O que é e como funciona a solda robotizada?

Quem trabalha com solda conhece bem a solda robotizada. Esse processo tem uma série de vantagens e diferenças sobre o processo manual, o que pode gerar dúvida entre gestores e operadores. Afinal, o que é soldagem robotizada e como ela funciona?

A Sumig entende que esse é um assunto importante e criou este artigo com todas as informações sobre o tema. A empresa é comprometida com o sucesso de seus clientes e entrega mais do que qualidade e tecnologia: é uma verdadeira parceira das empresas atendidas.

Boa leitura!

Uma pequena viagem no tempo

Antes de nos aprofundarmos sobre o que é soldagem robotizada, é preciso entender seu contexto.

Na escola, os alunos estudam as Revoluções Industriais – em especial as duas primeiras. Elas ajudam a compreender a evolução dos processos fabris, desde o uso da energia a vapor (Indústria 1.0) até a comunicação de máquinas com outras máquinas (Indústria 4.0).

No meio de tantas modificações, veio a automatização dos processos fabris. Essa é uma prática que existe desde a Indústria 3.0, ou seja, a Terceira Revolução Industrial. Foi a transferência do trabalho de um colaborador para uma máquina que tornou o espaço mais seguro e eficiente.

No entanto, nem todas as empresas fizeram essa transição. Estima-se que 50% das empresas do mundo ainda trabalham no modo manual, ainda na Indústria 2.0. Para esses empreendimentos, falta mais do que vontade, faltando ofertas de produtos com custo-benefício adequado, possibilidades de crédito e incentivo de uso.

A Indústria 4.0

Também é preciso olhar para o presente. A Quarta Revolução Industrial (Indústria 4.0) surgiu em meados de 2010 e já ultrapassou as barreiras do setor tecnológico: algumas empresas de segmentos industriais mais tradicionais também já estão colocando em prática essas vantagens.

É fácil entender o que leva as corporações a darem esse passo. Essa nova etapa deixa a indústria ainda mais automatizada, de forma que as máquinas dotadas de sensores conseguirão se comunicar entre si e, assim, tornar o processo ainda mais eficiente. No caso da soldagem, por exemplo, o operador passa a acompanhar todo o processo sem precisar estar no mesmo lugar do robô.

Isso é possível graças a um dispositivo móvel do próprio operador. Os dados ficam armazenados em nuvem, permitindo que todos envolvidos no processo fiquem a par do trabalho que está sendo realizado. Essas informações podem ser usadas por outra máquina para saber as condições da peça recém-feita e realizar novos ajustes para o próximo processo a ser realizado na peça.

Desta forma, as empresas que ainda não aderiram aos conceitos da Indústria 4.0 ou não querem saber como funciona a soldagem robotizada precisam ficar atentas. A tendência é a perda de competitividade ao não investir na eficiência monitorada. Os clientes estão cada vez mais exigentes e querem velocidade na tomada de decisão e na entrega de produtos.

O que é e como funciona a soldagem robotizada?

Solda robotizada é um processo automatizado que utiliza robôs para realizar a soldagem de peças e componentes, aumentando a eficiência e precisão do processo. É um conjunto constituído basicamente por um braço robótico, uma fonte de energia, um alimentador de arame e uma tocha de solda. 

Além disso, podem ser integrados com posicionadores móveis para movimentações de peças, trazendo ganhos de produtividade no processo. 

É automatizar a operação de soldagem, geralmente com os processos MIG/MAG, TIG e arame tubular. A maioria das operações de soldagem é feita manualmente e com o uso de robôs ou de células para soldagem robotizada. Obtêm-se muitos benefícios diretamente relacionados aos custos da operação.

Em linhas gerais, a soldagem robotizada envolve o uso de robôs para executar processos de soldagem de maneira automatizada. No entanto, isso não significa o fim do operador. Quando falamos sobre o que é soldagem robotizada, entendemos que existem dois tipos:

1. Soldagem semiautomática

O soldador controla todo o processo por meio de braços mecânicos. Isso mesmo: ele fica fisicamente distante da operação e também longe dos riscos da solda manual.

Como esse assunto está em alta, a maioria das técnicas de soldagem semiautomática é de dispositivos robóticos que controlam os movimentos, intensidade, ciclo da tocha e o posicionamento da peça soldada. Cabe ao soldador atuar no suporte a essa máquina, preparando o objeto para a solda e supervisionando o processo.

