Was ist ein Schweißroboter?

Beim Roboterpunktschweißen handelt es sich um Widerstandspunktschweißvorgänge, bei denen eine Schweißpistole an einem industriellen Roboterarm montiert wird. Der Punktschweißroboterträgt die Schweißpistole, um zwei oder mehr überlappende Bleche über Kupferelektroden zu klemmen und einen hohen elektrischen Strom durch die Bleche zu leiten. Durch den elektrischen Widerstand entsteht an den Kontaktstellen der Bleche Wärme, die einen kleinen Metallbereich zum Schmelzen bringt und ein Schmelzbad bildet. Nach dem Abkühlen und Erstarren entsteht ein Schweißklumpen-nämlich die Schweißverbindung-. Da die Schweißpistole von einem programmierbaren Roboterarm getragen wird, kann der Punktschweißroboter automatisch wiederholte Schweißungen an Hunderten vordefinierter Positionen in strikter Übereinstimmung mit programmierten Anweisungen ohne manuelle Bedienung durchführen und so eine präzise Nachbildung jedes einzelnen Schweißpunkts ermöglichen.

Diese beiden Begriffe werden oft synonym verwendet, doch Punktschweißen ist eigentlich ein Zweig innerhalb der Familie der Widerstandsschweißverfahren, zu der auch Nahtschweißen und Buckelschweißen gehören. Alle Schweißmethoden dieser Kategorie haben das gleiche Funktionsprinzip: Schweißwärme wird durch den inhärenten elektrischen Widerstand von Werkstücken unter Elektrodendruck erzeugt und nicht durch äußere Flammen oder Zusatzschweißdrähte. Das charakteristische Merkmal des Punktschweißens besteht darin, dass jede Schweißnaht nur im Überlappungsbereich der Bleche eine eigenständige punktförmige Verbindung bildet. Der durch einen Punktschweißroboter realisierte automatisierte Schweißmodus ersetzt lediglich den manuellen Betrieb und die feste Positionierung der Ausrüstung, während das grundlegende physikalische Prinzip des Schweißens selbst unverändert bleibt.

Spot Welding Robots

Punktschweißen von Karosserien

Auf dem aktuellen Markt Chinas haben Hersteller kompletter Fahrzeuge verbindliche Prozessspezifikationen herausgegeben, die ein vollständig manuelles Schweißen für Schweißverfahren für Automobilkomponenten verbieten und den vollständigen Einsatz automatisierter Schweißgeräte und industrieller Punktschweißroboter in allen Produktionslinien erfordern. Manuelles Schweißen erfüllt nicht durchgängig einheitliche Qualitätsstandards für Autoteile. Mängel wie fehlende Schweißnähte und unzureichende Verschmelzung können ein ernstes Sicherheitsrisiko für fertige Fahrzeuge darstellen. Ein professioneller Punktschweißroboter ermöglicht es Herstellern, strenge Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit der Qualität und Konsistenzprüfungen der Massenproduktion zu erfüllen.

car body spot welding

Gleichbleibende Schweißnahtqualität

Der Punktschweißroboter führt Programme mit festen Schweißparametern aus. Schweißstrom, Schweißdauer, Bewegungsbahnen und Elektrodendruck werden während des gesamten Prozesses in einem standardisierten geschlossenen Regelkreis ausgeführt. Fehlende Schweißnähte können vollständig eliminiert werden, während die Eindringtiefe und die Schweißabmessungen aller Werkstückchargen äußerst gleichmäßig sind, was eine kontrollierbare, gleichbleibende Schweißqualität gewährleistet.

Hohe Produktionseffizienz

Beim Säulenpunktschweißen ist die manuelle Bedienung durch die menschliche Erreichbarkeit eingeschränkt. Das Schweißen an komplex gekrümmten Oberflächen oder Innenpositionen erfordert wiederholte Demontage, Wiedermontage und Neupositionierung der Vorrichtung, was zu erheblichen Ausfallzeiten führt. Sobald die Vorrichtung in einem einzigen Aufbau eingespannt und positioniert ist, ist der Punktschweißroboter auf eine mehrachsige Verknüpfung angewiesen, um das Schweißen in verschiedenen Winkeln und Positionen durchzuführen, wodurch die Ausfallzeiten für den Vorrichtungswechsel drastisch reduziert werden.

Starke Rückverfolgbarkeit

Die Steuerung des Punktschweißroboters zeichnet Schweißparameter für jeden Schweißpunkt auf und erfüllt so die Anforderungen an die Aufbewahrung von Qualitätsarchiven, die von Automobilfertigungssystemen wie IATF 16949 festgelegt werden.

Sicherer automatisierter Betrieb

Durch die automatisierte Produktion bleiben Bediener hohen Temperaturen, Schweißspritzern und schädlichen Schweißdämpfen fern. Außerdem werden körperliche Belastungen durch die manuelle Handhabung schwerer Schweißzangen vermieden, was die betrieblichen Vorteile des Punktschweißroboters in der industriellen Fertigung voll zur Geltung bringt.

