Cập nhật lần cuối: ngày 28 tháng 2026 năm XNUMX

Robot hàn kết cấu thép: Tự động hóa hàn dầm, cột và tấm (2026)

Robot hàn kết cấu thép được triển khai trên dây chuyền sản xuất dầm chữ I hoặc cột hộp có thể đạt tốc độ lắng đọng vật liệu nhanh gấp 3 đến 5 lần so với thợ hàn thủ công lành nghề, với tỷ lệ lỗi mối hàn dưới 1% nếu thực hiện theo đúng quy trình đã được kiểm định. Đến năm 2026, các nhà sản xuất cầu, móng tháp gió, khung nhà cao tầng và các mô-đun ngoài khơi đang chuyển đổi các điểm nghẽn trong xưởng thành các dây chuyền tự động; con đường này khác biệt rõ rệt so với ngành hàn ô tô, nơi tính đồng nhất cao giúp việc tự động hóa trở nên dễ dàng.

Vì sao tốc độ tự động hóa trong hàn kết cấu thép lại chậm hơn so với ngành ô tô?

Các nhà máy sản xuất thân xe ô tô sử dụng hàng trăm robot trên mỗi dây chuyền sản xuất vì về cơ bản mọi bộ phận đều giống hệt nhau và thời gian chu kỳ được tính bằng giây. Ngược lại, việc chế tạo kết cấu thép: một nhà sản xuất cầu có thể sản xuất 40 mặt cắt dầm khác nhau trong một tuần, với cấu hình mối hàn thay đổi cho mỗi mặt bích cong, tấm nối hoặc vị trí thanh gia cường.

Ba yếu tố chính tạo nên khoảng cách về tự động hóa:

Sản xuất đa dạng sản phẩm, số lượng ít. Một xưởng sản xuất kết cấu thép điển hình xử lý hàng chục mã sản phẩm mỗi tháng với số lượng mỗi lô từ một đến mười chi tiết. Việc lập trình đường hàn robot mới cho mỗi cấu hình mất nhiều ngày trên các hệ thống cũ. Những tiến bộ trong phần mềm lập trình ngoại tuyến (OLP) và tạo đường dẫn tham số hiện nay đã rút ngắn thời gian này xuống còn vài giờ, điều này đã thay đổi đáng kể hiệu quả kinh doanh.

Thước đo phôi. Dầm chữ I dùng cho cầu nhịp trung bình có thể dài từ 18 đến 24 m, nặng từ 8 đến 20 tấn và yêu cầu hàn góc nhiều lớp liên tục dọc theo cả hai mặt bích. Robot 6 trục tiêu chuẩn gắn trên bệ cố định không thể đáp ứng được hình dạng này. Cần có ray dẫn hướng, cần trục và hệ thống định vị phối hợp, làm tăng chi phí đầu tư và độ phức tạp trong tích hợp mà các xưởng nhỏ thường tránh.

Tình trạng khan hiếm thợ hàn lành nghề. Theo Hiệp hội Hàn Hoa Kỳ (AWS), đến năm 2028, Hoa Kỳ dự kiến ​​sẽ thiếu hơn 330,000 thợ hàn chuyên nghiệp, trong đó các vị trí về kết cấu và chế tạo nặng là những vị trí khó tuyển dụng nhất. Tình trạng thiếu hụt này đang thúc đẩy các nhà sản xuất chế tạo đánh giá việc tự động hóa không chỉ như một biện pháp nâng cao hiệu quả mà còn như một biện pháp đảm bảo nguồn nhân lực.

Các quy trình hàn cho ứng dụng kết cấu thép

Gia công kết cấu thép sử dụng bốn quy trình hàn hồ quang chính, mỗi quy trình phù hợp với hình dạng mối nối, tốc độ sản xuất và yêu cầu chất lượng. Không có quy trình nào duy nhất có thể đáp ứng mọi loại mối nối trong một xưởng gia công thép điển hình.

Hàn hồ quang chìm (SAW)

Hàn hồ quang chìm (SAW) là phương pháp chủ lực để hàn các đường hàn dài, liên tục trên tấm thép dày. Hồ quang cháy bên dưới một lớp thuốc hàn dạng hạt, loại bỏ hiện tượng bắn tóe, tiếp xúc với tia cực tím và ô nhiễm khí quyển. Tốc độ lắng đọng từ 8 đến 20 kg/giờ, gấp bốn đến sáu lần tốc độ của hàn SMAW thủ công, khiến SAW trở thành phương pháp được lựa chọn cho các mối hàn góc dầm-mặt bích, các mối nối giáp mép tấm và các mối hàn đường nối dầm hộp ở vị trí phẳng (1G/2F) hoặc nằm ngang (2G). Độ dày tấm tối thiểu thường là 8 mm; SAW không phù hợp với tấm mỏng hoặc các mối nối ở vị trí khó hàn mà không có hệ thống giữ thuốc hàn.

