Cellule robotisée MIG/MAG : équipements, fonctionnement et réglages

Une cellule robotisée MIG/MAG est une installation dans laquelle un robot déplace automatiquement la torche tandis que la source de soudage, le dévidage du fil et les différents périphériques sont coordonnés avec la trajectoire programmée. Elle permet de reproduire un cycle sur des assemblages dont la géométrie et le positionnement restent suffisamment constants.

La performance d’une cellule ne dépend cependant pas uniquement de la précision du robot. La régularité du fil, l’état de la torche, le stick-out, la protection gazeuse, le bridage, la position du joint et les réglages du procédé influencent directement le résultat obtenu.

Une installation robotisée doit donc être considérée comme un ensemble complet plutôt que comme un simple bras articulé. Le dossier consacré au soudage automatisé et robotisé présente les différentes technologies permettant de mécaniser ou d’automatiser une opération de soudage.

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1. Qu’est-ce qu’une cellule robotisée MIG/MAG ?

Une cellule robotisée MIG/MAG est un ensemble de production automatisé associant un robot industriel à un équipement de soudage à fil continu. Le robot assure principalement le déplacement et l’orientation de la torche tandis que la source produit les caractéristiques électriques nécessaires au procédé.

Le fil-électrode est amené jusqu’à la torche par un système de dévidage et fond pendant le soudage afin de former le métal déposé. Une protection gazeuse limite les réactions indésirables du bain avec l’atmosphère environnante.

Autour de ces éléments principaux viennent généralement s’ajouter des outillages de bridage, des positionneurs, une alimentation en gaz, des dispositifs de sécurité et différents équipements destinés à faciliter la production ou la maintenance.

Une cellule peut être conçue autour d’une référence précise produite en grande série ou être plus flexible afin de recevoir plusieurs familles de pièces nécessitant des programmes et des outillages différents.

2. Comment fonctionne une cellule robotisée MIG/MAG ?

Le cycle commence généralement par la mise en position d’une pièce dans un outillage prévu pour retrouver une géométrie suffisamment constante. Une fois le chargement terminé et les conditions de sécurité validées, le programme automatique peut démarrer.

Le robot rejoint une première zone d’approche puis place la torche au point d’amorçage. La source de courant et le dévidoir sont commandés afin de créer l’arc et d’alimenter le fil pendant que le robot parcourt la trajectoire enregistrée.

Lorsque le cordon est terminé, le robot coupe l’arc, effectue son mouvement de dégagement puis rejoint éventuellement une autre soudure. Les paramètres peuvent être différents d’un cordon à l’autre selon l’épaisseur, le type de joint ou la position de travail.

Sur les installations plus complexes, le cycle peut également commander un positionneur, des vérins de bridage, des systèmes de nettoyage de torche, des capteurs ou d’autres équipements automatisés.

3. Quels équipements composent une cellule robotisée ?

Le robot représente la partie la plus visible de la cellule, mais son fonctionnement dépend d’un ensemble de périphériques qui doivent rester compatibles et correctement coordonnés.

Selon l’installation, peuvent également être ajoutés des dispositifs de recherche de joint, des stations de nettoyage de torche, des systèmes de contrôle dimensionnel ou des équipements permettant d’enregistrer les paramètres du cycle.

4. Quel est le rôle du robot dans la cellule ?

Le robot de soudage industriel impose la trajectoire de la torche et son orientation par rapport au joint. Il doit positionner l’extrémité de la torche avec une répétabilité compatible avec les tolérances de l’assemblage.

Les robots articulés utilisés en soudage disposent fréquemment de plusieurs axes permettant de combiner déplacement et orientation. Cela rend possible le passage d’un joint à un autre sur plusieurs faces de la pièce.

La trajectoire doit également éviter les collisions avec la pièce, l’outillage, les positionneurs et les éléments de la cellule. La portée théorique du robot n’est donc pas le seul critère pour vérifier qu’une soudure sera accessible.

