Robot Hàn Laser: Giải pháp cho ngành công nghiệp sản xuất hiện đại

Trong bối cảnh nền công nghiệp 4.0 đang phát triển mạnh mẽ, sự kết hợp giữa công nghệ laser tiên tiến và Robot hàn đã tạo ra một bước đột phá trong lĩnh vực gia công kim loại. Thay vì người thợ hàn điều khiển mỏ hàn bằng tay, một cánh tay robot đa trục sẽ được lập trình để di chuyển đầu hàn laser theo một quỹ đạo chính xác, nhanh chóng và độ lặp lại vượt trội.

Sự kết hợp này mang lại khả năng kiểm soát tuyệt đối các thông số hàn, đảm bảo chất lượng mối hàn đồng nhất và vượt trội, đồng thời tối ưu hóa năng suất sản xuất.

Nội dung bài viết

1 Robot hàn laser là gì?
2 Ưu điểm khi hàn laser bằng robot
3 So sánh Robot hàn Laser với Robot hàn TIG – MIG
4 Cấu tạo của Robot hàn Laser
5 Nguyên lý hoạt động của robot hàn laser
6 Ứng dụng của Robot hàn Laser

Robot hàn laser là gì?

Robot hàn laser là một cánh tay máy tự động kết hợp đầu hàn laser để thực hiện các mối hàn chính xác, chất lượng và hiệu quả. Đây không chỉ là một thiết bị hàn mà là giải pháp tổng thể, được thiết kế để thực hiện các quy trình hàn với độ chính xác, tốc độ và khả năng lặp lại vượt trội hơn con người.

Robot hàn laser có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau dựa trên loại nguồn laser:

– Robot hàn Laser sợi quang (Fiber Laser): Phổ biến nhất hiện nay nhờ hiệu suất cao, chất lượng chùm tia tốt, độ bền cao và chi phí bảo trì thấp.

+ Thường dùng cho hàn các vật liệu kim loại mỏng đến trung bình.

– Robot hàn Laser CO2: Thường dùng cho hàn các vật liệu dày hơn, tốc độ cao.

+ Yêu cầu hệ thống quang học phức tạp hơn.

– Robot hàn Laser YAG (Nd:YAG Laser): Đặc biệt trong các ứng dụng cần độ chính xác cao và hàn các vật liệu phản chiếu như đồng, nhôm.

Sự kết hợp giữa laser và robot là một bước đi tất yếu. Và đặc biệt là sự ra đời của laser sợi quang với hiệu suất vượt trội, robot hàn laser đã trở thành một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt hơn bao giờ hết.

Ưu điểm khi hàn laser bằng robot

Robot hàn laser sở hữu rất nhiều lợi ích đáng kể so với các phương pháp hàn truyền thống:

1/ Hàn tự động hoàn toàn:

– Robot hàn laser có thể làm việc liên tục 24 giờ một ngày, 7 ngày một tuần mà không cần nghỉ ngơi.

=> Điều này giúp tối đa hóa thời gian hoạt động của máy và tăng sản lượng đáng kể.

– Quá trình hàn được thực hiện bởi robot theo lập trình sẵn, không cần thợ hàn lành nghề.

>>> Xem các cánh tay robot tự động:

2/ Độ lặp lại vượt trội:

– Robot hàn laser thực hiện các mối hàn với độ chính xác micron và độ lặp lại gần như tuyệt đối.

=> Tạo ra sản phẩm được có chất lượng đồng nhất, không bị ảnh hưởng bởi sai sót của con người.

– Kểm soát chính xác từng thông số hàn như: công suất laser, tốc độ hàn, khoảng cách hội tụ.

3/ Tăng năng suất và hiệu quả sản xuất:

– Robot hàn laser có tốc độ hàn nhanh hơn gấp 5 – 10 lần so với hàn thủ công.

– Kết hợp với khả năng làm việc liên tục, robot hàn laser sẽ rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất và tăng sản lượng đầu ra.

– Robot chuyển đổi giữa các tác vụ hàn khác nhau hoặc sản phẩm mới.

– Dễ dàng được tích hợp vào các hệ thống sản xuất tự động hóa:

+ Kết nối với các robot khác (gắp phôi, lắp ráp).

+ Các máy gia công khác để tạo thành một quy trình sản xuất liền mạch và hiệu quả.

4/ Giảm thiểu sai sót, lãng phí:

– Với độ lặp lại cao, robot hàn laser giúp giảm thiểu đáng kể sản phẩm lỗi, các khuyết tật mối hàn.