Hàn hồ quang có chất lỏng (FCAW)

Hàn FCAW sử dụng dây hàn tự bảo vệ hoặc bảo vệ bằng khí cho năng suất hàn cao hơn so với hàn GMAW sử dụng dây hàn đặc và có khả năng chịu đựng tốt hơn đối với sự nhiễm bẩn bề mặt và lớp vảy thép, thường gặp trên thép kết cấu được vận chuyển từ trung tâm bảo dưỡng. Hàn FCAW-G (hàn lõi thuốc bảo vệ bằng khí) là quy trình chính được sử dụng cho các mối nối ở vị trí khó hàn, các mối hàn góc dày ở vị trí 3F và 4F, và hàn tại công trường hoặc ngoài hiện trường nơi tính di động là yếu tố quan trọng. Tốc độ lắng đọng điển hình là từ 3 đến 8 kg/giờ. Việc loại bỏ xỉ giữa các lượt hàn là cần thiết, bổ sung thêm một bước xử lý mà các dây chuyền tự động phải tính đến trong thời gian chu kỳ.

Hàn hồ quang kim loại khí (GMAW)

Hàn GMAW dây đặc ở chế độ phun hoặc xung là quy trình tiêu chuẩn trên dây chuyền sản xuất cho thép kết cấu hàn ở vị trí phẳng và nằm ngang. Tốc độ di chuyển từ 400 đến 900 mm/phút và đặc tính hồ quang ổn định làm cho GMAW rất phù hợp với các hệ thống robot, nơi việc theo dõi đường hàn phải duy trì tín hiệu phản hồi ổn định. Hàn GMAW xung giảm lượng nhiệt đầu vào, rất hữu ích đối với các tấm gia cường mỏng hơn và các chi tiết kết nối nơi việc kiểm soát biến dạng là quan trọng. GMAW là quy trình được sử dụng phổ biến nhất trong các dây chuyền sản xuất dầm chữ I tự động chạy các chương trình sản xuất nhiều loại chi tiết khác nhau.

Cắt plasma và hàn lớp gốc

Đối với các mối nối rãnh tấm dày yêu cầu độ xuyên thấu hoàn toàn, bao gồm các lớp vỏ bình áp lực, thanh giằng giàn khoan ngoài khơi và các đoạn ống tháp gió, hàn hồ quang plasma chuyển tiếp (PTA) hoặc hàn lỗ khóa plasma có thể thực hiện mối hàn gốc một lần trên tấm có độ dày lên đến 12 mm mà nếu dùng phương pháp hàn GMAW sẽ cần nhiều lần hàn, giúp giảm tổng thời gian hàn và biến dạng ở vùng mối hàn gốc. Đây là một ứng dụng ngày càng phổ biến của hệ thống robot trong sản xuất vòng đế tháp gió, nơi độ dày thành từ 40 đến 80 mm yêu cầu các chương trình hàn nhiều lần với 20 đến 40 lớp hàn.

Cấu hình robot cho gia công kết cấu thép nặng

Hình dạng hình học của phôi trong gia công kết cấu thép quyết định cấu hình robot. Không có một loại nền tảng nào phù hợp với mọi ứng dụng.

Cấu hình 1: Robot 6 trục hạng nặng trên ray dẫn hướng thẳng với bộ định vị ụ sau.

Đây là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất dầm chữ I và dầm hộp. Một robot 6 trục tải trọng lớn (thường có tải trọng cánh tay từ 50 đến 200 kg để mang đầu hàn SAW hoặc mỏ hàn FCAW nặng) được gắn trên một đường ray tuyến tính đặt trên sàn, kéo dài từ 6 đến 24 m. Ở cuối đường ray, một bộ định vị đầu và đuôi giữ dầm và xoay nó để đưa từng mặt bích vào vị trí hàn phẳng (hàn xuống) cho phương pháp hàn SAW. Sự kết hợp này cho phép robot hàn một mặt bích trong khi bộ định vị xoay mặt bích tiếp theo, với trục tuyến tính định vị lại robot dọc theo chiều dài dầm giữa các đường hàn.

