용접 작업 현장에서 시간을 보내본 적이 있거나 제조에 관한 쇼를 본 적이 있다면 라인, 레이스, 용접에 있어서 속도가 얼마나 중요한지 아실 것입니다. 하지만 문제는 이렇습니다. 저는 몇 년 동안 모바일 협업 용접 로봇을 판매해 왔습니다. 제가 항상 받는 질문 중 하나는 "로봇이 얼마나 빨리 움직이는지가 실제로 용접 품질을 망치나요?"입니다. 무작위로 나오는 "상황에 따라" 대답이 아닙니다. 그 뒤에는 실제 과학이 있으며, 부품을 태우지 않고 비용을 절감하려는 제조업체라면 이것이 중요합니다.
기본부터 시작해 보겠습니다. 용접 품질은 단지 보기에 좋기만 한 것이 아닙니다(예쁜 용접은 검사에 도움이 되지만). 침투, 융합, 다공성 없음, 스패터 최소화에 관한 것입니다. 로봇의 이동 속도는 용접 풀이 열원(일반적으로 협동 로봇의 경우 MIG, TIG 또는 플라즈마)에 노출되는 시간을 직접 제어합니다. 너무 빠르면 금속이 적절하게 녹거나 용가재(사용된 경우)가 접합부로 흘러 들어갈 수 있는 충분한 시간을 주지 않습니다. 너무 느리면 모재 금속이 과열되어 뒤틀림, 타거나 심지어 균열이 발생할 수 있습니다. 특히 모바일 설정과 고정 암으로 작업할 때 균형이 잘 잡혀 있습니다. 이에 대해서는 나중에 자세히 설명하겠습니다.
속도의 영향을 분석해 보겠습니다. 첫째, 침투: 이는 용접이 모재에 얼마나 깊게 녹는지를 말하며, 이는 구조 부품(농업 장비, 금속 프레임 또는 견고한 브래킷 등)에 대해 협상할 수 없습니다. 로봇이 너무 빨리 움직이면 단위 길이당 열 입력이 떨어집니다. 예를 들어, 용접 전류가 180A이고 전압이 24V인 경우 분당 10인치(ipm) 대 20ipm으로 이동한다는 것은 조인트의 모든 인치에 적용되는 열의 절반을 의미합니다. 얇은 금속은 빠른 움직임으로 도망갈 수 있지만, 두꺼운 강철은요? 압력을 가하면 부러지는 얕고 약한 용접을 얻게 됩니다. 나는 제작자들이 오래된 부품을 사용하여 이것을 너무 빨리 테스트하는 것을 보았으며 매번 풀 테스트 중에 용접이 끊어졌습니다.
그런 다음 융합이 있습니다. 이는 용접 풀이 두 개의 기본 금속 조각을 녹여서 상단에 있는 필러뿐만 아니라 서로 결합하는 때입니다. 느린 속도는 더 많은 열을 발생시키는 데 도움이 될 수 있지만 너무 느리면 "과잉 용접"이 발생할 수 있습니다. 필러가 너무 많이 웅덩이가 되어 모재 금속과 섞이지 않고 부서지기 쉬운 접합부를 생성합니다. 다공성은 용접이 너무 빨리 냉각되거나 주변에 공기가 너무 많을 때 형성되는 또 하나의 크고 작은 가스 거품입니다. 로봇이 올바른 속도로 움직이면 금속이 굳기 전에 가스가 빠져나갈 수 있습니다. 너무 빠르면 거품이 나오기 전에 금속이 식습니다. 너무 느리면 과도한 열이 접합부 안으로 공기를 끌어들일 수 있습니다. 스패터도 마찬가지입니다. 아무도 그것을 청소하는 것을 좋아하지 않습니다. 빠른 속도는 불안정한 아크로 이어져 스패터가 여기저기로 날아갈 수 있는 반면, 느린 속도에서는 아크가 한 자리에 머물게 되어 추가 스패터나 번스루가 발생할 수 있습니다.
