Роботизированная дуговая сварка: MIG/MAG, TIG и сварка под флюсом

По ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 дуговая сварка относится к сварке плавлением: металл нагревает электрическая дуга. ГОСТ Р 58904-2020 добавляет второе слово. Роботизированной он называет сварку, которую выполняет и которой управляет роботизированное оборудование. Если сложить оба определения, получится процесс, о котором эта страница: сварочный робот ведёт горелку вдоль шва, а траекторию, скорость и режим задаёт программа.

KUKA называет дуговую сварку самым распространённым способом соединения и делает под неё роботы, пакеты функций и готовые ячейки для MIG, MAG и TIG. Грузоподъёмность у таких роботов скромная: модели KUKA для дуговой сварки поднимают 6–22 кг и достают до 3100 мм. Серия FANUC ARC Mate рассчитана на 7–35 кг, а кабель горелки у неё проложен внутри тонкой руки.

Дуговая сварка только одна ветвь большого семейства. Чем она отличается от точечной и лазерной, как устроен роботизированный сварочный комплекс целиком и сколько стоит его внедрить, разобрано на странице семейства.

В цехе «полуавтоматом» зовут сварку, где проволоку подаёт механизм, а горелку держит человек. По ГОСТ Р 58904-2020 это частично механизированная сварка (по-английски semiautomatic welding), то есть ручная, в которой механизировали только подачу проволоки. Отсюда и запрос «сварочный робот полуавтомат». Робот берёт ту же горелку MIG/MAG с подачей проволоки и просто заменяет руку сварщика.

Ступенью выше стандарт ставит полностью механизированную сварку. Параметры там держат механические или электронные средства, а сварщик-оператор может подправить их по ходу. Дальше идёт автоматическая дуговая сварка: все операции проходят без вмешательства оператора, и поменять режим вручную, пока идёт сварка, уже нельзя.

Чем робот отличается от автомата? Гибкостью. Он переходит от шва к шву, а под новую деталь ему меняют программу и оснастку. Нужна эта гибкость не всегда. Дэн Колвин, вице-президент ESAB по робототехнике, в июне 2026 года описал выбор так: если задачу решает сварочный трактор, этого достаточно, это тоже автоматизация, а у кобота и промышленного робота своё место.

В ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 у каждого способа после названия в скобках стоит номер по ИСО 4063. В таблице собраны способы, которые встречаются в роботизированных ячейках, вместе с этими номерами. От способа зависит многое: что висит на фланце робота, как подают присадку, в каком положении можно варить.

В MIG/MAG дуга горит между электродной проволокой и деталью и плавит обе, а газ, который подают снаружи, закрывает дугу и сварочную ванну от воздуха. Различаются они газом. MIG по ГОСТ называется дуговой сваркой в инертном газе плавящимся электродом, газ здесь, например, аргон или гелий. MAG идёт в химически активном газе. KUKA приводит в пример CO2 и смеси на его основе: активный газ реагирует с ванной и стабилизирует дугу.

Электродом служит проволока, её подают ролики, так что гасить дугу ради нового электрода не приходится. Ручную сварку покрытым электродом, наоборот, всё время прерывают: надо отбить шлак, зачистить валик и поставить новый электрод. В плюсы MIG/MAG KUKA записывает высокую скорость сварки, высокую эффективность наплавки и невысокую стоимость процесса.

В TIG дуга горит от неплавящегося электрода из чистого или активированного вольфрама, дугу и ванну защищает инертный газ, а присадочный металл добавляют, если он нужен. Проволоку подаёт отдельный механизм. Для робота это ещё одно устройство рядом с горелкой, и его тоже приходится подводить к шву.

TIG-робота ставят, когда важны качество и внешний вид шва. По данным KUKA, процесс годится для всех свариваемых металлов, во всех пространственных положениях и на тонкостенных деталях. Среди примеров KUKA есть линия TIG с аргоновой камерой и двумя небольшими роботами.