Trên thực tế, việc vận hành cấu hình này trên dây chuyền sản xuất dầm hộp cho thấy độ chính xác của bộ mã hóa trên ray dẫn hướng là nguồn gây ra sai số vị trí chủ yếu. Ray dẫn hướng phải được cân bằng trong phạm vi 0.5 mm dọc theo toàn bộ chiều dài của nó, và trục phối hợp giữa robot và ray dẫn hướng phải được hiệu chỉnh sao cho sai số vị trí TCP tổng hợp luôn nhỏ hơn ±1.0 mm tại bất kỳ điểm nào dọc theo dầm. Nếu không, mép hàn sẽ lệch ra ngoài rãnh đã được chuẩn bị trong các mối nối tấm dày nhiều lớp.

Cấu hình 2: Robot gắn trên khung giàn để hàn thanh gia cường tấm

Hàn các thanh gia cường trên dầm thép tấm, nơi các mối hàn góc nối các tấm gia cường thẳng đứng với dầm chính, đòi hỏi robot phải tiếp cận cả hai mặt của thanh gia cường trong không gian hạn hẹp giữa các thanh gia cường liền kề. Một robot 6 trục gắn trên khung giàn được đặt phía trên tấm thép trên các trục cầu XY giải quyết vấn đề này bằng cách tiếp cận từng thanh gia cường từ trực tiếp phía trên, với cổ tay robot xoay để tiếp cận cả hai mối hàn góc mà không cần định vị lại phôi. Hệ thống khung giàn để gia công thép tấm thường có chiều dài từ 4 đến 8 m theo trục Y (chiều rộng tấm) và di chuyển từ 10 đến 30 m theo trục X dọc theo chiều dài tấm. Các chi tiết có trọng lượng từ 2,000 đến 10,000 kg được đặt trên sàn bên dưới khung giàn, loại bỏ nhu cầu sử dụng thiết bị nâng hạ trong quá trình hàn.

Cấu hình 3: Robot cộng tác trên bệ di động dùng cho hàn tại công trường và sửa chữa

Robot cộng tác (cobot) với tải trọng từ 10 đến 30 kg, được gắn trên bệ có bánh xe hoặc đế trượt với nguồn điện tích hợp, đang mở ra một lĩnh vực ứng dụng mới: hàn tại chỗ và ngoài hiện trường trên các kết cấu thép không thể đưa vào xưởng. Ví dụ, một mối nối mặt cầu cần sửa chữa mối hàn sau khi lắp đặt, hoặc một đoạn chuyển tiếp của tháp gió có vết hàn bị lỗi được phát hiện trong quá trình kiểm tra khi vận hành, là những trường hợp mà một hệ thống cobot di động có thể thực hiện các quy trình hàn robot đạt tiêu chuẩn mà người thợ hàn tại công trường khó có thể thực hiện một cách nhất quán trong môi trường trên cao hoặc không gian hạn hẹp. Khả năng cảm biến lực của cobot cho phép định vị mối nối bán tự động ngay cả khi không có độ chính xác của đồ gá.

Cấu hình 4: Hệ thống nhiều robot đồng bộ để hàn cột và kết cấu hộp

Các cột tiết diện hộp yêu cầu hàn đồng thời trên bốn đường hàn dọc để cân bằng lượng nhiệt và kiểm soát biến dạng. Một robot hàn từng đường một sẽ tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ không đều, gây ra hiện tượng cong vênh cột. Hệ thống đa robot đồng bộ vận hành từ hai đến bốn cánh tay cùng lúc, mỗi cánh tay một đường hàn, được điều khiển bởi một bộ điều khiển chính để đồng bộ hóa thời gian bật hồ quang, tốc độ di chuyển và lượng nhiệt trên tất cả các robot nhằm duy trì sự cân bằng nhiệt. Chiều dài cột từ 4 đến 12 m với tiết diện từ 300 đến 600 mm là những ứng dụng điển hình cho cấu hình này. Kiến trúc bộ điều khiển đa robot phức tạp hơn so với các hệ thống một cánh tay, nhưng các nhà sản xuất đã báo cáo giảm biến dạng từ 40 đến 60% so với hàn tuần tự bằng một robot duy nhất khi sử dụng cấu hình này trên các cột kiến ​​trúc có dung sai chặt chẽ.