이제는 이동식 협동 용접 로봇을 판매하고 있으니, 모빌리티가 이를 어떻게 변화시키는지 이야기해 보겠습니다. 고정 로봇은 한 지점에 볼트로 고정되어 있으므로 작업 영역 전체에서 속도가 일정합니다. 이동식 장치는 바퀴로 굴러가기 때문에 바닥이 완벽하게 평평하지 않거나 부품이 고르지 않은 경우 움직임이 약간 바뀔 수 있습니다. 이것이 바로 모바일 설정에 보정된 속도 제어 기능이 필요한 이유입니다. 로봇이 작업 현장의 작은 물웅덩이를 넘어 속도가 느려지면 그곳에서 번스루(burn-through)가 발생할 수 있고, 충돌로 인해 속도가 빨라지고 한 지점을 건너뛸 수 있습니다. 저는 한때 고정 로봇에서 모바일 공동 용접 로봇으로 전환한 소규모 제조 공장에서 일하면서 "속도가 속도"라고 생각했습니다. 그들은 고르지 않은 바닥에 대해 재보정을 하지 않았고 한 달 동안 부품의 20%를 재작업해야 했습니다. 구간별로 속도를 조정하자 속도가 2% 미만으로 떨어졌습니다.
잠깐만요, 용접 로봇이 다 똑같은 건 아니죠? 우리는 다양한 작업에 대해 다양한 모델을 제공합니다. 예를 들어, 1600 Arm Reach 용접 로봇은 고정 암이 도달할 수 없는 대형 부품에 적합하므로 더 넓은 표면에 걸쳐 일관된 용접을 수행하려면 속도가 중요합니다. 프로그래밍 가능한 협업 용접 로봇을 사용하면 용접 경로당 사용자 지정 속도를 입력할 수 있습니다. 이는 한 부분은 두껍고 다른 부분은 얇은 브래킷과 같이 접합 두께가 다양한 부품의 판도를 바꾸는 획기적인 기능입니다. 단일 크기의 속도만 사용하면 양쪽 끝이 엉망이 됩니다. 또한 당사의 자기 용접 로봇은 용접하는 동안 부품을 제자리에 고정하는 데 적합하므로 로봇의 움직임은 작업 중간에 이동하지 않습니다. 부품 안정성도 속도와 관련이 있습니다. 왜냐하면 부품이 움직이면 로봇이 보상해야 하고 속도가 떨어질 수 있기 때문입니다.
실제 숫자로 들어가 보겠습니다. 우리가 고객과 함께 수행하는 일반적인 테스트는 트레일러용 얇은 강철(1/8인치)입니다. 최적의 속도는 15-18ipm입니다. 25ipm으로 이동하면 침투력이 30% 감소합니다. 부하 테스트 중에 용접이 유지되지 않습니다. 10ipm으로 이동하면 얇은 금속에 번스루가 발생합니다. 더 두꺼운 금속(1/4인치)의 경우 스위트 스팟은 과열 없이 충분한 침투를 얻기 위해 10-12ipm 더 느립니다. 그것은 무작위가 아닙니다. 이는 당사 내부 테스트에서 나온 정보일 뿐만 아니라 미국용접협회(AWS)의 산업 표준에서도 나온 것입니다. 이는 단순한 판매 이야기가 아니기 때문에 항상 확인하는 것이 좋습니다.
또 다른 요소는 이동 각도입니다. 로봇의 속도는 드래그 각도와 푸시 각도로 움직이는 각도와 상호 작용합니다. 푸시 각도(MIG에 공통)를 사용하는 경우 약간 느린 속도가 융합에 도움이 될 수 있지만 드래그 각도에는 터치 속도가 더 빨라야 합니다. 하지만 로봇의 속도가 떨어지면 올바른 각도로도 문제가 해결되지 않습니다. 고객에게 로봇을 "중간" 속도로 설정하고 무시해도 되는지 묻는 경우가 있었습니다. 모든 관절, 모든 부품, 모든 재료에는 속도 조정이 필요합니다. 그렇기 때문에 협동로봇은 대량 생산을 위해 한 번 설정되는 고정 라인 로봇과 달리 부품별로 속도를 조정할 수 있기 때문에 소규모 배치 작업에 더 좋습니다.
