Cobot hàn là gì? So sánh phương pháp hàn thủ công và hàn bằng cobot

Cobot hàn (welding cobot) là gì?

Cobot hàn (welding cobot) là một loại robot cộng tác được thiết kế riêng biệt để thực hiện các tác vụ hàn trong môi trường công nghiệp. Không giống với robot hàn truyền thống, cobot hàn được tích hợp các cảm biến an toàn và thiết kế thân thiện, có thể làm việc cạnh người vận hành mà không cần rào chắn.

Thợ hàn thủ công thực hiện mối hàn có thời gian ngắn hơn so với robot, nhưng nếu xét về năng suất thì robot lại vượt trội hơn. Các kỹ sư sẽ so sánh hai loại cánh tay robot, một loại công nghiệp truyền thống (PUMA) và một loại robot cộng tác (UR) để xem loại nào hàn tốt hơn. Khi đánh giá, họ cũng xét xem mỗi loại cần bao nhiêu không gian để hoạt động và khả năng tránh va chạm của chúng.

Khi kỹ năng của người thợ hàn được mô hình hóa và tích hợp vào Cobot, thì việc hàn càng trở nên linh hoạt hơn, cho phép thực hiện những kỹ thuật hàn vốn chỉ có thợ lành nghề mới làm được.

Cobot hàn hoạt động như thế nào?

1. Các Thành phần và Chức năng trong Hệ thống Cobot hàn

Hệ thống Cobot hàn bao gồm nhiều bộ phận quan trọng, thành phần chính là:

Cánh tay cobot: Một cánh tay khớp nối 6 trục mang lại sự linh hoạt để thực hiện các đường hàn.
Mỏ hàn: Được gắn trên cánh tay này để tạo hồ quang.
Bộ nguồn cung cấp điện: Điều khiển các thông số điện nhằm đảm bảo hồ quang ổn định và chất lượng mối hàn cao.
Thiết bị cấp dây hàn: Điều tiết dòng vật liệu hàn để duy trì kích thước mối hàn ổn định.
Các hệ thống hàn hiện đại còn tích hợp cảm biến và camera để giám sát thời gian thực, giúp tự động điều chỉnh quy trình trong suốt quá trình hàn.
Bộ điều khiển trung tâm (controller): Điều phối tất cả các thành phần của hệ thống và diễn giải các lệnh để đảm bảo các hoạt động hàn diễn ra liền mạch.

2. Độ chính xác và hiệu quả của cobot hàn

Khả năng vận hành liên tục và kiểm soát chính xác các thông số hàn giúp cho hệ thống cobot tạo ra những mối hàn có độ chính xác cao. Nếu so với con người thì cobot có thể hoạt động không ngừng nghỉ, điều này mang lại hiệu suất cao hơn cho các nhà máy.

Cobot kiểm soát các biến số như tốc độ di chuyển, chiều dài hồ quang và nhiệt lượng đầu vào theo chương trình, cho ra mối hàn có sai số chỉ trong vài phần milimet. Hệ thống theo dõi đường hàn bằng cảm biến thời gian thực giúp cobot liên tục điều chỉnh để bù lệch vật liệu, đảm bảo chất lượng ổn định.

Cobot còn có thể tiếp cận các vị trí hàn khó và giữ mỏ hàn ổn định, tránh hiện tượng rỗ khí và hàn không dấu.

Lợi ích của Cobot hàn

1. Năng suất cobot hàn mang lại

Hàn bằng cobot vượt xa hàn thủ công về hiệu suất nhờ thời gian hồ quang được kéo dài. Thợ hàn thủ công thường chỉ vận hành thiết bị 10–30% thời gian làm việc, trong khi cobot đạt 50–80% ở sản xuất không hàng loạt và lên đến 90% ở sản xuất hàng loạt. Một Cobot hàn có thể thay thế đến 5 thợ hàn thủ công.

General Motors đã tăng 30% năng suất và giảm 20% chi phí vận hành nhờ triển khai Cobot hàn trên dây chuyền lắp ráp. Hệ thống Cobot hàn vận hành liên tục, giúp tăng tốc độ sản xuất và chất lượng đầu ra.

2. Chất lượng của mối hàn khi sử dụng cobot

Cobot thực hiện hàn với độ chính xác cao, tạo ra chất lượng mối hàn ổn định. Sự chính xác trong quá trình hàn giúp sản phẩm có chất lượng nhất quán hơn.

Hãng Fendt đã giảm 25% chi phí và rút ngắn 15% thời gian sản xuất nhờ vào chất lượng ổn định và công nghệ xử lý hình ảnh theo thời gian thực, cho phép phát hiện lỗi trong quá trình hàn giúp giảm tỷ lệ lỗi mà Cobot hàn mang lại.