Ein Roboter-Punktschweißarbeitsplatz basiert auf dem koordinierten Betrieb von drei Hauptsystemen: der Schweißpistole, die Schweißkörner formt, dem Industrieroboter, der die Schweißpistole montiert und positioniert, und der Steuerung, die die Roboterbewegung und den Schweißzeitpunkt synchronisiert. Die aufeinander abgestimmte Leistung dieser drei Komponenten bestimmt maßgeblich die Schweißqualität und Betriebsstabilität der gesamten Produktionslinie.

Die leichte pneumatische Schweißpistole ist eine speziell für Punktschweißroboter entwickelte zylinderangetriebene Widerstandspunktschweißzange mit einer Tragfähigkeit von 20 kg für kleine und mittlere Werkstücke. Es weist hauptsächlich zwei gängige Strukturen auf: das Direktdruck-Design vom Typ C- und das Scheren-Design vom Typ X-. Es besteht aus einem leichten Gehäuse und basiert auf einem Pneumatikzylinder zur Abgabe des Schweißdrucks. Es ist mit wassergekühlten Elektrodenarmen, einem pneumatischen Druckregelventil und einem eingebauten Wasserzirkulationskühlsystem ausgestattet und kann für den Betrieb direkt an Hohlhand-Punktschweißrobotern montiert werden.

Das Gesamtgewicht von Schweißpistole, Transformator und Kabeln bestimmt die Nennnutzlast des Roboters. Bei der Modellauswahl müssen drei Schlüsselparameter priorisiert werden:

Nutzlastkapazität: Es muss die vollständige Montage der Schweißpistole mit einem zusätzlichen Sicherheitsspielraum unterstützen.

Arbeitsradius: Stellen Sie sicher, dass die Elektrodenkappe jede Schweißstelle am Werkstück erreichen kann.

Anzahl der Achsen: Bestimmt die Flexibilität des Roboters, Kollisionen mit komplexen Werkstückstrukturen zu vermeiden.

Jeder Roboter-Punktschweißvorgang hängt von zwei Kernelementen ab: dem vierstufigen Schweißzyklus zur Verbindungsbildung und einer Reihe von Schlüsselparametern, die den Schweißprozess steuern. Nur wenn diese beiden Elemente vollständig verstanden werden, kann die Schweißqualität stetig kontrolliert und versteckte Abweichungen in den Prozessparametern vermieden werden.

Durch Widerstandspunktschweißen wird jede Verbindung in vier aufeinanderfolgenden Schritten hergestellt. Die für das Metallschmelzen erforderliche Wärme stammt vom eigenen elektrischen Widerstand des Werkstücks und nicht von externen Flammen oder Zusatzdrähten. Nachdem die Elektroden die Bleche festgeklemmt haben, fließt ein hoher Strom durch die überlappenden Materialien. Aufgrund des Kontaktwiderstands wird an den Stoßflächen Joule-Wärme (I²R-Thermoeffekt) erzeugt, die sich am Schweißpunkt konzentriert und lokales Metall zu einem winzigen Schmelzbad schmilzt. Sobald der Schweißstrom unterbrochen wird, bleiben die Elektroden festgeklemmt, damit das Schmelzbad unter Druck abkühlen und erstarren kann und schließlich ein Schweißklumpen-die eigentliche Schweißverbindung entsteht. Alle weiteren Arbeitsschritte dienen der Erstellung und Formgebung dieser Schweißlinse.

Detaillierte Bedienschritte:

1. Vor-Druckstufe: Elektroden schließen und Klemmkraft steigt auf den voreingestellten Wert.

2. Aktuelle Schweißphase: Schweißstrom wird eingeschaltet und Kontaktflächen der Bleche schmelzen unter Widerstandswärme.

3. Schmiede-Haltedruckstufe: Die Stromversorgung wird unterbrochen, während die Elektroden weiterhin Druck ausüben, sodass das Schmelzbad zu einem dichten Schweißklumpen erstarren kann.

4. Release-Phase: Elektroden öffnen sich und der Roboter bewegt sich zur nächsten Schweißposition.

Eine Kombination von Prozessparametern (auch Schweißplan genannt) entscheidet darüber, ob ein qualifizierter Schweißklumpen gebildet werden kann:

1. Schweißstrom(in Tausend Ampere; der typische Bereich für Stahl liegt bei etwa 8.000 bis 15.000 Ampere): Unzureichender Strom bildet keinen gültigen Schweißklumpen, während zu hoher Strom Spritzer geschmolzenen Metalls verursacht.

2. Vor-Druckkraft(in Hunderten von Newton oder Pfund{0}}Kraft): Unzureichender Druck löst leicht Schweißspritzer aus; Übermäßiger Druck dünnt die Bleche aus und verringert die Größe der Schweißklumpen.

3. Schweißzeit(gemessen in Wechselstromzyklen oder Millisekunden): Für dünne Bleche wird eine kürzere Schweißzeit angewendet, während für dicke Bleche eine längere Schweißdauer erforderlich ist.

4. Haltezeit: Kontinuierlicher Druck nach Stromausfall, um eine vollständige, feste Verfestigung des Schweißobjekts sicherzustellen.

5. Arbeitszyklus: Die maximale Anzahl an aufeinanderfolgenden Schweißnähten, die die Schweißpistole ausführen kann, bevor eine Stillstandszeit zum Abkühlen erforderlich ist, was auch die tatsächliche obere Kapazität der Produktionslinie definiert.

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