ГОСТ определяет плазменную сварку коротко: сварка сжатой дугой. Для KUKA это вариант TIG, в котором дугу сжимает сопло с водяным охлаждением, а плотность мощности выше. Производитель приводит три режима: микроплазму для деталей толщиной 0,1–1 мм, сварку с проплавлением насквозь (keyhole) на 3–9 мм и плазму-MIG на толщинах от 3 мм до более чем 10 мм.

Под флюсом дугу между проволочным или ленточным электродом и деталью целиком прячет гранулированный флюс. Его подают на стык и плавят. Защитный газ не нужен, а саму дугу, пока идёт сварка, обычно не видно. Сварочный ток, по данным TWI, обычно 300–1000 А.

TWI относит сварку под флюсом к процессам, которые обычно механизируют. Ванну оператор не видит, и всё решают заданные параметры и положение проволоки. Варят, как правило, в нижнем положении (PA по ISO 6947). Причины две: ванна и расплавленный шлак слишком жидкие, а флюс должен лежать слоем на стыке. Угловые швы делают ещё и в горизонтальном положении (PB).

Отсюда ответ на запрос «роботизированная сварка под флюсом». Лучше всего процесс подходит для длинных продольных и кольцевых стыков труб и сосудов давления. Шесть осей робота такому шву ни к чему, его ведёт механизированная установка. Робот с горелкой под флюсом имеет смысл, когда швов много, они разные, но все лежат в нижнем положении. Как устроена роботизированная сварка труб, разобрано в отдельном решении.

Производительность дуговой сварки меряют долей времени, пока горит дуга. TWI называет эту долю duty cycle: сколько процентов всего времени на сварку уходит на наплавку металла. В США ту же величину зовут operator factor. У ручной сварки покрытым электродом её съедают перерывы: отбить шлак, зачистить, сменить электрод. Программируемый робот, наоборот, может долго варить почти без остановок и прерывается в основном, чтобы повернуть деталь.

Для цеховой сварки TWI приводит типичные значения: около 25 % у ручной сварки покрытым электродом, около 45 % у полуавтоматической MIG/MAG и около 90 % у автоматической. Но это доля внутри сварочной операции. За смену у ручной сварки выходит меньше. Кристиан Лефевр, инженер по роботизированной сварке компании Pemamek, в июне 2026 года назвал для обычных цехов 10–15 % при общем разбросе 5–20 %.

ГОСТ Р ИСО 14732-2022 понимает под сварочным модулем установку вместе со вспомогательным оборудованием: кондукторами, фиксирующими устройствами, роботами-манипуляторами и вращателями. Для дуговой сварки к роботу добавляют источник тока и механизм подачи проволоки. KUKA подключает их к контроллеру робота по полевой шине, например EtherCAT, и работает с оборудованием Binzel, ESAB, EWM, Fronius, Kemppi, Lincoln, Lorch, Megmeet, Migatronic, Miller и SKS. Источник подбирают под процесс, а не под марку робота. Но совместимость пары проверяют до того, как оборудование купят.

Деталь поворачивает сварочный позиционер, чтобы шов лёг в удобное положение. У KUKA позиционеры и поворотные столы рассчитаны на 250–12 000 кг. Программа проверяет и калибрует рабочую точку горелки (TCP) прямо в производственном цикле, а параметры процесса записывает для контроля. Траекторию готовят офлайн, в симуляторе с дополнением для дуговой сварки. Почему программу всё равно правят на реальной детали, объясняет статья «Программирование сварочного робота».

Робот повторяет записанную траекторию. Детали же от партии к партии ложатся немного по-разному, и эту разницу закрывают датчики. Пакет KUKA.TouchSense ищет шов и замечает, где форма и положение металлической детали отклонились. KUKA.SeamTech подключает датчики поиска и слежения за швом и поправляет движение робота прямо во время сварки.

