溶接現場で時間を過ごしたことがある（または製造に関する番組を見たことがある）なら、ライン、レース、そして溶接においてもスピードがいかに重要であるかをご存知でしょう。しかし問題はここにあります。私はここ数年、移動式協働溶接ロボットを販売しています。そして、常に受ける質問の 1 つは、「ロボットの移動速度が実際に溶接の品質に悪影響を与えることはありますか?」というものです。これはランダムな「状況による」という答えではありません。その背後には実際の科学があり、部品を焼かずにコストを削減しようとしている製造業者にとって、これは重要です。
基本から始めましょう。溶接の品質は、単に見た目が美しいというだけではありません (ただし、溶接がきれいであると検査に役立ちます)。浸透、融合、多孔性のなさ、スパッタの最小化が重要です。ロボットの移動速度は、溶接池が熱源 (通常は MIG、TIG、協働ロボットの場合はプラズマ) にさらされる時間を直接制御します。速すぎると、金属が適切に溶けたり、フィラー金属 (使用されている場合) が接合部に流れ込むのに十分な時間がかかりません。遅すぎると母材金属が過熱し、反り、焼き付き、さらには亀裂が発生することがあります。特にモバイルセットアップと固定アームで作業している場合は、バランスが厳しくなります。これについては後ほど詳しく説明します。
速度の影響を詳しく見てみましょう。まず溶け込み: 溶接が母材金属に溶け込む深さであり、構造部品 (農機具、金属フレーム、または頑丈なブラケットを考えてください) にとっては交渉の余地のない値です。ロボットの動きが速すぎると、単位長さあたりの入熱量が低下します。たとえば、溶接電流が 180 アンペアで電圧が 24 V の場合、毎分 10 インチ (ipm) で移動するのと 20 ipm で移動すると、接合部の 1 インチごとに半分の熱が加えられることになります。薄い金属なら素早い動きで逃げられるかもしれないが、厚い鋼はどうだろうか？溶接が浅くて弱いため、圧力がかかると切れてしまいます。製造業者が古い部品でこれをテストするのを見たことがありますが、速すぎて、毎回引っ張りテスト中に溶接が切れてしまいます。
次に、融合があります。これは、溶接池が両方の卑金属部分を溶かし、その上にあるフィラーだけでなく、それらが互いに結合するときです。速度が遅いと熱を高めるのに役立つように思えますが、遅すぎると「過剰溶接」が発生する可能性があります。フィラーがたまりすぎて母材金属と混合せず、脆い接合部が形成されます。気孔率は、溶接部が急速に冷えたり、周囲に空気が多すぎるときに形成される、もう 1 つの大きな小さな気泡です。ロボットが適切な速度で動いていれば、金属が固まる前にガスが逃げる可能性があります。速すぎると、泡が出る前に金属が冷えてしまいます。速度が遅すぎると、過剰な熱が接合部に空気を引き込む可能性があります。飛び散りも、掃除するのが好きな人はいません。速度が速いとアークが不安定になり、スパッタがあちこちに飛び散る可能性がありますが、速度が遅いとアークが 1 か所に留まり、余分なスパッタや焼き付きが発生する可能性があります。
現在、私は移動式協働溶接ロボットを販売しているので、モビリティがこれをどのように変えるかについて話しましょう。固定ロボットは 1 か所でボルトで固定されているため、作業エリア全体で速度が一定になります。可動式のものは車輪の上で転がるので、床が完全に平らでなかったり、部分が平らでない場合、動きが少しずれることがあります。だからこそ、モバイルセットアップには調整された速度制御が必要です。製造現場の小さなくぼみを越えてロボットの速度が低下すると、そこで焼き付きを起こす可能性がありますが、段差があると速度が上がり、その場所をスキップします。私はかつて、固定ロボットからモバイル協働溶接ロボットに切り替えた小さな製造工場で働いていましたが、「スピードはスピードだ」と考えていました。彼らは床の凹凸に合わせて再調整を行わず、部品の 20% を 1 か月間手直ししなければなりませんでした。各セクションの速度を調整すると、速度は 2% 未満に低下しました。
待って、すべての溶接ロボットが同じというわけではありませんよね?さまざまな作業に応じたさまざまなモデルを提供しています。たとえば、1600 アーム リーチ溶接ロボットは、固定アームでは届かない大きな部品に最適です。そのため、より広い表面にわたって一貫した溶接を行うには、速度が重要になります。当社のプログラム可能な協調溶接ロボットを使用すると、溶接パスごとにカスタム速度を入力できます。これは、ある箇所が厚く別の箇所が薄いブラケットなど、接合部の厚さが異なる部品にとって大変革となります。ワンサイズの速度だけを使用すると、両端が台無しになります。また、当社の磁気溶接ロボットは、溶接中に部品を所定の位置に保持するのに最適です。そのため、ロボットの動きがジョブの途中で変化することはありません。部品が動くとロボットが補正する必要があり、速度が低下する可能性があるため、部品の安定性は速度にも関係します。