3. Giảm lãng phí và tiêu hao vật tư

Việc kiểm soát chính xác các thông số hàn giúp doanh nghiệp tối ưu vật liệu sử dụng và giảm năng lượng tiêu hao. Cobot dùng lượng vật liệu chính xác cho mỗi mối hàn, tránh hiện tượng hàn quá mức dẫn đến bắn tóe, điều phổ biến ở hàn thủ công.

Đặc tính chính xác của Cobot hàn giúp tiết kiệm chi phí vật tư. Tại New Holland Agriculture, hàn bằng cobot đã giúp giảm 22% lượng vật liệu lãng phí. Chất lượng ổn định còn giúp giảm thiểu việc trả hàng, từ đó tiết kiệm thêm chi phí và thời gian.

Các ứng dụng của Cobot hàn

1. Hàn điểm

Hàn điểm bằng cobot là một quy trình quan trọng trong lắp ráp thân xe ô tô. Cobot thực hiện việc nối các tấm kim loại chồng lên nhau bằng cách tạo áp lực và dòng điện chính xác thông qua điện cực bằng đồng.

Cobot hàn có thể đảm nhận hàng trăm điểm hàn trên một khung xe, giúp rút ngắn thời gian sản xuất và giảm chi phí nhân công.

2. Hàn hồ quang

Cobot hàn hồ quang tạo ra nhiệt độ lên tới 6.500°F (~3600℃) nhờ khả năng tạo hồ quang điện. Các ngành công nghiệp nặng sử dụng phương pháp này để chế tạo đường ống và kết cấu chịu lực.

Hệ thống hàn hồ quang tạo ra các mối hàn sâu, chất lượng đồng đều, đặc biệt phù hợp với ngành yêu cầu độ bền kết cấu cao, ví dụ như ngành đóng tàu.

3. Hàn TIG và MIG

Cobot có thể thực hiện hai loại hàn kim loại chính xác là TIG (hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ) và MIG (hàn hồ quang nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ, hay còn gọi là hàn CO2). Ngành hàng không vũ trụ thường chọn hàn TIG bằng cobot để đạt chất lượng cao trên vật liệu mỏng như nhôm và titan.

Ngược lại, hàn MIG với hệ thống cấp dây hàn liên tục, giúp quá trình hàn không bị gián đoạn, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng thép để hàn các cấu kiện thép lớn và phức tạp.

4. Hàn Laser

Cobot sử dụng tia laser công suất cao để hàn các chi tiết lại với nhau, cho phép tạo mối hàn nhanh chóng, chính xác và hạn chế biến dạng do nhiệt. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với ngành điện tử, nơi các linh kiện nhỏ yêu cầu mối hàn có độ chính xác cao.

Ví dụ, cobot hàn laser tạo ra các mối nối chắc chắn giữa các cell pin mà không làm hỏng các thành phần nhạy cảm.

5. Hàn Plasma

Cobot hàn plasma tạo ra mối hàn sâu, hẹp nhờ mật độ năng lượng cực cao. Phương pháp này rất hiệu quả trong các ngành yêu cầu hàn inox và hợp kim chất lượng cao.

Hệ thống hàn plasma bằng cobot được ứng dụng trong sản xuất thiết bị y tế, nơi các mối hàn phải đảm bảo độ chắc chắn và vô trùng tuyệt đối nhằm bảo vệ sức khỏe người bệnh.

So sánh Hàn thủ công và Hàn bằng Cobot

Dưới đây là bảng so sánh giữa 2 phương pháp, hàn thủ công và hàn bằng cobot:

