Cobot de soudage : fonctionnement, avantages, limites et applications

Un cobot de soudage est un robot collaboratif adapté à l’automatisation de certaines opérations de soudage. Plus compact que de nombreux robots industriels traditionnels et souvent conçu pour simplifier l’apprentissage des trajectoires, il peut constituer une solution intéressante pour les ateliers travaillant sur des petites ou moyennes séries.

Le cobot ne modifie cependant pas les principes fondamentaux du soudage. La position de la torche, la vitesse de déplacement, les paramètres électriques, le stick-out, la préparation du joint, le bridage et la régularité des pièces restent essentiels pour obtenir un résultat répétable.

Le terme « collaboratif » ne signifie pas non plus qu’une opération de soudage puisse automatiquement être réalisée sans protections autour de l’équipement. L’arc, les rayonnements, les projections, les fumées, les pièces chaudes et les mouvements de la machine doivent être pris en compte dans l’analyse des risques. Le dossier sur le soudage automatisé et robotisé permet de replacer les cobots parmi les différentes solutions d’automatisation disponibles.

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1. Qu’est-ce qu’un cobot de soudage ?

Un cobot est un robot conçu pour permettre certaines formes de collaboration ou de coexistence avec des opérateurs lorsque l’application et les mesures de sécurité le permettent. Dans le domaine du soudage, il porte généralement une torche MIG/MAG ou TIG et reproduit une trajectoire enregistrée autour d’un assemblage.

Son architecture est souvent plus compacte et plus légère que celle d’un robot industriel destiné à des cadences élevées. Le cobot peut être installé sur une table, un bâti, une colonne ou un support mobile selon l’organisation de l’atelier.

L’objectif n’est pas nécessairement de remplacer entièrement le soudeur. Dans de nombreux cas, le personnel prépare les pièces, réalise le bridage, définit la trajectoire, règle les paramètres puis contrôle le résultat tandis que le cobot assure l’exécution répétitive du cordon.

Cette organisation peut être intéressante lorsque l’entreprise souhaite automatiser certaines tâches sans mettre en place immédiatement une cellule robotisée de grande dimension.

2. Comment fonctionne un cobot de soudage ?

Le principe général reste proche de celui d’un robot de soudage industriel. Le bras déplace la torche suivant plusieurs axes afin de maintenir la position et l’orientation programmées par rapport au joint.

Le contrôleur coordonne les mouvements du bras avec la source de soudage. Lorsqu’un cycle démarre, le cobot rejoint une position d’approche, déclenche le procédé, parcourt la trajectoire programmée puis interrompt l’arc et se dégage de la pièce.

Sur une installation MIG/MAG, le fil est fourni en continu par le système de dévidage et les paramètres sont commandés par la source de courant. Plusieurs programmes peuvent être associés à différentes soudures d’une même pièce.

Le cycle peut être répété tant que les pièces sont positionnées de manière suffisamment constante et que les conditions de soudage restent compatibles avec la trajectoire enregistrée.

3. Quelle différence entre un cobot et un robot industriel ?

La différence ne tient pas simplement à la taille du bras. Un robot industriel conventionnel est généralement intégré dans une cellule conçue pour produire rapidement et de manière répétitive, avec un environnement fortement automatisé et des dispositifs de protection adaptés.

Un cobot privilégie souvent une mise en œuvre plus flexible, une programmation simplifiée et une intégration adaptée aux productions changeantes. Sa charge utile, sa portée ou sa vitesse peuvent en revanche être inférieures à celles de certains robots industriels.

Il ne faut donc pas considérer le cobot comme une version systématiquement supérieure ou plus moderne du robot classique. Les deux solutions répondent à des besoins industriels différents.

4. Quels équipements composent une installation de soudage cobotisée ?

Le bras collaboratif ne constitue qu’une partie du système. Comme pour toute installation automatisée, différents équipements doivent être associés pour permettre le soudage.

Selon les besoins, l’installation peut également comporter un positionneur, un capteur de joint, une station de nettoyage de torche, une aspiration des fumées ou un système d’enregistrement des paramètres.

5. Quels procédés de soudage peut utiliser un cobot ?

Le soudage MIG/MAG est particulièrement répandu sur les installations cobotisées. Son alimentation continue en fil facilite l’exécution de cordons successifs et son niveau de productivité convient à de nombreux assemblages en acier, inoxydable ou aluminium selon le matériel utilisé.

Le TIG peut également être automatisé par un cobot lorsqu’une maîtrise précise de la trajectoire est recherchée. Cette configuration peut notamment convenir à certaines petites pièces, tubes ou assemblages exigeant un contrôle régulier de la torche.

Le choix du procédé dépend de la matière, de l’épaisseur, de la position, de la géométrie du joint et de la cadence recherchée. Le cobot n’impose donc pas à lui seul une technique particulière.

Dans tous les cas, la source et les équipements périphériques doivent être conçus ou configurés pour communiquer correctement avec le contrôleur de l’installation.