2. Soldagem automática

Neste caso, os robôs fazem tudo. Isso inclui o deslocamento da peça, a realização de cortes nas juntas, o posicionamento e a movimentação da tocha e a soldagem em si. O processo vai além, incluindo o monitoramento do processo e a verificação da qualidade do cordão de solda.

Nesses casos, muitas empresas usam células de soldagem robotizada. Elas são formadas por alguns elementos, como robô, fontes de soldagem, giros, entre outros. Todas são acompanhadas de enclausuramento e sensores responsáveis pela segurança do operador – conforme as normas NR 10, 12 e 17.

No entanto, isso não significa o fim dos operadores. Como veremos, esse profissional ainda é de extrema importância dentro do ambiente fabril.

Como funciona a solda robotizada?

O emprego do robô tem como objetivo principal levar a tocha até a posição da junta a ser soldada. Uma vez que programado, ele tem a capacidade de manter a posição dos pontos demarcados, garantindo repetibilidade no processo. 

Porém há ambientes fabris onde as etapas anteriores à solda geram peças com variação dimensional aleatória. Para esses casos, faz-se necessário o emprego de sensores para auxiliar na correção da posição de soldagem. Os mais utilizados para correção dimensional são:

• Localizador de junta a laser, no qual um scanner a laser faz uma varredura na superfície até encontrar a junta para, então, corrigir a programação do robô, 
• Localizador por toque do arame, onde a ponta do arame varre a superfície até encontrar a posição de junta e, então, corrigir o posicionamento antes de começar a soldar;
• Seguidor de junta a laser, onde diferentemente dos anteriores, a correção do cordão de solda é feita em tempo real, diferindo dos demais, nos quais a etapa de localização é feita antes da soldagem. 

A fonte de energia tem função de fornecer a corrente e a tensão necessária para a fusão dos materiais durante o processo. As fontes mais modernas do mercado possuem recursos que permitem que os parâmetros sejam personalizados para cada item a ser produzido, tornando a soldagem precisa e limpa, o que reduz consideravelmente a quantidade de respingos. O alimentador de arame tem a função de conduzir o arame, do carretel ou barrica, até a tocha, com velocidade de condução parametrizada, para garantir o tamanho de cordão de projeto.

A tocha de solda é um dispositivo acoplado no manipulo do robô. Tem por função a união dos componentes necessários para a execução da solda, tais como o arame, o gás de proteção e a corrente elétrica, esta por sua vez é transferida ao arame através do bico de contato. Existem muitas configurações de tochas no mercado, desde modelos robustos para solda com grandes correntes e uso intenso, cujos dimensionais seriam impraticáveis para solda manual, até modelos com grande angulação e bocais estreitos, indicados para conjuntos com geometria complexa e difícil acesso.

Com o uso de robôs dedicados para essas operações, os parâmetros e variáveis principais do processo de solda utilizado são inseridos no sistema controlador via comandos associados à operação. Esses comandos, controlados por softwares, microprocessadores e outros recursos de mecatrônica, geram movimentos de um manipulador, conhecido como robô.

Componentes da solda robotizada:

• Fonte de energia;
• Consumíveis;
• Robô;
• Acessórios;
• Unidade controladora.

Benefícios da soldagem robotizada

Agora que você já sabe o que é e como funciona a soldagem robotizada, é hora de entender seus principais benefícios. Entre eles, a produtividade: a soldagem robotizada não tem tempo ocioso e mantém o ritmo de trabalho conforme o programado. Isso possibilita uma programação da área de fabricação com um tempo de ciclo confiável e controlado.

A qualidade é outro fator que chama a atenção neste assunto, pois a soldagem robotizada mantém a uniformidade do processo de soldagem. Logo, evita que as peças tenham resultados diferentes entre si.

Além disso, existe uma redução significativa nos custos em relação ao processo convencional de soldagem. Isso acontece em três principais pontos:​​​​

• Maior agilidade no tempo de execução do processo de soldagem: devido ao ritmo de trabalho que o robô executa a soldagem. Como vimos, esse ritmo é constante, uma vez que o robô é programado;
• Redução no volume de consumíveis: após programação e validação dos parâmetros de soldagem, como corrente, tensão e vazão de gás, por exemplo, eles se mantêm constantes e estáveis durante sua aplicação. Ao contrário do processo manual, não são sujeitos a mudanças contínuas, garantindo um uso racional de arame, gás e demais itens relacionados ao processo de soldagem;
• Redução de trabalhos posteriores à soldagem: este fator está diretamente ligado à qualidade da soldagem desempenhada pelo equipamento. Apenas com um parâmetro bem ajustado e aliado com a tecnologia, temos a possibilidade de evitar retrabalhos e operações posteriores. Por exemplo, a limpeza do conjunto soldado para retirada de respingos.