Tiêu chí	Hàn thủ công truyền thống	Hàn bằng Cobot
Tính linh hoạt	Linh hoạt cao, thích hợp cho lô sản xuất nhỏ.	Độ linh hoạt vừa phải, phù hợp với sản xuất từ lô nhỏ đến vừa.
Khả năng đáp ứng sản lượng	Phù hợp với sản xuất số lượng ít, sản xuất nhiều loại sản phẩm khác nhau.	Phù hợp với sản xuất số lượng vừa và nhiều.
Yêu cầu kỹ năng	Cần thợ hàn tay nghề cao, có kinh nghiệm và được đào tạo bài bản.	Dễ sử dụng với giao diện lập trình trực quan, vận hành được sau thời gian đào tạo ngắn.
Độ ổn định & Chất lượng	Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào kỹ năng và trạng thái của thợ hàn, dễ biến động.	Mối hàn đều, chất lượng cao nhờ chuyển động lặp lại chính xác của robot cộng tác.
Hiệu suất & Năng suất	Bị giới hạn bởi sức chịu đựng của con người, thợ cần nghỉ giải lao nên dễ phát sinh thời gian trống.	Vận hành liên tục, tăng năng suất, rút ngắn thời gian chu kỳ sản xuất.
An toàn lao động	Nguy cơ chấn thương cao do tiếp xúc với nhiệt, khói hàn hoặc tư thế làm việc không đúng.	Được thiết kế với tính năng an toàn cao, cho phép cộng tác giữa người và cobot, giảm rủi ro tai nạn.
Chi phí đầu tư ban đầu	Chi phí ban đầu thấp hơn, bao gồm thiết bị hàn và chi phí đào tạo.	Chi phí đầu tư trung bình, bao gồm cobot và hệ thống tích hợp, hoàn vốn nhanh nhờ tăng năng suất.
Chi phí vận hành	Chi phí vận hành cao do cần thợ có tay nghề, tốn kém khi phải làm lại hoặc lãng phí vật liệu.	Chi phí vận hành thấp hơn vì cobot có thể hoạt động liên tục, ít lỗi và ít lãng phí do mối hàn ổn định.
Ứng dụng phù hợp	Phù hợp với các đơn vị sản xuất nhỏ lẻ, số lượng ít, mối hàn đơn giản, không yêu cầu quá cao về chất lượng và sự đồng đều.	Thích hợp cho các tác vụ hàn lặp đi lặp lại, sản xuất lô vừa đến lớn, yêu cầu cao về độ ổn định, nhiều góc hàn khó.

Cách lựa chọn Cobot hàn phù hợp cho doanh nghiệp của bạn

1. Chọn cobot có giao diện trực quan, dễ sử dụng

Giảm thời gian đào tạo nhờ giao diện thân thiện với người dùng.
Phù hợp với thợ hàn lành nghề không có kỹ năng lập trình.
Có thể lập trình trực tiếp bằng thao tác mô phỏng thủ công (hand-guiding).
Cho phép điều chỉnh các thông số hàn ngay trong quá trình thiết lập.

Techman AI Cobot - Thiết lập nhanh với vài bước kéo thả

2. Ưu tiên các giải pháp hàn có tính linh hoạt cao

Cobot cần xử lý được nhiều tác vụ, phù hợp với môi trường sản xuất đa dạng.
Hỗ trợ nhiều phương pháp hàn: MIG, TIG, hàn điểm...
Đáp ứng tốt các ứng dụng hàn chi tiết lớn với tầm với rộng và tải trọng cao.
Tích hợp dễ dàng với máy hàn hiện có.
Tự động thay đổi chương trình với ít yêu cầu điều chỉnh phần cứng.
Tối ưu cho sản xuất lô nhỏ, nhiều mẫu.

3. Lắp đặt nhanh chóng, dễ bảo trì

Ưu tiên các hệ thống có thể tự cài đặt bởi đội kỹ thuật nội bộ.
Một số dòng cobot có thể vận hành chỉ sau vài giờ thiết lập.
Dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật tại chỗ và linh kiện thay thế dễ tiếp cận.
Tăng hiệu quả vận hành, giảm gián đoạn và rút ngắn thời gian hoàn vốn (ROI).

4. Đảm bảo kết quả hàn chính xác, ổn định

Cobot cần có độ lặp lại chính xác cao (ít nhất ±0.1mm).
Hệ thống theo dõi thời gian thực giúp ổn định quá trình hàn.
Tự điều chỉnh thông số theo vật liệu và điều kiện môi trường.
Sử dụng đầu gắp (EOAT) và đồ gá chuyên dụng đảm bảo chất lượng mối hàn.
Hạn chế lỗi sản phẩm và giảm thiểu nhu cầu làm lại.

Việc ứng dụng cobot trong hàn không chỉ là bước tiến công nghệ, mà còn là giải pháp thiết thực cho các doanh nghiệp đang đối mặt với thách thức về chi phí, chất lượng và nhân lực. Với khả năng vận hành chính xác, linh hoạt và liên tục, cobot hàn mang lại giá trị vượt trội về năng suất, độ ổn định và hiệu quả vận hành.

Trong bối cảnh nhu cầu sản xuất ngày càng cao, khắt khe về chất lượng và khan hiếm lao động kỹ thuật, việc đầu tư vào cobot hàn chính là chiến lược giúp các nhà máy duy trì lợi thế cạnh tranh và hướng tới mô hình sản xuất thông minh trong tương lai.

Tham khảo: Robot cộng tác AI Techman dòng S