Các loại khớp nối, thông số dệt và lập trình đa lượt

Hàn kết cấu thép bao gồm phạm vi các loại mối nối hẹp hơn so với gia công cơ khí nói chung, nhưng mỗi loại đều có các thông số cụ thể quyết định chất lượng mối hàn.

Mối hàn góc chữ T Mối hàn góc là loại mối nối phổ biến nhất trong kết cấu thép, xuất hiện ở bất cứ nơi nào thanh gia cường, tấm nối hoặc cấu kiện phụ gặp dầm hoặc mặt bích. Kích thước mối hàn góc (chiều dài chân mối hàn) dao động từ 6 đến 25 mm tùy thuộc vào tải trọng thiết kế. Chương trình hàn góc bằng robot chỉ định góc mỏ hàn (thường là 45 độ chia đôi mối hàn, ±5 độ đối với các mối hàn góc không đối xứng), tốc độ di chuyển, tốc độ cấp dây và biên độ dao động nếu sử dụng kiểu đan. Có thể thực hiện hàn góc một lần với chiều dài chân mối hàn lên đến 8 mm bằng phương pháp GMAW ở tốc độ 450 đến 600 mm/phút. Các mối hàn góc lớn hơn yêu cầu chương trình nhiều lần hàn với các tệp thông số cho mỗi lần hàn được lưu trữ trong bộ điều khiển robot.

Mối hàn rãnh (V, X, chữ V kép) Được sử dụng cho các mối nối xuyên suốt trên các cấu kiện kết cấu chính: các mối nối momen dầm-cột, các mối nối bản bụng-mặt bích dầm thép, và các đường nối vỏ tháp gió. Việc chuẩn bị rãnh chữ V cho các tấm thép dày đến 25 mm sử dụng góc nghiêng 60 độ với mặt chân mối hàn 3 mm và khe hở chân mối hàn 3 mm. Rãnh chữ V kép (rãnh chữ X) được sử dụng cho các tấm thép dày hơn 25 mm để cân bằng lượng nhiệt giữa các mặt và giảm biến dạng góc. Chương trình robot hàn nhiều lớp cho mối nối giáp mép rãnh chữ X dày 50 mm có thể yêu cầu từ 18 đến 28 lớp hàn, với mỗi lớp được chỉ định bởi vị trí (lớp và số thứ tự đường hàn trong lớp), tốc độ di chuyển, tốc độ cấp dây và các thông số dệt nếu hàn vát rộng.

Các mối nối giáp mí trên các thanh gia cường và tấm nối. Cần sử dụng cảm biến chạm hoặc quét laser trước để xác định vị trí chân mối hàn trước khi thực hiện đường hàn đầu tiên, vì dung sai cắt và lắp ghép trên tấm thép kết cấu có thể thay đổi từ ±2 đến 3 mm so với kích thước danh nghĩa, lớn hơn khe hở chân mối hàn đối với các mối nối mỏng. Bộ điều khiển robot phải thực hiện một quy trình tìm kiếm để xác định vị trí mối nối thực tế và cập nhật đường dẫn đã lập trình trước khi bắt đầu hồ quang.

Hệ thống theo dõi và cảm biến đường may

Hàn các chi tiết có kích thước lớn gây ra biến dạng nhiệt trong quá trình hàn mà các đường dẫn được lập trình ngoại tuyến không thể dự đoán được. Do đó, hệ thống theo dõi đường hàn là một yêu cầu chức năng bắt buộc đối với robot hàn kết cấu thép, chứ không phải là một tính năng tùy chọn.

Máy quét laser (từ các nhà cung cấp như Meta Vision Systems, Servo-Robot và Scansonic) là lựa chọn tối ưu nhất cho kết cấu thép. Máy quét được gắn cách mỏ hàn từ 80 đến 150 mm, chiếu một đường ánh sáng cấu trúc ngang qua mối hàn và cung cấp các vectơ hiệu chỉnh theo phương ngang và chiều cao cho bộ nội suy của robot với tần số 100 đến 500 Hz. Đối với các ứng dụng hàn hồ quang chìm (SAW), máy quét phải được đặt trên một tay đỡ cách xa phễu chứa thuốc hàn, thường là từ 200 đến 350 mm phía trước điểm tiếp xúc dây hàn. Khoảng cách này đủ xa để quét vào phần thuốc hàn chưa nóng chảy phía trước hồ quang, nhưng đủ gần để đường dẫn đã hiệu chỉnh đến được hồ quang trước khi phôi di chuyển khỏi vị trí đã quét do giãn nở nhiệt.