=> Tiết kiệm chi phí vật liệu và giảm lãng phí.

– Robot hàn laser tạo ra rất ít bắn tóe và xỉ hàn.

=> Loại bỏ hoàn toàn công đoạn làm sạch sau hàn, tiết kiệm thời gian và chi phí.

5/ An toàn lao động được cải thiện:

– Robot thay người lao động làm việc trong môi trường nguy hiểm như: bức xạ laser, khói hàn độc hại, nhiệt độ cao và tia UV.

– Với hệ thống cảm biến an toàn, robot được thiết kế để hoạt động an toàn trong môi trường sản xuất, giảm thiểu rủi ro tai nạn cho con người.

>>> Xem thêm: Báo giá tay gắp robot tự động

So sánh Robot hàn Laser với Robot hàn TIG – MIG

Để thấy rõ hơn những ưu điểm vượt trội của robot hàn laser, việc so sánh với robot hàn TIG và robot hàn MIG là điều cần thiết.

Tiêu chí	Robot Hàn Laser	Robot Hàn TIG	Robot Hàn MIG
Nguyên lý	– Sử dụng chùm tia laser hội tụ để nung chảy vật liệu. – Có thể hàn nóng chảy bề mặt hoặc xuyên sâu (keyhole).	– Sử dụng hồ quang điện giữa điện cực wolfram không nóng chảy và vật liệu hàn trong môi trường khí trơ bảo vệ. – Có thể dùng thêm que bù.	– Sử dụng hồ quang điện giữa dây hàn nóng chảy (điện cực) và vật liệu hàn trong môi trường khí bảo vệ (khí trơ/khí hoạt tính).
Tốc độ hàn	– Nhanh nhất trong 3 loại (từ 100mm/phút đến vài chục mét/phút).	– Tốc độ chậm nhất (từ vài chục đến vài trăm mm/phút).	– Nhanh hơn TIG, chậm hơn Laser (từ vài trăm mm/phút đến vài mét/phút).
Độ xuyên	– Rất sâu. – Có thể hàn xuyên sâu lớn với chiều rộng mối hàn hẹp.	– Trung bình. – Độ xuyên sâu vừa phải, cần nhiều lớp hàn cho vật liệu dày.	– Tốt hơn TIG cho vật liệu dày nhưng không bằng Laser.
Độ rộng mối hàn	– Rất hẹp: Mối hàn mảnh, ít vật liệu phụ.	– Hẹp đến trung bình.	– Mối hàn thường rộng và gồ ghề hơn.
Vùng ảnh hưởng nhiệt	– Rất nhỏ. – Giảm thiểu biến dạng, giữ nguyên tính chất vật liệu gốc.	– Trung bình đến lớn. – Gây biến dạng vật liệu nhiều hơn Laser.	– Lớn hơn: Biến dạng vật liệu đáng kể.
Chất lượng mối hàn	– Rất cao. – Mối hàn mịn, sạch, ít khuyết tật, độ bền cao, tính thẩm mỹ tốt.	– Rất cao. – Mối hàn chất lượng cao, sạch, không bắn tóe. – Yêu cầu kỹ năng thợ cao.	– Tốt: Mối hàn chắc chắn. – Có thể có bắn tóe, cần làm sạch sau hàn.
Vật liệu hàn	– Thép carbon, inox, nhôm, đồng, titan, hợp kim đặc biệt. – Thích hợp cho kim loại mỏng đến dày.	– Kim loại màu (nhôm, đồng, titan) và thép không gỉ. – Thường dùng cho vật liệu mỏng đến trung bình.	– Thép carbon, inox, nhôm. – Thích hợp cho vật liệu trung bình đến dày.
Yêu cầu khe hở phôi	– Yêu cầu khe hở nhỏ, lắp ráp chính xác.	– Cần lắp ráp tương đối chính xác.	– Có thể bù trừ khe hở lớn hơn.
Vật liệu phụ	– Không cần	– Bắt buộc hoặc tùy chọn (que bù).	– Bắt buộc (dây hàn nóng chảy).
Khí bảo vệ	– Cần thiết để bảo vệ vũng chảy. – Lượng tiêu thụ trung bình.	– Bắt buộc, lượng tiêu thụ trung bình.	– Bắt buộc, lượng tiêu thụ lớn.
Bắn tóe	– Cực kỳ ít.	– Rất ít đến không có: Quá trình hàn sạch.	– Có bắn tóe và nhiều khói. – Yêu cầu làm sạch và hút khói hiệu quả.
Chi phí ban đầu	– Rất cao.	– Trung bình.	– Thấp đến Trung bình
Chi phí vận hành	– Trung bình. – Tiêu hao điện năng và khí bảo vệ vừa phải. Ít vật liệu phụ.	– Cao: Tiêu hao điện cực, khí bảo vệ. – Tốc độ chậm nên chi phí nhân công trên mỗi sản phẩm cao.	– Trung bình. – Tiêu hao dây hàn, khí bảo vệ nhiều. – Tốc độ khá nên chi phí hiệu quả hơn TIG.
Độ phức tạp	– Cần chuyên gia để cài đặt và tối ưu.	– Trung bình.	– Trung bình.

