Robot de soudage : les principales étapes pour automatiser la soudure

La soudure est un poste impactant souvent la productivité d'un ensemble. Aussi, la question de l'automatisation se pose.
Quels sont les aspects à prendre en compte dans une réflexion sur l'automatisation du poste soudure dans une industrie sous-traitante ou fabricant de produit propre ?

Comment déterminer le retour sur investissement d'une cellule de soudage robotisé ?

Comment choisir son prestataire ? Quels sont les priorités ?

Pourquoi être aussi attentif à la programmation dans la robotisation ?
 

L'objectif est de voir si les pièces du client sont 'robotisables' en soudage, et la rentabilité du projet. Ainsi, la première étape sera d'analyser la faisabilité et de dégrossir le critère de retour sur investissement en répondant à deux questions :

• Est-ce faisable techniquement avec un robot de soudure ?

• Est-ce rentable d'utiliser une installation de soudage robotisée ?

L'analyse prendra en compte plusieurs aspects :

→ taille des séries
Un minimum de séries est souvent nécessaire pour rentabiliser un robot de soudage.
Il faut donc bien l'analyser car les tailles des séries vont aussi dépendre du temps de cycle nécessaire en soudure sur la pièce. Pour donner une idée, à partir de série de 30 pièces, le robot de soudure peut avoir un intérêt. Ou, s'il n'y a pas de série, un robot de soudage aura un intérêt avec des pièces comportant certaines itérations.
Prenons l'exemple d'une pièce carré qui est produite dans des formats différents mais jamais en série : 50 x 50, 75 x 75, 100 x 100, etc. Ce sont des pièces paramétriques, la robotisation du soudage a donc un intérêt.

→ Il peut également y avoir un intérêt à robotiser des pièces unitaires ou de très petites séries quand le temps de soudure de la pièce en question est conséquent.
 

La question est de déterminer si l'industriel dispose, en amont du soudage, du matériel et de la méthodologie de travail pour fournir au robot de soudure des pièces « soudables » dans un processus d'automatisation. Plusieurs aspects sont à analyser :

→ la répétabilité des pièces,

→ maîtrise du process de préparation des pièces,

→ maîtrise des jeux sur les arêtes à souder.

Répétabilité des pièces
Le premier paramètre va être la maîtrise de la répétabilité des pièces, c'est à dire l'intervalle de tolérance. La répétabilité est donc la capacité à reproduire une pièce à l'identique.
 

Préparation des pièces
Est-ce que l'industriel est capable d'assurer la maîtrise de ses préparations de pièces ? En effet, pour souder un ensemble, l'industriel va avoir plusieurs pièces primaires. Est-il capable de préparer les accostages et les positionnements identiques pour la tenue des pièces sur la table afin de permettre un accrochage avec les outils de soudure ?

Si l'industriel n'a pas encore cette expertise, il devra l'acquérir par la voie d'un recrutement, d'un support spécifique de l'intégrateur du robot de soudure, ou autre. Il s'agit donc d'acquérir de la compétence pour réaliser les gabarits de soudage.

Pour conclure sur ces aspects, des pièces qui ne sont pas répétables ne vont pas tenir et risquent de bouger même si les outillages sont très bien conçus. Et à l'inverse, des pièces répétables avec un outillage qui a un mauvais bridage génèrent, également, des « jeux » sur les pièces à souder. L'ennemi principal sur un robot de soudage est le « jeu » et doit, donc, être limité au maximum.

80 % des problématiques en robotisation soudage sont liées à la pièce et/ou aux gabarits de soudage. Ce sont des éléments d'attention essentiels. Il est incohérent de demander au robot, sur des pièces imprécises, de faire des tâches précises !

Les solutions « palliatives »
Sur de grandes pièces, comme des bennes par exemple, il est impossible d'avoir une bonne répétabilité.

Ainsi, les robots sont, en règle générale, équipés de solutions pour pallier et compenser certaines de ces problématiques. Ce sont des outils logiciels liés à des capteurs qui redéfinissent la position des pièces à souder par rapport à ce qu'elles auraient dû être.