Tiêu chuẩn chất lượng: AWS D1.1, AWS D1.5, ISO 3834 và EN 1090

Hàn kết cấu thép được điều chỉnh bởi một bộ tiêu chuẩn liên kết chặt chẽ, quy định các mức chất lượng mối hàn, yêu cầu về trình độ chuyên môn và nghĩa vụ kiểm tra. Tiêu chuẩn áp dụng phụ thuộc vào ứng dụng cuối cùng và thị trường.

Tiêu chuẩn AWS D1.5 là tiêu chuẩn hàn kết cấu khắt khe nhất ở Bắc Mỹ dành cho các công trình cầu đường thông thường. Tiêu chuẩn này yêu cầu kiểm tra siêu âm (UT) trên tất cả các mối hàn rãnh xuyên suốt toàn bộ mối nối và quy định rằng các quy trình hàn bằng robot hoặc cơ giới phải được chứng nhận riêng biệt, điều khoản này yêu cầu các nhà sản xuất sử dụng robot hàn kết cấu thép trong các dự án cầu đường phải lập Quy trình hàn (WPS) và Hồ sơ chứng nhận quy trình (PQR) riêng cho quy trình hàn bằng robot, khác với các quy trình hàn thủ công của họ.

Tiêu chuẩn EN 1090 EXC3 và EXC4 yêu cầu tuân thủ ISO 3834-2, điều này đòi hỏi phải có điều phối viên hàn được chứng nhận (cấp độ IWE hoặc IWT theo ISO 14731), tài liệu truy xuất nguồn gốc đầy đủ liên kết từng mối hàn với quy trình của nó, trình độ chuyên môn của thợ hàn hoặc người vận hành, và kết quả kiểm tra. Đối với hàn tự động theo tiêu chuẩn EXC3/EXC4, nhật ký hàn từ bộ điều khiển robot, ghi lại tốc độ di chuyển, tốc độ cấp dây, điện áp, dòng điện và nhiệt độ làm nóng sơ bộ cho mỗi lần hàn, phải được lưu giữ như một phần của hồ sơ chất lượng cho mỗi mối hàn.

So sánh năng suất và chi phí giữa phương pháp thủ công, cơ giới và robot:

Ba nghiên cứu trường hợp ẩn danh

Nghiên cứu trường hợp 1: Nhà sản xuất đế tháp gió

Một nhà sản xuất linh kiện tháp gió châu Âu chuyên sản xuất các chi tiết chuyển tiếp và các phần vỏ cho móng tuabin 4 đến 6 MW đã gặp phải nút thắt cổ chai trong quá trình sản xuất các mối hàn đường viền chu vi nhiều lớp nối các vỏ thép cán dày 60 đến 80 mm. Mỗi mối hàn yêu cầu từ 22 đến 30 lượt hàn GMAW theo quy trình đạt tiêu chuẩn EN 1090 EXC3 và ISO 3834-2. Thợ hàn thủ công mất từ ​​35 đến 50 giờ cho mỗi mối hàn, và sự thiếu hụt thợ hàn có trình độ với kỹ năng gia nhiệt trước và kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp hàn theo yêu cầu của quy trình đã gây ra sự chậm trễ tiến độ.

Nhà sản xuất đã lắp đặt một robot 6 trục hạng nặng trên hệ thống đường ray vòng tròn, với phần lon được gắn trong bộ định vị xoay ở mặt sàn (đầu máy với bộ truyền động quay tốc độ biến đổi). Bộ điều khiển robot đồng bộ hóa tốc độ quay với tốc độ di chuyển để duy trì tốc độ hàn không đổi từ 350 đến 400 mm mỗi phút bất kể sự thay đổi đường kính lon giữa các mẫu tuabin. Bộ điều khiển điện áp hồ quang quản lý chiều cao mỏ hàn trong mỗi lần hàn. Hệ thống theo dõi đường hàn bằng laser từ đầu quét Servo-Robot hiệu chỉnh vị trí ngang trong mỗi lần hàn tiếp theo so với hình dạng đường hàn trước đó.