La masse et l’encombrement de la torche, des câbles et des systèmes éventuellement installés près du poignet doivent également être pris en compte.

5. Quel est le rôle de la source de soudage ?

La source MIG/MAG fournit l’énergie nécessaire à la création et au maintien de l’arc. Sur une installation automatisée, elle communique généralement avec le contrôleur afin de recevoir les consignes correspondant au programme utilisé.

Les équipements modernes peuvent proposer plusieurs modes de transfert ou programmes adaptés aux matériaux, aux fils et aux gaz employés. Selon l’installation, différentes valeurs peuvent être mémorisées pour chaque cordon.

Le réglage de la source ne doit pas être dissocié de la vitesse du robot. Une modification importante de la vitesse de déplacement change la quantité de chaleur et de métal déposée par unité de longueur, même lorsque les autres réglages restent identiques.

La stabilité du procédé dépend également de l’alimentation électrique, du circuit de masse, de l’état des connexions et du bon fonctionnement des périphériques associés.

6. Pourquoi le système de dévidage est-il important ?

En MIG/MAG, le fil constitue à la fois l’électrode et généralement le métal d’apport. Sa vitesse d’alimentation influence directement le fonctionnement du procédé et doit donc rester régulière pendant le cycle.

Le système comprend notamment les galets, le moteur de dévidage, la gaine, les guides et le tube-contact. Une résistance excessive dans ce chemin peut provoquer des variations d’alimentation qui perturbent la stabilité de l’arc.

Les galets doivent être adaptés au diamètre et au type de fil utilisé. Une pression mal réglée peut entraîner un glissement ou au contraire déformer certains fils plus sensibles.

La longueur et le cheminement du faisceau doivent eux aussi être correctement étudiés. Des courbures excessives ou une gaine détériorée augmentent les efforts nécessaires pour faire progresser le fil jusqu’à la torche.

7. Quelle importance possède la torche robotisée ?

La torche constitue l’interface directe entre la cellule et le joint soudé. Sa géométrie détermine la position réelle du fil par rapport à la trajectoire programmée.

Une collision, une déformation du col de cygne ou l’usure de certains composants peuvent déplacer l’extrémité réelle de la torche. Le programme du robot peut alors rester parfaitement identique tandis que le fil ne se trouve plus exactement au même endroit.

Le tube-contact est particulièrement sollicité puisqu’il assure le transfert du courant vers le fil tout en guidant celui-ci. Son usure peut dégrader la stabilité du contact électrique et modifier le comportement du fil à sa sortie.

La buse doit également être maintenue suffisamment propre pour assurer une protection gazeuse correcte. L’accumulation de projections peut perturber le débit du gaz ou provoquer des adhérences importantes autour de la torche.

8. Quel est le rôle du bridage et des positionneurs ?

Une cellule robotisée exige généralement que les pièces retrouvent une position suffisamment constante à chaque cycle. L’outillage de bridage possède donc une influence directe sur la trajectoire réelle du joint.

Les butées et dispositifs de serrage doivent maintenir les composants sans créer inutilement des déformations importantes. Les variations provenant de la découpe, du formage ou de l’assemblage initial doivent également rester compatibles avec les capacités de la cellule.

Les positionneurs peuvent faire pivoter ou incliner la pièce afin de rendre certaines soudures accessibles et de présenter le joint dans une orientation favorable. Ils peuvent fonctionner entre deux opérations ou être synchronisés avec le robot pendant le soudage.

Le positionnement de la pièce doit donc être considéré dès la conception de l’installation plutôt qu’après la programmation des trajectoires.

9. Comment sont programmées les trajectoires de soudage ?

La programmation d’un robot de soudage définit les points de passage de la torche, son orientation, les vitesses de déplacement et les différentes instructions nécessaires au cycle.

Le programme comprend généralement des mouvements rapides en dehors des zones de soudage et des trajectoires spécifiques pendant lesquelles la source est active. Les positions d’approche et de dégagement doivent limiter les risques de collision tout en réduisant les mouvements inutiles.