Kết luận: Robot hàn laser nổi bật với tốc độ, độ chính xác và chất lượng mối hàn vượt trội, mang lại hiệu quả kinh tế cao về lâu dài mặc dù chi phí đầu tư ban đầu lớn. Đây là lựa chọn lý tưởng cho các ngành công nghiệp đòi hỏi sự tinh vi, đồng nhất và sản xuất quy mô lớn.

>>> Xem thêm: Các loại cánh tay robot được sử dụng trong công nghiệp

Khi nào chọn Robot Hàn Laser?

– Sản phẩm yêu cầu độ chính xác, chất lượng mối hàn cao nhất, vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu.

– Tốc độ sản xuất là yếu tố then chốt (sản xuất hàng loạt).

– Cần hàn vật liệu mỏng, kim loại phản xạ cao hoặc các chi tiết phức tạp.

– Yêu cầu tính thẩm mỹ cao cho mối hàn.

– Sản phẩm có giá trị cao, không cho phép sai sót.

– Chi phí đầu tư ban đầu không phải là rào cản lớn nhất.

– Các ngành như ô tô, hàng không vũ trụ, điện tử, thiết bị y tế.

Khi nào chọn Robot Hàn TIG?

– Sản phẩm yêu cầu mối hàn chất lượng cao, sạch sẽ, không bắn tóe.

– Ứng dụng hàn vật liệu mỏng, kim loại màu (inox, nhôm).

– Khi tính thẩm mỹ mối hàn rất quan trọng nhưng tốc độ không phải ưu tiên hàng đầu.

– Các ngành như sản xuất ống, bình áp lực, thực phẩm, dược phẩm.

Khi nào chọn Robot Hàn MIG/MAG?

– Sản phẩm yêu cầu tốc độ hàn nhanh, không đòi hỏi độ chính xác và thẩm mỹ quá cao.

– Hàn các vật liệu dày hơn, có thể có khe hở lớn.

– Ưu tiên chi phí đầu tư ban đầu thấp hơn.

– Các ngành như kết cấu thép, sản xuất máy móc, cơ khí nặng.

Cấu tạo của Robot hàn Laser

Một hệ thống robot hàn laser hoàn chỉnh bao gồm các thành phần chính sau:

1/ Nguồn Laser: Các thông số quan trọng của nguồn laser bao gồm:

– Loại laser: sợi quang, CO2, YAG…

– Công suất: Xác định khả năng hàn độ dày vật liệu và tốc độ hàn.

– Bước sóng: Ảnh hưởng đến sự tương tác với vật liệu và khả năng hấp thụ năng lượng.

– Chế độ xung/liên tục:

+ Laser xung phù hợp cho hàn các vật liệu mỏng, nhạy cảm với nhiệt.

+ Laser liên tục cho tốc độ hàn cao và độ xuyên sâu lớn.

2/ Hệ thống truyền dẫn Laser: Đảm bảo chùm tia laser được đưa từ nguồn đến đầu hàn một cách hiệu quả và an toàn.

– Cáp quang: Phổ biến nhất cho laser sợi quang (truyền dẫn linh hoạt và ít suy hao).

– Gương phản xạ và thấu kính: Dùng trong hệ thống laser CO2 để định hướng và hội tụ chùm tia.

3/ Đầu Hàn Laser: Bộ phận này nhận chùm tia laser và tập trung nó vào điểm hàn trên vật liệu.

– Chức năng: Tạo ra điểm/vết hàn với kích thước và hình dạng mong muốn.

– Hệ thống làm mát: Đảm bảo đầu hàn không bị quá nhiệt trong quá trình hoạt động.