Sau quá trình thẩm định và giai đoạn vận hành thử nghiệm kéo dài ba tháng, dây chuyền hàn đã giảm thời gian hàn mỗi mối nối từ 42 giờ xuống còn 11 giờ, với tỷ lệ đạt kiểm tra không phá hủy (UT theo EN 1090 EXC3) ngay từ lần hàn đầu tiên tăng từ 78% lên 96%. Độ chính xác về nhiệt độ gia nhiệt trước và nhiệt độ giữa các lớp hàn được cải thiện từ 84% lên 99% nhờ bộ điều khiển robot tích hợp kênh dữ liệu cặp nhiệt điện, tạm dừng quá trình khởi tạo hồ quang cho đến khi nhiệt độ giữa các lớp hàn nằm trong phạm vi quy định của WPS.

Nghiên cứu trường hợp 2: Xưởng chế tạo cấu kiện cầu

Một nhà sản xuất dầm thép hàn cho cầu vượt đường cao tốc ở Bắc Mỹ đã đạt tiêu chuẩn AWS D1.5. Xưởng này sản xuất từ ​​15 đến 30 cấu hình dầm tùy chỉnh mỗi năm, với mặt bích dày từ 25 đến 75 mm và chiều cao bản bụng từ 1,200 đến 2,400 mm. Tất cả các mối hàn rãnh CJP đều yêu cầu kiểm tra siêu âm theo yêu cầu của AWS D1.5.

Nhà sản xuất đã sử dụng một robot 6 trục hạng nặng gắn trên khung giàn để vận hành máy hàn trên bàn hàn dài 22 m, rộng 4 m. Khung giàn xử lý các mối hàn góc giữa bản bụng và mặt bích bằng phương pháp FCAW-G, trong đó các mối hàn góc của thanh gia cường bản bụng được lập trình thông qua phần mềm lập trình ngoại tuyến, phần mềm này nhập hình học dầm từ hệ thống CAD kết cấu của xưởng. Các cấu hình dầm mới yêu cầu từ 6 đến 10 giờ lập trình OLP, so với 2 đến 3 ngày chuẩn bị bố trí thủ công và hàn điểm trước đây.

Xưởng báo cáo mức tăng gấp 2.7 lần về số mét hàn trên mỗi công nhân mỗi ca. Tỷ lệ chấp nhận kết quả kiểm tra siêu âm lần đầu (UT) đối với các mối hàn rãnh CJP đạt 97%, giúp xưởng giành được một chương trình xây cầu yêu cầu hiệu suất chất lượng vượt trội so với phương pháp hàn thủ công thông thường. Quy trình chứng nhận hàn robot AWS D1.5 đã bổ sung thêm tám tuần thời gian chứng nhận trước sản xuất, đây là yếu tố hạn chế chính về tiến độ khởi động hệ thống.

Nghiên cứu trường hợp 3: Nhà sản xuất mô-đun giàn khoan ngoài khơi

Một xưởng chế tạo ngoài khơi ở Đông Nam Á, chuyên lắp ráp khung kết cấu mô-đun thượng tầng, được xây dựng từ các cột hộp tiết diện lớn (400 × 400 × 20 mm thành) và dầm chữ I rộng, đã áp dụng phương pháp hàn đồng bộ đa robot cho các đường hàn dọc của cột. Mỗi cột hộp yêu cầu hàn đồng thời bốn đường hàn góc dài 12 m để kiểm soát biến dạng góc trong phạm vi 3 mm trên toàn chiều dài cột, một yêu cầu được đặt ra bởi thông số kỹ thuật dung sai kích thước của kết cấu giàn.

Xưởng đã lắp đặt một hệ thống gồm bốn robot, mỗi cánh tay robot di chuyển trên một đường ray tuyến tính độc lập dài 14 m ở mặt sàn, được điều khiển bởi kiến ​​trúc bộ điều khiển robot chủ-tớ. Cả bốn robot bắt đầu mỗi lượt hàn đồng thời, duy trì tốc độ di chuyển giống hệt nhau trong phạm vi ±2 mm mỗi phút và thực hiện các kiểu dao động của mỏ hàn được đồng bộ hóa để tạo ra nhiệt lượng đồng đều trên cả bốn mặt mối hàn. Độ biến dạng sau khi hàn đo được trung bình 1.8 mm trên chiều dài cột, so với mức trung bình 7.4 mm khi hàn thủ công trước đây, giảm 76% và loại bỏ hầu hết công đoạn nắn thẳng bằng ngọn lửa sau khi hàn như trước đây.