일반적인 실수는 어떻습니까? 새로운 로봇 사용자는 종종 더 빠르다 = 시간당 더 많은 부품을 생각하므로 속도가 빨라집니다. 그러나 용접 상태가 좋지 않으면 빨리 작업하여 절약한 것보다 부품을 재작업하거나 폐기하는 데 더 많은 시간을 낭비하게 됩니다. 작년에 한 고객이 기존 로봇으로 시간당 10개의 부품을 생산하고 있는데 3개가 불량품이라고 말했습니다. 그들은 용접 협업 로봇으로 전환하여 각 부품에 정확한 속도를 설정하고 시간당 12개의 부품을 얻었으며 불량률은 2%로 떨어졌습니다. 승리 속도 최적화는 단지 더 빠르게 움직이는 것이 아니라 올바른 속도로 움직이는 것입니다.
그리고 모바일 로봇의 경우 설정 시간도 고려해야 합니다. 로봇을 한 작업 스테이션에서 다른 작업 스테이션으로 이동하는 경우 먼저 작업장 안전을 중심으로 최고 속도로 이동하는 것을 원하지 않지만 부품 근처에 있을 때는 용접 속도로 느려져야 합니다. 우리 로봇에는 부품과의 거리에 따라 속도를 조정하는 센서가 내장되어 있어 추측을 배제합니다. 로봇이 관절에 가까워졌을 때 너무 빨리 움직이는지 더 이상 걱정하지 마세요.
잠깐, 빠를수록 좋은 경우도 있나요? 매우 얇은 재료나 고속 용접 응용 분야에 적합할 수도 있지만 이는 전문적인 것입니다. 대부분의 제작자는 중간 두께의 강철, 알루미늄 또는 스테인리스를 사용하여 작업하므로 속도 일관성이 기본 속도보다 더 중요합니다. 꾸준한 15ipm으로 움직이는 로봇은 용접 절반을 20ipm으로 압축하고 나머지 절반을 8ipm으로 기어가는 로봇보다 낫습니다. 이것이 바로 프로그래밍 가능한 로봇이 빛을 발하는 부분입니다. 전체 용접 경로를 계획하고 매 인치마다 속도를 설정하여 일관성을 유지할 수 있습니다.
그렇다면 용접로봇의 속도를 다루고 있다면 어떻게 해야 할까요? 먼저 각 재료와 부품 두께를 테스트하여 적합한 지점을 찾습니다. AWS 지침을 출발점으로 사용한 다음 자체적으로 수정하십시오. 모바일 로봇을 사용하는 경우 작업 현장에 맞게 보정해야 합니다. 표면이 고르지 않으면 움직임이 방해받을 수 있습니다. 소규모 배치 또는 맞춤형 부품을 작업하는 경우 프로그래밍 가능한 로봇을 사용하여 즉시 속도를 조정할 수 있습니다. 그리고 부품 고정 장치가 부품을 안정적으로 유지하므로 로봇의 움직임이 방해받지 않고 속도를 일정하게 유지하는 데 도움이 된다는 점을 잊지 마십시오.
결국 로봇의 이동 속도는 용접 품질을 좌우하는 핵심 변수입니다. 설정하고 잊어버릴 수 있는 것이 아니지만 모바일, 프로그래밍 가능 또는 자기 모델과 같은 올바른 로봇과 약간의 테스트를 사용하면 시간이나 재료를 낭비하지 않고 일관된 고품질 용접을 얻을 수 있습니다.
용접 설정을 업그레이드하고 로봇 속도가 특정 부품에 어떻게 작용하는지에 대해 이야기하고 싶다면 문의하세요. 유연한 바닥 공간을 위한 모바일 협업 용접 로봇, 대형 부품을 위한 1600 Arm Reach 용접 로봇, 맞춤형 작업을 위한 프로그래밍 가능한 모델 등 귀하의 작업장에 적합한 로봇을 찾는 데 도움을 드릴 수 있습니다.
참고자료:
- 미국용접협회. (2022). 용접에 자동화 및 로봇공학 활용 가이드. AWS D16.1/D16.1M:2022.
- Lin, S., & Eager, TW(2020). 가스 금속 아크 용접에서 용접 비드 형상에 대한 이동 속도의 영향. 제조 공정 저널, 56, 452-459.
- 국제표준화기구. (2019). 로봇 및 로봇 장치 - 산업용 로봇의 안전 요구 사항 - 1부: 로봇. ISO 10218-1:2019.