Un même assemblage peut demander plusieurs séquences avec des paramètres différents. La cellule peut par exemple réaliser un petit cordon d’angle puis un joint plus long nécessitant une vitesse ou un programme de soudage différent.

Des mouvements d’oscillation peuvent également être programmés lorsque le joint le nécessite, mais leur amplitude et leur fréquence doivent rester cohérentes avec le procédé et la géométrie recherchée.

10. Quels paramètres régler en soudage MIG/MAG robotisé ?

Les paramètres utilisés doivent être adaptés au métal de base, au diamètre du fil, au gaz, à l’épaisseur et au type de joint. La robotisation permet de reproduire les valeurs programmées, mais elle ne détermine pas automatiquement celles qui conviennent à l’assemblage.

Parmi les paramètres et conditions importantes figurent notamment :

• la vitesse de dévidage du fil
• la tension ou le réglage correspondant au programme utilisé
• la vitesse de déplacement du robot
• le débit et la nature du gaz de protection
• le diamètre et le type de fil
• la distance entre le tube-contact et la pièce
• l’orientation de la torche
• les paramètres d’amorçage et de fin de cordon
• les éventuels mouvements d’oscillation

Lorsque la fabrication est réalisée suivant un DMOS/WPS, les paramètres programmés doivent respecter les conditions définies par le mode opératoire applicable.

La mise au point consiste donc à rechercher un équilibre entre le comportement de l’arc, la pénétration, la géométrie du cordon, la vitesse de production et les propriétés demandées à l’assemblage.

11. Pourquoi le stick-out et l’orientation de la torche sont-ils importants ?

La position géométrique de la torche influence fortement le comportement du soudage MIG/MAG. La distance entre l’extrémité du tube-contact et la pièce doit rester suffisamment stable pour que les conditions électriques et thermiques ne varient pas excessivement pendant le cycle.

Un stick-out différent de celui prévu lors de la mise au point peut modifier le comportement du fil, la stabilité de l’arc et les caractéristiques du dépôt. Une variation importante peut donc rendre un programme initialement satisfaisant moins régulier.

L’angle de travail influence la répartition de l’arc entre les éléments du joint, tandis que l’angle de déplacement modifie notamment la manière dont le bain et le métal fondu se comportent derrière la torche.

La programmation doit donc contrôler non seulement la position du point de soudage, mais également l’orientation complète de la torche tout au long de la trajectoire.

12. Pourquoi les pièces doivent-elles être répétables ?

Une cellule robotisée reproduit une trajectoire par rapport à des références définies lors de sa programmation. Si la position réelle du joint change d’une pièce à l’autre, le robot peut continuer à suivre fidèlement une trajectoire qui ne correspond plus à l’assemblage présent dans la cellule.

La découpe, le formage, l’ajustage avant soudage et le bridage influencent donc directement la capacité de la cellule à produire régulièrement.

Une variation du jeu peut être particulièrement problématique. Même lorsque le joint reste au même emplacement, une ouverture plus importante modifie la quantité de métal nécessaire et peut rendre les paramètres programmés moins adaptés.

La répétabilité doit ainsi concerner à la fois la position du joint et sa géométrie réelle.

13. Comment corriger les variations de position du joint ?

Lorsque de petites variations ne peuvent pas être totalement évitées, la cellule peut employer des systèmes permettant de rechercher la position réelle du joint ou d’adapter la trajectoire pendant le soudage.

Le suivi de joint en soudage robotisé peut utiliser différentes technologies : détection par contact, analyse de caractéristiques électriques, capteurs optiques ou systèmes laser selon l’installation.

La recherche préalable permet de corriger certains décalages avant l’amorçage. Le suivi en cours de soudage peut quant à lui adapter progressivement la trajectoire lorsque le joint se déplace légèrement par rapport à la position théorique.

Ces systèmes possèdent cependant des plages de fonctionnement limitées. Ils ne doivent pas être utilisés pour compenser systématiquement un assemblage dont le positionnement ou la préparation sont insuffisamment maîtrisés.