Xưởng cũng sử dụng nhật ký hàn robot (dòng điện, điện áp, tốc độ mỗi lần hàn) làm hồ sơ truy xuất nguồn gốc cho hồ sơ chất lượng kết cấu ngoài khơi, đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn chế tạo DNV-GL về tài liệu hóa các thông số hàn trên các mối hàn kết cấu chính.

Vị trí của các nhà cung cấp hiện tại: Các lựa chọn về robot và hệ thống

Một số nhà sản xuất robot cung cấp các cánh tay robot với tải trọng phù hợp cho các ứng dụng kết cấu thép. FANUC và ABB cung cấp các cánh tay robot 6 trục tải trọng lớn (định mức từ 100 đến 500 kg) với khả năng tương thích với máy hàn SAW và cấu hình tầm xa đã được kiểm chứng thực tế trên các hệ thống giàn trong môi trường đóng tàu và chế tạo nặng. Dòng Motoman MS của Yaskawa bao gồm các cánh tay được thiết kế cho hoạt động phối hợp nhiều robot, rất phù hợp với cấu hình hàn cột đồng bộ. KUKA cung cấp tích hợp ray dẫn hướng tuyến tính thông qua gói KUKA.LinearRobotTech, giúp phối hợp các trục ray và cánh tay trong một nhóm động học duy nhất.

EVST hướng đến thị trường hàn kết cấu hạng nặng thông qua dòng sản phẩm QJAR, với tải trọng từ 3 đến 800 kg trong một kiến ​​trúc điều khiển duy nhất. Các cần hàn QJAR có tải trọng từ 100 đến 300 kg mang theo đầu hàn SAW và mỏ hàn FCAW hạng nặng được sử dụng trong các ứng dụng hàn mặt bích dầm và mối nối tấm dày, trong khi dòng thiết bị định vị hàn tương ứng (tải trọng lên đến 50 tấn, có sẵn tại...) evsrobot.com/welding-positioner_c8) và đường ray tuyến tính ở mặt sàn (evsrobot.com/robot-track(Các bộ phận này) tạo thành hệ thống động học hoàn chỉnh cho cấu hình hàn dầm và cột. EVST cung cấp chúng dưới dạng hệ thống tích hợp trọn gói, bao gồm cánh tay robot, đường ray, bộ định vị, tích hợp nguồn điện, hàng rào an toàn và chứng nhận CE/SGS/TUV, giảm thiểu rủi ro tích hợp cho các nhà sản xuất thiếu nhân viên kỹ thuật hệ thống robot nội bộ. Khả năng tải trọng toàn diện có nghĩa là một nền tảng điều khiển EVST duy nhất có thể điều phối cả cánh tay robot kết cấu nặng và cánh tay robot GMAW nhẹ hơn để gia công các mối nối cứng hoặc các mối nối bị hạn chế tiếp cận trên cùng một dây chuyền sản xuất. EVST cũng cung cấp một hệ thống hàn thông minh Nó tạo ra các đường hàn từ bản quét 3D thay vì lập trình thủ công.

Lộ trình áp dụng bốn bước

Bước 1: Tế bào thí điểm, quy trình đơn, dòng sản phẩm chung đơn lẻ

Bắt đầu với một robot, một quy trình và loại mối nối có khối lượng sản xuất cao nhất trong xưởng. Đối với hầu hết các nhà sản xuất kết cấu, đó là mối hàn góc dầm-mặt bích sử dụng phương pháp hàn GMAW trên cánh tay robot 6 trục với ray dẫn hướng tuyến tính từ 4 đến 8 m và bộ định vị đầu và đuôi máy. Hệ thống thí điểm thiết lập quy trình lập trình OLP, quy trình kiểm định WPS (bao gồm cả quy trình kiểm định theo yêu cầu của tiêu chuẩn đối với hàn robot theo AWS D1.1 hoặc EN 1090) và chương trình đào tạo người vận hành. Một hệ thống thí điểm hoạt động một ca mỗi ngày trong ba đến sáu tháng cung cấp đủ dữ liệu sản xuất để xây dựng luận chứng về lợi tức đầu tư (ROI) cho việc mở rộng và xác định các loại mối nối và điều kiện vật liệu cần nâng cấp hệ thống theo dõi đường hàn trước giai đoạn tiếp theo.