Il s'assure aussi que le cordon soit positionné au bon endroit, par l'intermédiaire de plusieurs solutions comme:
→ le palpage de la pièce avec le fils de soudure ou avec la buse de soudage,

→ la détection par systèmes laser sans contact pour avoir une phase de relocalisation qui est plus rapide et qui évite le contact avec la pièce qui peut entraîner des défauts (fils tordus, boule en fin de cordon sur le fil, etc.).

Il s'agit de solutions "palliatives" qui ne doivent pas dispenser de travailler sur la répétabilité des pièces et la qualité de la préparation.
 

Dans un premier temps, l'industriel peut partir des temps de soudure manuels constatés. Puis dans un second temps, identifier soit par estimation soit en réel les temps de soudage sur les pièces automatisables.

Avec le temps de cycle et l'analyse des pièces automatisables, une première analyse de rentabilité peut être réalisée. Parfois, la prise en compte de l'ensemble des pièces automatisables ne permet pas d'arriver à une rentabilité satisfaisante. Il peut-être intéressant d'isoler uniquement les pièces où le gain est le plus intéressant, ce qui permet parfois d'envisager un robot moins cher, que de répondre à l'ensemble du besoin.
 

La programmation est un temps qui peut être significatif et qui pénalise fortement la productivité d'une cellule automatisée de soudage. C'est aussi un élément à prendre en compte dans un projet d'automatisation de la soudure. Il s'agit non seulement de la programmation du robot, mais également des aspects liés au soudage, comme par exemple les inclinaisons de torches, les paramètres dédiés soudage sur le robot, etc.

Quelques questions à se poser pour évaluer la programmation :
Comment allumer l'arc, comment faire le balayage, comment faire une relocalisation de pièces, comment faire un suivi de joints à travers l'arc sur la pièce, etc. ?
Toutes ces applicatifs qui sont à l'intérieur du robot, mais qui sont dédiés soudage peuvent prendre du temps à programmer.
 

Maîtrise et expérience dans le domaine technique du soudage
Les industriels ont, habituellement, les compétences en soudage nécessaires mais il est nécessaire qu'ils puissent pouvoir échanger, analyser les risques et voir jusqu'où aller en termes d'automatisation sur le soudage.

La matière à souder, l'épaisseur et les normes applicables par rapport au production de l'industriel sont des éléments très importants. Typiquement, les normes dans l'aéronautique et dans le ferroviaire pour les matériels sous pression n'ont pas les mêmes contraintes, encore moins les mêmes exigences techniques. Faire un cordon sur une chaise n'aura pas le même impact que souder un réacteur nucléaire.

Les normes apportent de nombreuses contraintes techniques, tels que la pénétration du bain de soudure, le type d'aspect des cordons, la porosité dans le bain de soudure, etc. Un projet de robotisation soudure nécessite cette expertise, tant chez l'industriel que chez le fournisseur ou intégrateur robot. Le process est prédominant dans la robotisation.

Un service orienté sur le process soudure et sur le robot
Il est important de trouver un prestataire en capacité d'apporter du service avec une double compétence sur le process et sur le robot, tant lors de l'installation, de la formation, et de l'accompagnement, que lors de l'utilisation et de la maintenance.

La maintenance de la partie robot consiste essentiellement :

• au graissage des bras du robot,

• la vérification des piles dans l'armoire de commande du robot,

• au nettoyage de l'armoire de commande du robot.

Et la maintenance de l'installation de soudage est également très importante avec :

• le changement des gaines de passage du fil et des galets de vidage,

• nettoyage de l'installation : poste à souder, dévidoir, torche, gaines, etc.

L'idéal est d'avoir un fournisseur en capacité de faire l'entretien de l'ensemble de la cellule.

La partie 'poste de soudage' est aussi importante que le robot en lui-même. Une maintenance qui n'est pas assurée peut entraîner des contraintes de revues de pièces ou de baisse de productivité.


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