Soldagem robótica versus soldagem manual: produtividade, qualidade e custo comparados

Uma das maiores decisões de capital e trabalho que uma oficina de metal pode tomar é se deve automatizar sua soldagem com um robô ou fazer com que seus soldadores façam isso manualmente. O impacto na linha inferior pode ser sentido a cada mudança na forma de equipamento de capital não utilizado ou de trabalhadores com habilidades subutilizadas. Este artigo examinará as especificidades da soldagem robótica versus soldagem manual utilizando dados de produção, pesquisa independente e benchmarks de custos reais para permitir que você analise as duas técnicas de soldagem usando as únicas métricas reais: rendimento, qualidade da solda, custos e segurança do trabalhador.

O que separa a soldagem robótica da soldagem manual?

A soldagem robótica envolve o uso de um braço robótico programável com uma tocha de soldagem presa a ele que realiza soldas em um caminho especificado Seu braço robótico segue continuamente o mesmo ciclo depositando repetidamente metal de enchimento e mantendo uma velocidade de deslocamento constante, comprimento do arco e taxa de alimentação de fio Normalmente, um robô de 6 eixos, juntamente com um posicionador, poder de soldagem, alimentador de fio e gabinete de segurança, constituirão uma célula de soldagem robótica.

A soldagem manual é realizada por um soldador humano que guia a tocha em sua mão fazendo ajustes em tempo real para ângulo, velocidade de deslocamento, entrada de calor, etc. após observação e sensação do processo A soldagem requer muitos anos de treinamento antes que a eficiência, qualidade e consistência sejam obtidas A eficiência do soldador pode estar sujeita a variações dependendo da fadiga, ambiente, posicionamento das juntas e acessibilidade.

Esta divisão também está aumentando. O Relatório IFR World Robotics 2024 observa que 52.000 robôs industriais foram instalados globalmente em 2024 mais do dobro dos dez anos anteriores A união e a soldagem representam 211TP3 T de todas as aplicações de robôs, perdendo apenas para o manuseio de materiais.

Enquanto isso, o Sociedade Americana de Soldagem (AWS) prevê que os Estados Unidos exigirão 320.500 novos soldadores até 2029, com cerca de metade da força de trabalho atual se aproximando da aposentadoria.

Ambos os fatores aumentam a automação e diminuem o pool de mão de obra qualificada e a condução de pontos de trabalho podem questionar se a soldagem manual pode apoiar seus processos de fabricação.

Produtividade: Arc-On Time, Cycle Speed e Throughput

Arc-on tempo fica como o único maior benefício de produtividade na soldagem robótica em comparação com a soldagem manual a porcentagem do turno de trabalho que a tocha está depositando metal de solda Os soldadores manuais passam a maior parte de seu turno fazendo tarefas não soldadas: encaixe de peças, reposicionamento, moagem, descanso Um sistema robótico corta a maior parte do tempo ocioso para fora (soldagem robótica) poderia realisticamente triplicar sua produção diária em juntas repetitivas.

A Estudo comparativo da Universidade de Dakota do Norte comparou um robô de soldagem colaborativo a soldadores manuais experientes que executam juntas semelhantes e descobriu que o tempo de ciclo era 391TP3 T menor em soldagens avançadas com o robô Uma célula robótica em uma oficina de produção de alto volume, executando dois turnos, pode igualar a produção de soldagem de quatro ou cinco estações manuais, sem qualquer despesa com a taxa de prêmio de horas extras ou efeitos indiretos do absenteísmo.

Dito isto, os números de produtividade são muito sensíveis à complexidade da peça e ao tamanho do lote É a vantagem da soldagem automatizada que o mesmo programa pode ser usado para centenas ou milhares de peças idênticas Para trabalhos irregulares, o tempo de programação para o caminho do robô pode levar mais tempo do que o tempo de soldador qualificado para executar a tarefa manualmente, que é onde a soldagem manual ainda pode proporcionar uma volta mais rápida.

Qualidade da solda e taxas de defeitos comparadas

A integridade da solda é onde a soldagem robótica excede a soldagem manual e traz a maior vantagem A robô soldagem não fica fatigado ou distraído e, ao contrário da soldagem manual, mantém a consistência desde a primeira solda da manhã até a última solda antes da mudança de turno Todo cordão segue o mesmo padrão de velocidade de deslocamento, padrão e entrada de calor programado no sistema de soldagem.

Conforme relatado em pesquisa de fabricação revisada por pares publicada pela Springer, 0, taxas de defeito de soldagem situam-se entre 8-12 por cento para soldagem manual e manter estável em 2-31TP3 T para soldagem robótica Com aplicações de soldagem TIG da indústria automotiva usando monitoramento de arco em tempo real taxas de defeito foram identificados como 0.51TP3 T. An Automatize o estudo de caso.org ilustrou como os robôs da série Kawasaki R alcançaram repetibilidade de caminho com 0,05 mm em cada local de solda, produzindo assim geometria de esferas idêntica em milhares de peças idênticas.

Alcançar esse grau de precisão robótica em um soldador humano é fisicamente impossível de alcançar ao longo de um turno de oito horas A fadiga muscular se desenvolve, e pequenos desvios formam o ângulo da tocha ou velocidade de deslocamento levando a inconsistências no perfil de penetração Resultado: mais retrabalho, materiais desperdiçados e mais tempo gasto na inspeção pós-soldagem.

Análise de custos, ROI e economia de longo prazo

O custo inicial de um sistema de soldagem robótica está no topo da lista das maiores preocupações dos fabricantes em cima da cerca; e, é um obstáculo significativo Mas, por si só, olhando para os custos sem incluir o comprimento do retorno, a economia de mão-de-obra ou a eficiência dos consumíveis, olha para a imagem meio vazia.