Но и датчики умеют не всё. Человек подстраивается под зазор по ходу шва, а ячейка идёт по заранее заданному пути. Поэтому, говорит Эндрю Пфаллер из Miller Electric, сборка и стабильность заготовок становятся одним из главных факторов. Лефевр советует оставлять сварщика там, где зазор то пропадает, то доходит до четверти дюйма (около 6 мм), и на сложных швах с тесным доступом. Поэтому в проекте сначала приводят в порядок сборку и разделку кромок, а датчик выбирают потом.

Примеры у KUKA из разных отраслей. На заводе MAGNA Presstec в Австрии роботы MAG на линии KUKA полностью автоматически сваривают рамы Mercedes G-Class. Компания Windhager автоматизировала сварку отопительных котлов, а на предприятии STELA ячейка варит очень крупные лопасти вентиляторов. Длинным и тяжёлым деталям посвящена отдельная страница: роботизированная сварка металлоконструкций.

В России роботизированную сварку, по оценке выставки Weldex (июнь 2024 года), внедрили около 2 тыс. компаний. Тормозят рынок, по тому же обзору, прежде всего санкции: часть мировых производителей роботов ушла из страны, а с запчастями и программами для уже установленных роботов начались трудности. Поэтому про сервис и запчасти договариваются раньше, чем выбирают марку робота.

Дуговая и лазерная сварка относятся к сварке плавлением. Контактную точечную ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 относит к другому классу, к сварке давлением. Детали там лежат между электродами, и шов получается в точке. Как устроена такая ячейка, рассказывает страница «Роботизированная точечная сварка». В лазерной сварке металл греет луч света, а плюсами процесса KUKA называет высокую скорость и малое тепловложение.

Соединить детали можно и не расплавляя основной металл. Робот для пайки скрепляет их припоем. Клёпка и роботизированная сборка с завинчиванием дают механический крепёж, а нанесение клея роботом заменяет шов клеевым валиком. На них смотрят, когда основной металл плавить нельзя или когда соединяют разные материалы.

Роботу нужны люди, которые понимают сварку. ГОСТ Р ИСО 14732-2022 введён с 1 сентября 2022 года. Он описывает, как аттестуют две роли: сварщика-оператора, который контролирует или регулирует сварочные параметры, и наладчика сварочного оборудования. Наладить, по стандарту, значит правильно отрегулировать сварочный модуль перед сваркой, если это предусматривает программа робота. О профессии подробнее рассказывает статья «Оператор роботизированной сварки».

Начинают с замеров. Лефевр советует постоять у постов с секундомером и записать долю горения дуги и время цикла, иначе результат робота потом не с чем будет сравнить. Коботы за последние годы стали популярны: они сравнительно недороги и их просто программировать, но, по словам Лефевра, во многих компаниях они стоят без дела.

За какой срок окупится ячейка для своей детали и сменности, можно прикинуть в калькуляторе окупаемости роботизации.

• Разброс сборки. Датчики поиска и слежения поправляют траекторию, но не бесконечно. Где зазор то пропадает, то доходит до четверти дюйма (около 6 мм), Лефевр из Pemamek советует оставить сварщика.
• Под флюсом почти только нижнее положение. Обычно варят в положении PA, угловые швы ещё и в PB. Остальные положения отдают MIG/MAG или TIG.
• Дуги под флюсом не видно. Результат держится на заданных параметрах и положении проволоки, поэтому режимы отрабатывают на пробных деталях, прежде чем запускать серию.
• У TIG больше механики. Присадочную проволоку подаёт отдельный механизм: его тоже подводят к шву и обслуживают.
• 90 % горения дуги считают внутри операции. Это типичное значение TWI для автоматической MIG/MAG. Загрузка, переналадка и поиск шва уменьшают долю за смену.
• Окалина и подготовка кромок. Окалину Лефевр называет источником больших потерь на сварке и советует по возможности очищать металл заранее.
• Дым и излучение дуги. Ячейку проектируют дважды: как робототехническую систему и как сварочный пост, где нужны вытяжка и защита глаз от излучения.