6. Comment programme-t-on un cobot de soudage ?

L’un des intérêts souvent recherchés avec un cobot est la simplification de la programmation. Selon l’équipement, l’opérateur peut déplacer manuellement le bras vers plusieurs positions afin d’enregistrer les points qui formeront ensuite la trajectoire.

Il reste toutefois nécessaire de définir correctement l’orientation de la torche, les points d’approche, le départ et la fin du cordon ainsi que la vitesse de déplacement. La simple mémorisation d’une ligne géométrique ne suffit pas à créer automatiquement une bonne procédure de soudage.

Les paramètres électriques doivent être adaptés à chaque situation et coordonnés avec la trajectoire. La programmation d’un robot de soudage repose sur les mêmes principes généraux : déplacement, orientation, paramètres et maîtrise du comportement réel du bain de fusion.

Lorsque plusieurs références sont produites dans le même atelier, différents programmes peuvent être enregistrés puis rappelés à condition que l’outillage permette de repositionner correctement chaque type de pièce.

7. Quelles pièces sont adaptées au soudage par cobot ?

Le cobot est particulièrement intéressant lorsque les mêmes cordons doivent être reproduits sur plusieurs pièces sans que les volumes atteignent nécessairement ceux d’une ligne fortement automatisée.

Les assemblages présentant des joints facilement accessibles et pouvant être correctement bridés sont généralement les plus simples à automatiser. Il peut s’agir de châssis, supports, cadres, éléments mécano-soudés, petites structures, séries de pièces en tôle ou sous-ensembles industriels.

Les séries n’ont pas besoin d’être gigantesques pour présenter un intérêt. Une entreprise produisant régulièrement quelques dizaines ou quelques centaines d’exemplaires d’une même référence peut parfois amortir le temps de programmation sur plusieurs campagnes de fabrication.

À l’inverse, des pièces toutes différentes, très déformées ou nécessitant une adaptation permanente du geste peuvent être beaucoup moins favorables à l’utilisation d’un cobot.

8. Pourquoi la répétabilité des pièces reste-t-elle importante ?

La facilité de programmation d’un cobot ne supprime pas le besoin de répétabilité. Une trajectoire enregistrée correspond à une position déterminée du joint dans l’espace.

Si la pièce suivante est décalée, si son angle varie ou si le jeu entre les composants change fortement, la torche peut ne plus suivre correctement la géométrie réelle. Une machine reproduira alors fidèlement une trajectoire devenue inadaptée.

La qualité de l’ajustage et de la préparation avant soudage reste donc fondamentale. La table, les butées et les dispositifs de bridage doivent permettre de retrouver suffisamment précisément la position programmée.

Lorsque de petites variations sont inévitables, certains équipements peuvent recevoir un système de recherche ou de suivi de joint, mais ces fonctions ne peuvent pas compenser une fabrication totalement irrégulière.

9. Quels sont les avantages d’un cobot de soudage ?

Le principal intérêt du cobot est de proposer une forme d’automatisation relativement flexible pour des ateliers qui ne travaillent pas nécessairement en très grande série.

Parmi les avantages possibles figurent notamment :

• une installation généralement compacte
• une programmation conçue pour être relativement accessible
• la possibilité de mémoriser plusieurs références
• une bonne répétabilité de la trajectoire
• une vitesse de déplacement régulière
• la possibilité d’automatiser certains cordons répétitifs
• une intégration possible dans des ateliers disposant de peu d’espace
• la possibilité de redéployer certaines installations sur plusieurs productions
• une réduction de l’exposition directe de l’opérateur à l’arc pendant le cycle automatisé

Ces avantages restent conditionnés par une organisation cohérente autour du cobot. Si le chargement, le bridage ou les changements de références prennent beaucoup de temps, le gain global de productivité peut être nettement inférieur au temps gagné pendant le soudage lui-même.

10. Quelles sont les limites d’un cobot de soudage ?

Un cobot n’est pas une solution universelle. Sa vitesse, sa portée, sa charge utile et son environnement de travail doivent être compatibles avec la production envisagée.

Les pièces irrégulières constituent l’une des principales difficultés. Lorsque l’emplacement du joint varie fortement, la trajectoire doit être corrigée ou la préparation améliorée.

La taille du bras peut également limiter l’accès à certains assemblages. Une torche de soudage, son faisceau de câbles et le poignet du cobot nécessitent de l’espace autour du joint.

Enfin, le changement fréquent de pièces ne garantit pas automatiquement une meilleure rentabilité. Chaque nouvelle référence peut nécessiter un nouvel outillage, une nouvelle programmation, des essais et une mise au point avant de pouvoir être produite régulièrement.

11. Un cobot de soudage peut-il fonctionner sans protection ?

Le mot « collaboratif » peut prêter à confusion lorsqu’il est appliqué au soudage. Certaines fonctions de sécurité du robot peuvent permettre des modes de fonctionnement conçus pour limiter les risques liés au mouvement, mais l’application complète doit toujours être analysée.

Le soudage crée en effet des dangers qui ne proviennent pas directement du bras : rayonnement ultraviolet et infrarouge, projections de métal, chaleur, fumées, arc électrique et pièces portées à haute température.

