Сварочный робот для точечной сварки и дуговая сварка: полное сравнение

Сварочный робот для точечной сварки или дуговой сварки: как выбрать подходящий способ для вашей производственной линии

Согласно отчету World Robotics 2025 Report Международной федерации робототехники (IFR), почти половина всех промышленных робототехнических систем в мире используется для автоматизации сварки. Только в 2024 году было установлено 542 000 новых роботов, и у вас есть два варианта. Что купить: сварочный робот для точечной сварки или робот для дуговой сварки? Ответ зависит от материалов, типа соединения, темпа производства и бюджета. В этом руководстве мы сравниваем дуговую и точечную сварку по всем параметрам, важным для вашего производства, опираясь на стандарты автомобильной промышленности и данные, собранные непосредственно на вашем предприятии за последние три десятилетия развития передовой автоматизации сварки.

Точечная и дуговая сварка: краткое сравнение

Прежде чем подробно рассматривать особенности каждого способа сварки, сравним основные параметры, влияющие на решение о покупке. Оба способа позволяют соединять свариваемые изделия — при точечной сварке металлы соединяются в отдельных точках, а при дуговой образуются непрерывные швы. Однако результаты у них сильно различаются.

Как работают разные способы сварки

Понимание физических принципов каждого способа сварки поможет выбрать подходящую систему роботизированной сварки для ваших задач. Эти способы формируют соединения совершенно по-разному.

Как работает роботизированная точечная сварка

Точечная сварка — разновидность контактной сварки. Два медных электрода зажимают внахлест расположенные металлические листы и пропускают через место контакта сильный электрический ток. Из-за электрического сопротивления в месте контакта температура достигает 6,500F (3,600C), и металл сплавляется. В отличие от дуговой сварки, присадочный металл и защитный газ не требуются. Один цикл роботизированной точечной сварки обычно занимает 0,1–0,5 секунды на точку. Сварочный робот перемещает клещи, электроды зажимают свариваемые изделия, ток подается на несколько миллисекунд, после чего робот переходит к следующей точке. В наших роботизированных сварочных ячейках один 6-осевой робот выполняет 200–300 точек в час в зависимости от сложности деталей. Процесс соответствует автомобильным стандартам качества сварки AWS D8.1M:2021: для стальных листов контролируются давление электродов, параметры тока и размеры литого ядра.

Как работает роботизированная дуговая сварка

При дуговой сварке электрическая дуга расплавляет основной металл и электрод (проволоку или пруток), который служит присадочным материалом. В результате вдоль соединения формируется сплошной шов без зазоров. Дуга возникает между электродом и свариваемым изделием, а температура превышает 6,500F (3,600C). Защитный газ предохраняет сварочную ванну от контакта с воздухом. К распространенным способам дуговой сварки, которые автоматизируют с помощью сварочных роботов, относятся:

• MIG/MAG (сварка в среде инертного газа / сварка в среде активного газа): предпочтительный способ роботизированной дуговой сварки. Подача проволоки, высокая производительность наплавки, сталь и нержавеющая сталь
• Tungsten Inert Gas (TIG): используется неплавящийся вольфрамовый электрод. Этот способ сравнительно медленный, но лучше всего подходит для высокоточной сварки тонкого металла и традиционно — для экзотических сплавов
• Сварка покрытым электродом (SMAW): редко автоматизируется. Применяется в строительстве и при ремонтных работах на выезде, где мобильность важнее темпа производства. Лазерную и плазменную сварку также используют для специализированных задач обработки металла

В серийном роботизированном производстве доля времени сварки — то есть времени, которое робот тратит непосредственно на сварку, а не на перемещение, — составляет от 50 % до 90 %. Это в 4–5 раз выше, чем у сварщика при сварке такого же соединения.

Качество сварки и прочность соединения

Разница в качестве сварки при дуговом и точечном способах особенно важна для несущих конструкций. Каждый способ формирует принципиально разные соединения, что отражается на их способности выдерживать нагрузку. Поскольку сварной шов непрерывный, а нагрузка распределяется по всему соединению, дуговая сварка обеспечивает гораздо более прочные соединения в конструкциях, испытывающих нагрузку. Поэтому при изготовлении большинства металлоконструкций, строительстве мостов и производстве сосудов под давлением применяют дуговую сварку, руководствуясь общепринятыми принципами сварочного проектирования. В автомобильной промышленности контактная сварка подходит для соединения нахлесточных панелей кузова. Ее применяют при сборке кузовов, где требуется прочная конструкция, но не нужно проваривать материал на всю толщину. В стандартном кузове автомобиля насчитывается от 3 000 до 5 000 сварных точек, и каждая должна соответствовать единым требованиям к качеству сварки.