A maioria dos fabricantes de volume médio a alto reivindica amortização total dentro de 12 a 24 meses. É importante notar que essas economias de custos são realizadas em três direções simultaneamente: a automação reduz os custos de mão de obra (é necessário até 50% menos operadores de soldagem); a maquinaria de soldadura robótica desperdiça menos fios e gás por junta; e menos peças precisam de retrabalho. A General Motors afirma que os seus sistemas robóticos nas suas linhas de soldadura levaram a um aumento de 30% na produtividade e a uma queda de 20% nos custos operacionais.

“Nas experiências que tivemos com fabricantes de aço estrutural e grandes construtores de máquinas, o ROI mais rápido para células de soldagem robótica é em lojas que fazem mais de 500 peças semelhantes por semana No entanto, pelo menos 200 peças por semana, se pagaria na redução do retrabalho em dois anos.”

Equipe de Engenharia de Zhouxiang

Um fator de custo que muitos tendem a esquecer: as máquinas de solda de nível básico em 2025 custarão cerca de 401TP3 T menos do que as similares foram precificadas em 2020. o preço continua a tendência na direção da automação, enquanto o oposto se aplica à mão de obra.

Segurança no local de trabalho, reduzindo riscos por meio da automação

Todos os processos de soldagem produzem riscos que representam riscos para os funcionários. O Administração de Segurança e Saúde Ocupacional (OSHA) aponta perigos potenciais como os perigos de fumos de soldagem, queimaduras de radiação ultravioleta, choque elétrico, e os riscos de incêndio estão principalmente presentes em operações de soldagem manual Movendo o soldador humano longe do arco endereços a maioria desses riscos diretamente processos de soldagem automatizados mudar o perigo de pessoas para máquinas de soldagem robótica fechada.

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  Robô de exposição a fumos metálicos opera dentro de uma célula fechada com extração dedicada.
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  Queimaduras por radiação UV e infravermelha O operador permanece fora da zona do arco.
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  Tensão repetida e condições musculoesqueléticas - sem posicionamento estranho prolongado.
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  Queimaduras por respingos e metal quente (separação física da operação de soldagem)
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  Lesão ocular devido ao sistema robótico de arco elétrico gerencia automaticamente a posição da tocha

De acordo com Pesquisa em ergonomia do CDC/NIOSH, os distúrbios musculoesqueléticos relacionados ao trabalho constituem a maior parcela das lesões perdidas durante o dia de trabalho, representando 29% de todas as lesões e 34% dos pedidos de indenização dos trabalhadores e custando aos empregadores dos EUA 20 bilhões de dólares por ano Os soldadores manuais são propensos a esse tipo de lesão porque seu trabalho envolve manter o braço acima, configurações de joelho dobrado e movimentos repetitivos das mãos/pulsos por longos períodos de tempo Com sistemas robóticos, o trabalho mais extenuante é deslocado com sucesso do ser humano para a máquina, para que o operador possa gastar mais tempo carregando peças, inspecionando soldas e manuseando o próximo conjunto de peças.

Quando a soldagem manual é a melhor escolha

Existem aplicações em soldagem onde os contras da soldagem robótica superam os benefícios A soldagem manual tem benefícios inegáveis em muitas situações em que a automação, incluindo o soldador robótico, simplesmente não é adequada.

• Campo e no local de trabalho-instalação de tubulação, montagem de aço, montagem de estaleiro, e manutenção da instalação são muitas vezes realizadas em locais onde levar uma célula robô para o local de trabalho não é viável Um bom soldador e uma máquina portátil fazer as coisas acontecerem.
• Pequenas tiragens e one-offs (One-offs) Para uma soldagem única, ou cinco peças, a programação e a configuração de um robô levam mais tempo do que a soldagem real A soldagem manual é melhor quando o número de peças é baixo.
• Geometrias irregulares e ajustes ruins (peças) irregulares que possuem tolerâncias soltas, “turkey-wings” ou tipos de bordas irregulares precisam da adaptabilidade dinâmica da qual um soldador humano é capaz.
• Reparação e manutenção de soldagem (Repairing and maintenance) Reparar uma peça fundida rachada ou preencher uma cicatriz superficial tem uma série de pontos de decisão não triviais associados à entrada de calor, escolha do enchimento e sequência de solda, cada um dos quais variará dependendo das circunstâncias.
• Orçamento limitado, volume incerto (volume incerto) Se o investimento inicial num sistema de soldadura robótico não se paga, seja pela eficiência ou pela melhoria da qualidade, então o volume de produção é incerto ou está a diminuir.

Tornar a decisão um quadro prático para os fabricantes

Para agir em vez de abstratamente, caminhe pelos seguintes pontos de verificação concretos “rápidos e sujos do seu ambiente de produção atual:

Se quatro ou mais se aplicam, então a soldagem robótica provavelmente fornece um ROI positivo dentro de dois anos Se três se aplicam, então a soldagem robótica manual ou em uma configuração cobot pode ser a melhor abordagem à medida que seus volumes aumentam a diferença entre configurações robóticas e manuais encolhe consideravelmente com um soldador robô que roda em um programa de ensino-pendente.

Apelamos a lojas de fabricação de todas as formas de todas as formas ao longo de seu caminho de automação & size de robô one-offs comprar uma primeira vez para empresas ou mais células de soldagem As lojas de sucesso normalmente começam com alta volume parte família, demonstrando a economia para uma célula em primeiro lugar, e depois escalando-se Automatizar tudo de uma vez é o erro mais comum que vemos.

Equipe de Engenharia de Zhouxiang

Perguntas frequentes