Bước 2: Ô được chia tỷ lệ, Nhiều nhóm khớp nối, Theo dõi đường nối

Sau khi chương trình hàn WPS thí điểm đạt tiêu chuẩn và người vận hành thành thạo phần mềm OLP, hãy mở rộng sang một ô thứ hai nhắm mục tiêu vào một nhóm mối nối khác, điển hình là mối hàn góc thanh gia cường bằng cách sử dụng cần trục hoặc cánh tay gắn trên ray thứ hai. Thêm tính năng theo dõi đường hàn bằng laser ở giai đoạn này, vì phạm vi chi tiết mở rộng sẽ bao gồm các hình dạng mối nối mà tính năng theo dõi xuyên hồ quang không cung cấp độ chính xác đầy đủ. Ở Bước 2, thư viện OLP nên bao phủ từ 60 đến 80% các chương trình gia công chi tiết thường xuyên của xưởng, với các mẫu tham số cho phép tạo ra các cấu hình mới bằng cách chỉnh sửa chiều cao dầm, chiều rộng mặt bích và khoảng cách thanh gia cường thay vì lập trình lại từ đầu.

Bước 3: Dây chuyền đa quy trình, tích hợp SAW, bộ định vị phối hợp

Giai đoạn thứ ba tích hợp công nghệ hàn SAW có độ lắng đọng cao cho các mối hàn mặt bích dầm và dầm hộp, bổ sung cho các dây chuyền hàn GMAW đang hoạt động. Việc kiểm định quy trình SAW theo tiêu chuẩn hiện hành sẽ mất thêm từ bốn đến tám tuần chuẩn bị trước sản xuất. Hệ thống điều khiển định vị phối hợp, trong đó trục quay của bộ định vị là trục thứ 7 được đồng bộ hóa với chương trình robot, được giới thiệu ở giai đoạn này để cho phép hàn liên tục trên toàn bộ chiều dài mối nối mà không cần định vị lại thủ công. Việc phối hợp nhiều robot để hàn cột, nếu có, cũng được giới thiệu ở Bước 3.

Bước 4: Chuẩn hóa đa địa điểm và giám sát từ xa

Các nhà sản xuất có nhiều địa điểm xưởng hoặc kho bãi có thể chuẩn hóa trên một nền tảng robot chung và thư viện phần mềm OLP ở Bước 4, cho phép các chương trình đã được kiểm định tại một địa điểm được chuyển giao và thực thi tại địa điểm khác (với tài liệu kiểm định theo yêu cầu được cập nhật cho WPS của mỗi địa điểm). Giám sát nhật ký hàn từ xa, nơi dữ liệu thông số hàn của robot được truyền đến bảng điều khiển chất lượng trung tâm, cung cấp khả năng hiển thị quản lý trên nhiều địa điểm và tạo ra các bản ghi truy xuất nguồn gốc cần thiết cho hồ sơ chất lượng EN 1090 EXC3/EXC4 và AWS D1.5 mà không cần nhập dữ liệu thủ công.

Tài nguyên liên quan

• Cẩm nang toàn diện về hàn robot (2026)Bài viết trọng tâm bao gồm lựa chọn quy trình, các loại robot, cảm biến và lợi tức đầu tư (ROI) trên tất cả các hình thức tự động hóa hàn.
• Sơ đồ bố trí và danh sách kiểm tra xây dựng dây chuyền hàn robot (2026)Hướng dẫn từng bước về bố trí các nhóm tế bào, phân vùng an toàn, theo dõi đường nối và vận hành thử.
• Hàn robot trong sản xuất ô tô: Tiêu chuẩn và các nghiên cứu điển hình (2026): Sự khác biệt giữa các tiêu chuẩn hàn của nhà sản xuất ô tô (IATF16949, ISO 5817) và các yêu cầu đối với thép kết cấu.
• Cách đánh giá nhà cung cấp robot công nghiệp từ Trung Quốc (2026)Khung tiêu chuẩn đánh giá các nhà cung cấp robot có nguồn gốc từ Trung Quốc, bao gồm các tiêu chuẩn về chứng nhận, hỗ trợ tại hiện trường và tài liệu.
• Các tùy chọn thiết bị định vị mối hàn (evsrobot.com): Khả năng chịu tải, cấu hình trục và khả năng tương thích với các cánh tay robot dòng EVST QJAR dành cho các ứng dụng kết cấu thép.
• Hệ thống đường ray tuyến tính (evsrobot.com)Thông số kỹ thuật ray dẫn hướng ở mặt sàn và trên cao dành cho hàn dầm và các ứng dụng gia công chi tiết lớn.

Cập nhật lần cuối: ngày 28 tháng 2026 năm XNUMX