По нашему опыту интеграции сварочных роботов для изготовления металлоконструкций, самый распространенный дефект качества связан не с самим сварочным роботом, а с оснасткой. Робот точно повторяет то, чему его обучили. Если сварочное приспособление каждый раз удерживает деталь по-разному, роботизированная сварочная система стоимостью $200 000 будет так же воспроизводить эти отклонения в качестве сварки. — Инженерная команда Zhouxiang, более 30 лет опыта в автоматизации сварки

Скорость производства и длительность цикла

Для производителей, выбирающих роботизированную сварку, скорость производства часто становится решающим фактором. Точечные и дуговые сварочные роботы работают в совершенно разном темпе, а выбор зависит от геометрии деталей и требуемого объема выпуска. При очень больших объемах производства точечная сварка роботами, выполняемая за миллисекунды, занимает основную часть цикла. Это связано с тем, что сварочный робот тратит большую часть времени на перемещение к разным точкам, а не на сварку. В опубликованном исследовании по оптимизации роботизированной контактной точечной сварки общее время цикла сократилось на 13 % — с 532 секунд до 464 секунд — благодаря простой перестановке точек сварки. При дуговой сварке роботы работают иначе. Скорость обработки детали зависит от фактической скорости перемещения (около 150–800 mm/min при сварке MIG), скорости подачи проволоки и числа проходов. Для более толстых соединений требуется больше проходов, что быстро увеличивает длительность цикла. В нашей системе роботизированной сварки с напольной рельсовой системой один 6-осевой робот может за одну установку пройти шов длиной 6-meter, сокращая время на перемещение между элементами металлоконструкции.

Совместимость с материалами и диапазон толщин

Ошибка при выборе способа сварки с учетом материала может обойтись очень дорого. При контактной точечной сварке электроды проводят ток через металлические свариваемые изделия, соединяя их нагревом. Поэтому этот способ применим только к электропроводным металлам, которые можно зажать между электродами. Дуговая сварка подходит для более широкого круга задач. На долю автомобильной промышленности приходится большая часть применения точечной сварки в мире. В современных кузовах автомобилей сочетаются разные марки стали и нержавеющей стали, в том числе отдельные виды AHSS. В руководстве по применению AHSS приведены параметры контактной точечной сварки для этих материалов. Дуговая сварка применима к гораздо более широкому кругу задач. Сварочные роботы могут работать с черными и цветными металлами — от тонкого листа менее 1mm (сварка TIG) до массивных несущих элементов толщиной более 50mm (многопроходная сварка MIG), включая сталь, алюминий, медные и никелевые сплавы.

Сравнение стоимости: роботизированная точечная и дуговая сварка

Общие инвестиции в роботизированную сварочную ячейку значительно превышают стоимость сварочного робота для точечной или дуговой сварки. Периферийное оборудование, технологическая оснастка, интеграция и текущие затраты на расходные материалы заметно влияют на стоимость этих двух способов автоматизации сварки. Из-за тяжелых сварочных клещей и трансформатора для точечной сварки часто требуются более дорогие манипуляторы с высокой грузоподъемностью (150–250 kg), что увеличивает стоимость робота. В роботах для дуговой сварки обычно применяются более легкие манипуляторы с грузоподъемностью 6–20 kg, поскольку сварочная горелка сравнительно легкая. Промышленные роботы поставщиков, таких как FANUC, ABB и Yaskawa, выпускаются в конфигурациях для обоих способов сварки. Однако эксплуатационные расходы на дуговую сварку выше. Расходы на проволоку, защитный газ и замену контактных наконечников складываются. Предприятие, работающее в две смены, может тратить $8 000–$15 000 в год на расходные материалы для дуговой сварки, тогда как на правку и замену наконечников электродов для точечной сварки уходит $2 000–$5 000. Мы начинаем расчеты стоимости для клиентов с анализа самого свариваемого изделия: материала, толщины, типа соединения и объема производства. Затем подбираем роботизированную сварочную ячейку под эти требования. Предприятия, обрабатывающие более 500 одинаковых изделий в день на линиях автоматизации сварки, обычно окупают инвестиции менее чем за 18 месяцев благодаря сокращению трудозатрат и объема доработки.

Как выбрать подходящий сварочный робот

Выбор между сварочным роботом для точечной сварки и роботом для дуговой сварки зависит от четырех критериев. Наши инженеры применяют эту систему оценки в проектах автоматизации сварки для клиентов из более чем 50 стран.

• ✔
  Шаг 1 — материал и толщина: Если нужно сваривать листовой металл толщиной менее 3 mm внахлест, оптимальным выбором будет точечная сварка. Для более толстых материалов или непрерывных швов выбирайте дуговую сварку.
• ✔
  Шаг 2 — тип соединения: Точечная сварка подходит только для нахлесточных соединений. Для стыковых, угловых, тавровых или кромочных соединений нужен робот для дуговой сварки.
• ✔
  Шаг 3 — объем и скорость: Для крупносерийной сборки с сотнями точек сварки на одно изделие (кузовные панели автомобилей, корпуса бытовой техники) точечная сварка обеспечивает непревзойденную скорость. Для небольшого числа длинных швов эффективнее дуговая сварка.
• ✔
  Шаг 4 — требования к герметичности: Если соединение должно быть газо- или жидконепроницаемым (сосуды под давлением, баки трансформатора, трубопроводы), подходит только дуговая сварка. Между отдельными точками при точечной сварке остаются зазоры.

Нередко предприятию нужны оба способа. На автомобильном заводе роботы для точечной сварки могут работать на линии сборки кузова, а роботы для дуговой сварки — на участках изготовления рам и выхлопных систем. Это два разных способа сварки, применяемых на одной производственной линии для разных операций.

Часто задаваемые вопросы