– Cảm biến theo dõi đường hàn thời gian thực: Giúp mở rộng mối hàn, khắc phục khe hở lớn và kiểm soát tốt hơn độ sâu thâm nhập.

4/ Cánh Tay Robot Công nghiệp: Đảm bảo sự di chuyển linh hoạt và chính xác của đầu hàn.

– Số trục: Thường là robot 6 trục để đạt được sự linh hoạt tối đa trong không gian 3D.

– Tầm với: Khoảng cách mà robot có thể vươn tới để thực hiện nhiệm vụ.

– Khả năng chịu tải: Trọng lượng tối đa mà robot có thể mang (đầu hàn và các phụ kiện).

– Độ chính xác và độ lặp lại: Các yếu tố then chốt quyết định chất lượng mối hàn.

– Bộ điều khiển robot: Bộ não của hệ thống, nhận các lệnh lập trình và điều khiển chuyển động của robot.

>>> Xem thêm: Cánh tay robot 6 bậc tự do

5/ Hệ thống gá phôi: Dùng để định vị và giữ chặt phôi hàn trong suốt quá trình hàn, đảm bảo độ ổn định và chính xác.

– Có thể là bàn xoay, jig cố định hoặc hệ thống kẹp thủy lực/khí nén.

6/ Hệ thống khí bảo vệ: Cung cấp khí trơ (Argon, Helium hoặc hỗn hợp) đến vũng chảy để ngăn chặn quá trình oxy hóa, bảo vệ mối hàn, đảm bảo chất lượng mối hàn.

7/ Hệ thống hút khói bụi: Bảo vệ môi trường làm việc và sức khỏe người vận hành.

8/ Hệ thống an toàn: Cảm biến an toàn, hàng rào bảo vệ, công tắc dừng khẩn cấp, đèn cảnh báo và kính bảo hộ chuyên dụng.

Nguyên lý hoạt động của robot hàn laser

Nguyên lý hoạt động quá trình hàn laser bằng robot diễn ra theo các bước sau:

1/ Lập trình ban đầu: Đây là bước đầu tiên và quan trọng nhất.

– Thiết kế: Bản vẽ này chứa tất cả thông tin về hình dạng, kích thước và vị trí của các đường hàn.

– Dữ liệu CAD được đưa vào phần mềm lập trình robot chuyên dụng.

+ Kỹ sư sẽ xác định quỹ đạo di chuyển của đầu hàn laser: các điểm bắt đầu, điểm kết thúc, các điểm trung gian và đường cong.

+ Phần mềm cũng cho phép mô phỏng quá trình hàn trong môi trường ảo để kiểm tra va chạm tiềm ẩn, tối ưu hóa đường đi của robot và đảm bảo tính khả thi.

– Kỹ sư sẽ nhập vào các thông số hàn cần thiết như: công suất laser (ví dụ: 2kW), tốc độ hàn (ví dụ: 5 mét/phút), tốc độ cấp dây bù (nếu có), lưu lượng khí bảo vệ và các thông số đặc trưng của đầu hàn laser.

2/ Định vị phôi: Trước khi robot bắt đầu hoạt động, phôi phải được định vị chính xác trên bàn làm việc.

3/ Hiệu chuẩn (Calibration): Đồng bộ hóa hệ thống tọa độ của robot với hệ thống tọa độ thực tế của khu vực làm việc và các thiết bị liên quan.

4/ Quá trình Robot hoạt động: Sau khi thiết lập hoàn tất, robot sẽ thực hiện quá trình hàn:

– Gửi lệnh từ bộ điều khiển:

+ Bộ điều khiển robot sẽ nhận dữ liệu về quỹ đạo di chuyển và thông số hàn đã lập trình.

+ Nó sẽ tính toán các lệnh chuyển động để di chuyển chính xác theo đường hàn mong muốn.

– Vận hành cánh tay robot:

+ Các động cơ servo trong từng khớp sẽ di chuyển cánh tay, đưa đầu hàn laser đến điểm bắt đầu của mối hàn.

– Kích hoạt laser:

+ Khi đầu hàn được định vị chính xác, bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu kích hoạt nguồn laser.

+ Nguồn laser sẽ phát ra chùm tia năng lượng cao.

+ Hệ thống điều khiển sẽ đảm bảo khí bảo vệ được thổi tới vũng chảy để ngăn chặn quá trình oxy hóa.