14. Comment sécuriser une cellule robotisée MIG/MAG ?

Le mouvement du robot représente un danger mécanique important car le bras peut se déplacer rapidement et transporter une torche ou d’autres équipements dans un volume de travail relativement étendu.

Une cellule industrielle peut donc comporter des clôtures, des portes interverrouillées, des dispositifs de détection, des arrêts d’urgence et différentes fonctions de sécurité intégrées à la commande.

Le procédé MIG/MAG ajoute également des risques spécifiques : rayonnement de l’arc, projections de métal, fumées, surfaces chaudes, courant électrique et gaz sous pression.

Les écrans de soudage et les systèmes d’aspiration doivent être adaptés à l’installation. La sécurité doit également couvrir les phases de chargement, de réglage, de changement de consommables, de nettoyage et de maintenance.

L’accès à une cellule arrêtée ne signifie pas nécessairement que tous les risques ont disparu : certaines pièces peuvent rester chaudes et des équipements peuvent conserver de l’énergie ou être susceptibles de redémarrer selon l’état de la machine.

15. Quelle maintenance nécessite une cellule robotisée ?

La disponibilité d’une cellule dépend de nombreux équipements. Une panne ou une dérive relativement simple sur un périphérique peut arrêter toute la production même lorsque le robot fonctionne parfaitement.

La maintenance courante concerne notamment :

• le tube-contact
• la buse de gaz
• la torche et sa géométrie
• la gaine de guidage du fil
• les galets du dévidoir
• les câbles et faisceaux
• l’alimentation en gaz
• les outillages de bridage
• les positionneurs
• les capteurs et dispositifs de sécurité

De nombreuses cellules utilisent une station de nettoyage automatique de torche. Celle-ci peut retirer une partie des projections accumulées sur la buse et, selon l’équipement, effectuer d’autres opérations comme la coupe du fil.

Le contrôle périodique de la position de la torche peut également permettre de détecter une déformation après une collision avant qu’un grand nombre de pièces ne soient soudées avec un décalage systématique.

16. Comment améliorer la productivité d’une cellule ?

La productivité ne dépend pas uniquement de la vitesse à laquelle le robot parcourt le joint. Le temps pendant lequel aucune soudure n’est réalisée peut représenter une part importante du cycle.

Les mouvements d’approche, le chargement, le bridage, le retournement de la pièce, le nettoyage de torche et le déchargement doivent donc être intégrés à l’analyse.

Certaines cellules utilisent deux zones de travail. Pendant que le robot soude une pièce dans une partie de l’installation, l’opérateur peut préparer l’assemblage suivant dans une autre zone protégée. Un positionneur peut ensuite présenter la nouvelle pièce au robot.

La programmation peut également réduire les mouvements inutiles en organisant l’ordre des cordons de manière cohérente. Il faut toutefois éviter de rechercher uniquement le cycle le plus court si cette stratégie dégrade la maîtrise des déformations ou les conditions de soudage.

Une bonne disponibilité de la cellule est enfin essentielle : quelques secondes gagnées sur chaque trajectoire apportent peu de bénéfice si des arrêts fréquents sont provoqués par des consommables mal entretenus ou des pièces irrégulières.

17. Quelles sont les limites d’une cellule robotisée MIG/MAG ?

Une cellule robotisée devient particulièrement performante lorsque les pièces, les programmes et l’organisation de production sont suffisamment stables. À l’inverse, les productions très variables peuvent augmenter fortement les temps de réglage et de changement.

Les pièces présentant de grandes variations dimensionnelles peuvent nécessiter des dispositifs supplémentaires de recherche ou de suivi, voire une amélioration du processus de fabrication en amont.

Les joints difficiles d’accès représentent également une contrainte. La torche robotisée et le poignet du robot ont besoin d’un volume libre permettant de conserver l’orientation requise sans collision.