Por fim, existe melhora na qualidade da solda. Isso acontece graças ao padrão nos parâmetros de soldagem e nos resultados obtidos, mencionados anteriormente. A evolução tecnológica do equipamento utilizado também traz benefícios: uma fonte de soldagem robotizada possui muitas funções e ajustes finos que possibilitam o alcance de resultados esperados. Assim, é possível trabalhar com diversas ligas e com diferentes combinações de gases e arames.

Entender o que é soldagem robotizada é benéfico especialmente para quem trabalha com itens que devem possuir tolerâncias dimensionais controladas. Nesses casos, a quantidade de material depositado e sequência de soldagem, após validação, garante que todos os conjuntos soldados sejam executados igualmente.

Outras vantagens da solda robotizada

As vantagens que a solda robotizada oferece em relação à solda manual podem ser facilmente percebidas em comparação a peças soldadas manualmente. Dentre as vantagens, podem ser destacadas:

• Precisão: os robôs são programados para executar soldas com alta precisão, garantindo a qualidade e consistência das junções;
• Eficiência: os robôs podem trabalhar de forma contínua, sem pausas, aumentando a produtividade e reduzindo o tempo de produção;
• Segurança: ao utilizar robôs, é possível reduzir a exposição dos operadores a ambientes perigosos e tarefas arriscadas, melhorando a segurança no trabalho.
• Rastreabilidade: com a soldagem robotizada, é possível obter registros precisos e detalhados das soldas realizadas, facilitando o controle de qualidade e rastreamento em caso de necessidade.

Outras vantagens são:​​​​​

• Aumento expressivo da produtividade;
• Forte redução dos custos associados aos custos de mão de obra utilizados em operação manual;
• Aumento e repetibilidade da qualidade nas soldas executadas;
• Melhora o ambiente e a segurança para os soldadores;
• Redução de custos global das operações executadas manualmente.

Tipos de solda

Os principais tipos de solda empregados no processo de solda robotizada são: solda a arco elétrico (MIG/MAG) e TIG. 

O processo de solda MIG/MAG envolve a utilização de um arco elétrico para fundir o metal de base e o metal de adição, que é alimentado continuamente por um arame. O gás de proteção é utilizado para evitar a contaminação do metal fundido pela atmosfera circundante. O mecanismo de alimentação de arame é montado junto ao robô, que, por ser dedicado a solda, costuma possuir um design que favoreça a montagem e reduz o dano por torção dos conduítes. O gás de proteção possui vazão controlada pelo robô para que haja um controle maior na liberação, economizando o consumível.

O processo de solda TIG (Tungsten Inert Gas) utiliza um eletrodo de tungstênio não consumível para produzir um arco elétrico que aquece e funde o metal de base. O arame é adicionado externo ou paralelo à tocha. Este processo é indicado para trabalhos com baixa espessura de chapas, ligas não ferrosas e inoxidáveis, e para aplicações em que é exigido apelo estético. O robô é programado para posicionar o eletrodo, controlar a alimentação do metal de adição e movimentar-se de acordo com o caminho de soldagem desejado. Isso permite uma maior precisão, repetibilidade e velocidade na soldagem, além de reduzir a necessidade de intervenção humana direta. A solda TIG robotizada é amplamente utilizada na indústria automotiva, fabricação de estruturas metálicas e outros setores em que a automação é desejada para aumentar a eficiência e qualidade do processo.

No mais, geralmente, os processos de solda por fusão são os mais utilizados nas operações robotizadas. A seguir os processos de solda mais utilizados;

• Soldagem por resistência ou a ponto

• Solda MIG/TIG
• Soldagem TIG
• Soldagem laser

 

• Soldagem híbrida (uma combinação dos processos laser e MIG/MAG)
   

Como e onde aplicar soldagem robotizada na sua empresa

Quando falamos em como funciona a soldagem robotizada, é preciso levar em consideração a aplicação dentro das empresas. Quais são os pontos que podem indicar chances de robotização?

O primeiro fator a ser investigado são as peças seriadas, independentemente da quantidade. Mesmo com um pequeno volume de peças por lote, esse fator permite que o cliente possa ter vários dispositivos dedicados para cada modelo de peça a ser fabricado. Isso garante ao produto final um maior índice de repetibilidade na qualidade e padronização na soldagem robotizada. Outro ponto que indica a necessidade de soldagem robotizada é grande quantidade de solda a ser depositada em operações como:

• Revestimento;
• Soldagem de grandes juntas;
• Outras aplicações severas.

