điện cực và tạo ra môi trường bảo vệ quanh mối hàn. Có nhiều kiểu súng hàn khác nhau, tùy theo quá trình hàn, dòng hàn, kích thước điện cực và vật liệu bảo vệ mối hàn.
Súng hàn có thể được làm nguội bằng nước luân chuyển hoặc không khí. Các súng hàn có thể ở dạng thẳng hoặc cong. Súng hàn cong để tiếp cận mối hàn dễ dàng hơn.

Chức năng chính của súng hàn là truyền dòng điện tới điện cực. Đối với quá trình hàn dùng điện cưc nóng chảy, dòng hàn được truyền tới điện cực khi nó chuyển động qua súng.

Chức năng thứ hai của súng hàn là cấp khí bảo vệ vùng hàn . Hàn hồ quang dùng khí hoạt tính như các-bon đi-ôxít hoặc hỗn hợp khí trơ, thường là argon với CO2. Súng hàn được gắn vào thân robot. Thường trang bị một ly hợp chống va đập, ngăn điện cực bị dính hoặc va chạm khi lắp đặt, khởi động.
 
Bộ cấp dây
Bộ cấp dây dùng để bổ sung kim loại điền đầy trong qúa trình hàn tự động. Điều này cho phép linh hoạt trong việc thiết lập nhiều tốc độ cấp dây khác nhau để phù hợp với những yêu cầu cụ thể của từng dây chuyền. Bình thường, bộ cấp dây được gắn trên cánh tay robot, độc lập với nguồn hàn. Với hàn tự động, cần có một giao diện điều khiển giữa bộ điều khiển robot, nguồn và bộ cấp dây. Hệ thống cấp dây hàn phải phù hợp với quá trình hàn và kiểu nguồn điện được sử dụng.


Định vị và gá cố định vật hàn
Để nối các vật hàn, mỗi vật hàn phải được căn chỉnh chính xác và gá chắc chắn tại chỗ trong quá trình hàn. Một điều quan trọng là cách thiết kế một khung gá các vật hàn tại vị trí thích hợp. Bộ phận này phải thao tác nhanh và dễ dàng, giữ chắc các vật hàn cho tới khi chúng dính vào nhau và phải cho phép súng hàn tự do tiếp cận mối hàn.

Bộ định vị có thể được thiết kế giống như trong hàn bằng tay,hoặc chuyên biệt để tăng tính linh hoạt và tầm hoạt động của các hệ thống hàn tự động. Độ chính xác cũng phải cao hơn. Ngoài ra, các điều khiển định vị robot phải tương thích và tuân thủ theo bộ điều khiển robot trung tâm để đạt được chuyển động phối hợp tức thì của nhiều trục trong khi hàn.

Tuy nhiên, thao tác nâng hạ các bộ phận tĩnh của hệ robot rất tốn thời gian và có thể phi thực tế. Sẽ hiệu quả hơn nếu có hai hay nhiều khung giữ trên một bộ định vị vật hàn quay, mặc dù chi phí ban đầu cao hơn.


Bộ làm sạch súng hàn
Để làm việc chính xác và tin cậy, súng hàn hồ quang phải được làm sạch liên tục. Chu kỳ làm việc hầu hết ở chế độ 100%  nên quá trình làm sạch súng hàn cũng phải được tự động hóa. Chất tách vẩy hàn được phun vào mũi súng hàn. Ngoài ra, bộ làm sạch còn có thể chà sát mũi súng hàn để loại bỏ vẩy hàn bám vào và cắt dây hàn. Hệ thống làm sạch phải được tự động kích hoạt tại các thời điểm mà hệ điều khiển yêu cầu.

Bộ định tâm 
Cảm biến cuối tay và quá trình căn chỉnh trọng tâm là những yếu tố cơ bản để thực hiện thành công hệ thống hàn tự động. Cảm biến cuối tay dùng để phát hiện vị trí thực tế của cạnh vật hàn so với khung robot, từ đó tính ra chính xác trọng tâm công cụ so với vật hàn.