Une cellule nécessite en outre un investissement comprenant non seulement le robot, mais aussi la source, les périphériques, les outillages, les protections, l’intégration, la programmation et la formation du personnel.

Le choix doit donc être basé sur l’ensemble de la production. Pour certaines opérations simples, un système mécanisé peut être suffisant, tandis que des pièces unitaires très différentes peuvent rester mieux adaptées au soudage manuel.

FAQ : cellule robotisée MIG/MAG

Qu’est-ce qu’une cellule robotisée MIG/MAG ?

Une cellule robotisée MIG/MAG est une installation automatisée dans laquelle un robot déplace la torche tandis qu’une source de soudage et un système de dévidage alimentent le procédé. Elle comprend également les outillages, protections et périphériques nécessaires à la production.

Pourquoi le MIG/MAG est-il adapté au soudage robotisé ?

Le procédé utilise un fil-électrode alimenté en continu, ce qui facilite l’exécution de cordons successifs sans changement fréquent de consommable. La source et le dévidoir peuvent également être commandés directement par le cycle automatisé.

Quels paramètres règle-t-on sur une cellule MIG/MAG ?

Les réglages concernent notamment la vitesse de dévidage, la tension ou le programme de soudage, la vitesse de déplacement, le gaz, le stick-out, l’orientation de la torche ainsi que les conditions d’amorçage et de fin de cordon.

Pourquoi le bridage est-il important en soudage robotisé ?

Le robot reproduit une trajectoire définie. Si la pièce change de position d’un cycle à l’autre, le joint peut ne plus correspondre à cette trajectoire. Le bridage permet donc de retrouver une géométrie suffisamment régulière.

Une cellule robotisée peut-elle corriger un joint décalé ?

Certaines installations utilisent des systèmes de recherche ou de suivi de joint capables de corriger des écarts limités. Ces dispositifs ne remplacent toutefois pas une préparation et un positionnement maîtrisés des pièces.

Pourquoi faut-il nettoyer régulièrement la torche ?

Les projections peuvent s’accumuler dans la buse et perturber la protection gazeuse. L’usure du tube-contact ou une modification de la géométrie de la torche peuvent également provoquer des variations de l’arc ou un déplacement du fil par rapport à la trajectoire programmée.

Une cellule robotisée garantit-elle automatiquement une soudure de qualité ?

Non. Elle permet principalement de reproduire régulièrement un cycle. La qualité dépend toujours de la préparation du joint, des paramètres, du métal d’apport, de la protection gazeuse, de l’état des consommables et de la maîtrise globale du procédé.

Ressources techniques associées aux cellules robotisées MIG/MAG

Une cellule robotisée MIG/MAG peut être concernée par plusieurs référentiels relatifs à la robotique, au soudage, à la qualification des opérateurs et à la maîtrise des équipements. Parmi les références pouvant être rencontrées figurent notamment :

• ISO 10218-1 – Exigences de sécurité relatives aux robots industriels.
• ISO 10218-2 – Exigences de sécurité relatives aux applications robotisées et à l’intégration des cellules.
• ISO 14732 – Qualification des opérateurs soudeurs et régleurs pour le soudage mécanisé et automatique des matériaux métalliques.
• ISO 15609-1 – Descriptif et qualification d’un mode opératoire de soudage pour le soudage à l’arc.
• ISO 15614-1 – Qualification des modes opératoires de soudage des matériaux métalliques.
• ISO 3834 – Exigences de qualité en soudage par fusion des matériaux métalliques.
• ISO 5817 – Niveaux de qualité relatifs aux imperfections des assemblages soudés par fusion.
• ISO 17662 – Étalonnage, vérification et validation des équipements utilisés pour le soudage et les techniques connexes.

Les références réellement applicables dépendent du matériau, de la fabrication, du secteur industriel, de l’installation et des exigences contractuelles ou réglementaires. La mise en service d’une cellule doit donc prendre en compte à la fois le procédé de soudage et la sécurité de l’ensemble automatisé.