Nesses casos, o processo de soldagem manual é desgastante, árduo e oferece riscos ao operador devido ao tempo de exposição ao arco elétrico.

Quais as aplicações típicas para uso de soldagem robotizada 

São diversos os segmentos e aplicações que podem se beneficiar da soldagem robotizada. Hoje, o uso de robôs é enxergado tanto para uso em peças de alto volume e repetitivas em dimensões e materiais como para uso em operações de peças com diferentes dimensões, mas que exige um elevado grau de precisão e integridade da solda executada.

Soldas que causam fadiga ou colocam em risco a saúde do soldador e soldas de componentes que executam operações de alto desempenho operacional (peças de plataforma de petróleo, por exemplo) também são consideradas para se implementar soldagem robotizada.

A soldagem robotizada tira a mão de obra do soldador do mercado?

Pelo contrário. É fundamental ter a célula robotizada operada por um soldador, pois é ele, ou ela, que pode avaliar, e sempre que necessário executar, as correções dos parâmetros e variáveis utilizados no processo de solda. O aprendizado em operar uma célula robotizada é rápido, e, no máximo em uma semana, o soldador pode ser capacitado para operar uma célula robotizada.

Podemos afirmar que a implementação da robotização para soldagem necessita de mais profissionais na operação?

Sim, certamente. A empresa precisa ter em seu quadro profissionais para manutenção, projetista de dispositivos e talvez profissionais formados em soldagem, como tecnólogos, engenheiros ou inspetores nível 1.

Portanto, a empresa que optar em substituir as operações de soldagem executadas manualmente, além dos enormes benefícios financeiros causados pelo aumento da produtividade e na redução dos custos, pode ser mais competitiva em seu segmento, aumentando a carga de horas disponíveis para produzir mais peças e gerando mais empregos.

Investir em robotização é muito caro para pequenas e médias empresas?

Aqui, precisamos dedicar um espaço para falar sobre soldagem robotizada para pequenas e médias empresas. Até pouco tempo atrás, fazer esse tipo de aposta era muito caro, o custo de uma célula robotizada começava em R$ 1 milhão.

Felizmente, o cenário mudou nos últimos anos. Dependendo do caso, o processo de robotização de uma empresa pode começar com cerca de 30% do valor que era necessário antigamente. Além disso, o mercado conta atualmente com muitas linhas de crédito nessa área. Algumas máquinas de soldagem da Sumig, por exemplo, podem ser adquiridas via financiamento no BNDES.

E por que isso é tão importante? Porque a robotização é uma questão de sobrevivência. A profissão de soldador manual está cada vez mais rara. A American Welding Society afirma que haverá escassez de 375 mil profissionais até 2023, uma tendência que se reflete no mundo inteiro.

Diante dessa realidade, acredita-se que, em pouco tempo, tudo o que for produção seriada invariavelmente terá de ser feito por meio da robotização, seja para atingir um nível de produção maior ou por falta de mão de obra.

Fim dos empregos?

Chegamos, então, a um tópico delicado dentro do universo de o que é soldagem robotizada. Com a chegada dos robôs dentro do ambiente fabril, muitos profissionais se perguntaram se os seus empregos estavam ameaçados.

Mas a Federação Internacional de Robótica mostrou que, na verdade, o contrário aconteceu. Um estudo publicado pelo órgão em 2017 mostrou como os robôs impactam no ambiente de trabalho. Com a padronização de processos industriais através da adoção de robôs, cresceu a demanda por profissionais mais qualificados, impactando positivamente os salários oferecidos.

Ou seja, quando os robôs assumiram posições de trabalho consideradas repetitivas e perigosas, os operadores puderam se especializar nas áreas de atuação. Além de melhorar a segurança e automação na operação, isso fez com que os profissionais ganhassem mais e tivessem melhor qualidade de vida.

É importante reforçar que a mão de obra humana sempre vai ser necessária. Os robôs não possuem características essenciais para o sucesso de uma empresa: habilidades criativas e conexão emocional. Dentro de uma gestão de cadeia de suprimentos, por exemplo, robôs não seriam capazes de negociar mais materiais ou a extensão de um prazo.

Por isso, conhecer como funciona a soldagem robotizada é levar mais qualidade e produtividade para toda a cadeia de produção. Se você tiver qualquer dúvida sobre esse assunto, entre em contato com a Sumig. A empresa é especializada em soluções para solda e corte, sendo a maior fabricante de tochas de solda robotizada MIG/MAG, TIG, corte plasma e robô da América Latina.