+ Nếu có sử dụng dây bù, hệ thống cấp dây tự động sẽ bắt đầu cấp dây với tốc độ đã cài đặt.

– Di chuyển theo quỹ đạo:

+ Robot sẽ di chuyển đầu hàn dọc theo đường hàn đã lập trình.

+ Các cảm biến theo dõi đường hàn được sử dụng để phát hiện và bù trừ những sai lệch nhỏ về vị trí của phôi trong thời gian thực.

=> Đảm bảo mối hàn luôn nằm đúng vị trí và có chất lượng ổn định.

– Kết thúc quá trình hàn:

+ Khi đầu hàn di chuyển đến điểm kết thúc, bộ điều khiển sẽ gửi lệnh tắt nguồn laser và dừng cấp khí bảo vệ/dây bù.

+ Robot sau đó có thể di chuyển đầu hàn đến vị trí an toàn hoặc chuẩn bị cho chu trình hàn tiếp theo.

Ứng dụng của Robot hàn Laser

Với những ưu điểm vượt trội, robot hàn laser đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp sản xuất:

1. Ngành ô tô, xe máy: Đây là một trong những ngành ứng dụng robot hàn laser mạnh mẽ nhất.

– Hàn khung gầm, thân xe, cửa, nắp capo, nóc xe với độ chính xác cao.

– Hàn các chi tiết động cơ, hộp số, vỏ động cơ, bánh răng, trục truyền động.

– Hàn các bộ phận an toàn: Túi khí, hệ thống ghế ngồi, các cấu trúc va chạm.

– Hàn pin xe điện và các module pin đòi hỏi độ chính xác cao.

2. Ngành hàng không vũ trụ: Ngành này đòi hỏi tiêu chuẩn chất lượng và độ tin cậy tuyệt đối:

– Hàn các chi tiết mỏng, phức tạp: Vỏ động cơ, cánh quạt, các thành phần cấu trúc của máy bay và tàu vũ trụ.

– Hàn các hợp kim đặc biệt: Như titanium, inconel, nhôm cường độ cao, những vật liệu khó hàn bằng các phương pháp truyền thống.

– Sửa chữa và phục hồi linh kiện: Hàn phục hồi các chi tiết bị mòn hoặc hư hỏng.

3. Ngành điện tử và thiết bị y tế:

– Hàn linh kiện vi mạch, cảm biến trên bảng mạch in (PCB), chip bán dẫn, đầu nối, cảm biến, đòi hỏi độ tinh xảo cực cao.

– Hàn các thiết bị y tế: Dụng cụ phẫu thuật, các bộ phận của thiết bị chẩn đoán và các thiết bị cấy ghép trong cơ thể như: máy tạo nhịp tim, stent,…

4. Ngành sản xuất đồ gia dụng:

– Hàn vỏ tủ lạnh, máy giặt, lò vi sóng.

– Hàn các chi tiết trang trí: Bàn ghế, kệ, đèn trang trí bằng kim loại đòi hỏi mối hàn tinh tế và không lộ.

5. Ngành năng lượng (pin, tấm pin mặt trời):

– Hàn điện cực pin, vỏ pin cho xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng.

– Hàn các mối nối trong tấm pin mặt trời: Đảm bảo kết nối điện hiệu quả và độ bền cho các module quang điện.

6. Các ngành công nghiệp khác:

– Chế tạo khuôn mẫu và công cụ: Hàn sửa chữa hoặc thay đổi thiết kế các khuôn mẫu chính xác.

– Sản xuất đường ống và bình áp lực: Đảm bảo mối hàn kín, chịu áp lực cao.

– Công nghiệp đóng tàu: Hàn các chi tiết có độ dày vừa phải, yêu cầu chất lượng cao.

>>> Xem thêm: Top 10 ngành công nghiệp có thể ứng dụng cánh tay Robot

Robot hàn laser không chỉ là một công cụ, mà là một giải pháp toàn diện cho quy trình tự động hóa sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp. Với khả năng mang lại chất lượng mối hàn vượt trội, tốc độ sản xuất nhanh chóng, độ chính xác tuyệt đối, robot hàn laser đã chứng minh hiệu quả kinh tế rõ rệt.

Các doanh nghiệp Việt Nam nên xem xét nghiêm túc việc đầu tư, tích hợp robot hàn laser vào dây chuyền sản xuất của mình để nắm bắt cơ hội và vươn tầm trong nền công nghiệp hiện đại.

VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.