実際の数字を見てみましょう。当社がお客様と行う一般的なテスト: トレーラー用の薄い鋼材 (1/8 インチ)。最適な速度は 15 ～ 18 ipm です。 25 ipm にすると、溶け込みが 30% 低下します。荷重テスト中に溶接が保持されなくなります。 10 ipm にすると、薄い金属が焼け落ちてしまいます。厚い金属 (1/4 インチ) の場合、過熱することなく十分な貫通力を得るために、スイート スポットは 10 ～ 12 ipm 遅くなります。それはランダムではありません。これは社内テストによるものだけでなく、米国溶接協会 (AWS) の業界標準にも準拠しています。これは単なる営業トークではないため、常に確認することをお勧めします。
別の要素: 移動角度。ロボットの速度は、ドラッグ時の移動角度とプッシュ角度と相互作用します。プッシュ角度 (MIG に一般的) を使用している場合は、わずかに遅い速度が融合に役立つ可能性がありますが、ドラッグ角度には少し速い速度が必要です。しかし、ロボットの速度がずれている場合は、正しい角度を付けても修正できません。お客様から、ロボットの速度を「中」に設定して無視してもよいか、と尋ねられたことがありますが、それは不可能です。すべての関節、すべての部品、すべての素材には速度調整が必要です。大量生産のために一度設定される固定ラインロボットとは異なり、部品ごとに速度を調整できるため、協働ロボットが少量のバッチ作業に適しているのはこのためです。
よくある間違いについてはどうでしょうか？ロボットを初めて使用する人は、速度が速い = 時間あたりの部品数が多いと考え、速度を上げます。しかし、溶接が悪い場合は、高速に作業することで節約できた時間よりも、部品の手直しや廃棄に多くの時間を無駄にすることになります。昨年ある顧客は、古いロボットで 1 時間に 10 個の部品を生産していたが、3 個がスクラップだったと言っていました。彼らは当社の溶接協働ロボットに切り替え、各部品に適切な速度を設定し、1 時間あたり 12 個の部品を生産し、スクラップ率は 2% に低下しました。つまり、勝利速度の最適化とは、単に速く移動することではなく、適切な速度で移動することです。
また、モバイル ロボットの場合は、セットアップ時間も考慮する必要があります。ロボットをあるワークステーションから別のワークステーションに移動する場合、まず作業場の安全な周囲を全速力で移動させる必要はありませんが、部品の近くでは溶接速度まで減速する必要もあります。当社のロボットには、パーツからの距離に基づいて速度を調整するセンサーが組み込まれており、推測に頼る必要がありません。ロボットが関節に近づいたときに動きが速すぎるかどうかを心配する必要はもうありません。
ちょっと待って、速いほど良い場合はありますか?おそらく非常に薄い材料や高速溶接用途向けですが、それは特殊なものです。ほとんどの製造業者は中厚さのスチール、アルミニウム、またはステンレスを使用しているため、生の速度よりも速度の一貫性が重要です。安定した 15 ipm で移動するロボットは、溶接の半分を 20 ipm で動かし、残りの半分を 8 ipm で這うロボットよりも優れています。ここでプログラム可能なロボットが威力を発揮します。溶接パス全体を計画し、1 インチごとに速度を設定できるため、一貫性が保たれます。
では、溶接ロボットの速度に対処する場合はどうすればよいでしょうか?まず、各材料と部品の厚さをテストして、スイートスポットを見つけます。開始点として AWS ガイドラインを使用し、独自の部分を微調整してください。モバイル ロボットを使用している場合は、必ず製造現場に合わせて調整してください。表面が凹凸があると動きが乱れることがあります。少量のバッチ部品やカスタム部品を扱っている場合は、その場で速度を調整できるようにプログラム可能なロボットを入手してください。また、部品保持用の磁気固定具により部品が安定するため、ロボットの動きが妨げられず、速度を一定に保つことができます。
結局のところ、ロボットの移動速度は、溶接の品質を左右する中心的な変数です。これは設定して忘れることができるものではありませんが、当社のモバイル モデル、プログラマブル モデル、磁気モデルなどの適切なロボットと少しのテストを使用すれば、時間や材料を無駄にすることなく、一貫した高品質の溶接を行うことができます。
溶接設定のアップグレードを検討しており、特定の部品に対してロボットの速度がどのように機能するかについて相談したい場合は、お問い合わせください。フレキシブルな床スペース用のモバイル協働溶接ロボット、大型部品用の 1600 アームリーチ溶接ロボット、またはカスタム作業用のプログラム可能なモデルなど、お客様のショップに最適なロボットを見つけるお手伝いをします。
参考文献:
- アメリカ溶接協会。 （2022年）。溶接における自動化とロボット工学の使用に関するガイド。 AWS D16.1/D16.1M:2022。
- リン、S.、およびイーガー、TW (2020)。ガスメタルアーク溶接における溶接ビード形状に対する移動速度の影響。製造プロセスジャーナル、56、452-459。
- 国際標準化機構。 （2019年）。ロボットおよびロボット装置 - 産業用ロボットの安全要件 - パート 1: ロボット。 ISO 10218-1:2019。