Un système de limitation des efforts du robot ne protège par exemple pas les yeux d’une personne exposée à l’arc. Des écrans, rideaux, dispositifs d’aspiration ou autres protections peuvent donc rester indispensables.

La configuration de sécurité doit être déterminée à partir de l’application réelle, des mouvements programmés, des outils installés et de l’environnement de travail. Il ne faut donc jamais conclure qu’un cobot de soudage peut fonctionner sans protection simplement parce que le bras est qualifié de collaboratif.

12. Quel est le rôle du soudeur avec un cobot ?

Le cobot transforme le travail du soudeur mais ne supprime pas la nécessité de maîtriser le procédé. Le personnel doit toujours être capable de reconnaître un mauvais comportement de l’arc, une préparation inadaptée ou une dérive des paramètres.

L’opérateur peut notamment intervenir pour :

• préparer et positionner les pièces
• créer ou modifier les trajectoires
• choisir les paramètres de soudage
• effectuer les essais de mise au point
• surveiller l’état de la torche
• changer les consommables
• contrôler les soudures réalisées
• identifier les causes d’un résultat anormal

La connaissance pratique du bain de fusion reste particulièrement importante lors de la mise au point. Un programme peut être géométriquement correct tout en produisant une soudure insatisfaisante si l’angle, la vitesse ou les paramètres ne conviennent pas au joint.

13. Un cobot améliore-t-il toujours la productivité ?

La vitesse de soudage ne représente qu’une partie du temps nécessaire pour produire une pièce. Il faut également considérer le chargement, le bridage, le pointage éventuel, le changement de programme, le déchargement et le contrôle.

Un cobot peut être très performant sur un cordon répétitif tout en restant immobilisé pendant plusieurs minutes entre deux cycles si la préparation de la pièce demande beaucoup de temps.

La productivité doit donc être évaluée sur l’ensemble de la fabrication et non uniquement pendant la période où l’arc est allumé. L’organisation de l’atelier, le nombre de références et la qualité des outillages peuvent influencer autant le résultat économique que les performances du robot.

Dans certains cas, l’intérêt principal peut d’ailleurs être moins la cadence maximale que la régularité du mouvement, la possibilité de confier au cobot des tâches répétitives ou la capacité d’un opérateur à superviser plusieurs étapes de fabrication.

14. Quelle maintenance nécessite une installation cobotisée ?

Le bras collaboratif doit être entretenu conformément aux préconisations du fabricant, mais les éléments liés au procédé de soudage nécessitent souvent une surveillance plus fréquente.

La torche, le tube-contact, la buse, la gaine, le fil, les câbles et le système de dévidage sont soumis à l’usure et aux projections. Une variation progressive de leur état peut modifier la stabilité de l’arc ou la position réelle du fil.

Le contrôle de la géométrie de la torche est également important. Un choc léger peut déplacer son extrémité sans modifier le programme enregistré, ce qui entraîne alors un décalage systématique entre la trajectoire et le joint.

Les dispositifs de bridage, capteurs et équipements de sécurité doivent eux aussi être contrôlés afin de conserver une production répétable et un fonctionnement adapté de l’installation.

15. Quand choisir un cobot plutôt qu’un robot ou le soudage manuel ?

Le cobot occupe souvent une position intermédiaire entre le soudage entièrement manuel et une cellule robotisée industrielle fortement automatisée. Il peut être particulièrement intéressant lorsque les séries sont suffisamment répétitives pour justifier une programmation mais suffisamment variables pour nécessiter une certaine flexibilité.

Il est donc préférable de partir de la pièce, du volume de production et des temps de changement plutôt que de choisir une technologie uniquement parce qu’elle paraît plus moderne.

Le dossier Robot, cobot ou soudage manuel : quelle solution choisir ? compare ces différentes approches selon la répétabilité, la flexibilité et les contraintes de production.

FAQ : cobot de soudage

Qu’est-ce qu’un cobot de soudage ?

Un cobot de soudage est un robot collaboratif équipé d’une torche et relié à une source de soudage. Il reproduit des trajectoires programmées afin d’automatiser certains cordons sur des pièces suffisamment répétitives.

Quelle différence entre un cobot et un robot de soudage classique ?

Un cobot est généralement conçu pour une intégration plus flexible et une programmation relativement accessible. Un robot industriel traditionnel peut offrir des capacités de vitesse, de charge ou d’intégration mieux adaptées aux productions de grande série.

Un cobot peut-il souder en MIG/MAG ?

Oui. Le MIG/MAG est même l’un des procédés les plus couramment associés aux cobots de soudage grâce à son alimentation continue en fil et à son adaptation à de nombreuses fabrications métalliques.

Un cobot de soudage peut-il fonctionner sans barrière ?

Pas automatiquement. La sécurité doit être évaluée pour l’application complète. Même lorsque les mouvements du robot disposent de fonctions collaboratives, l’arc, les projections, les fumées et la chaleur peuvent nécessiter des écrans, une séparation ou d’autres mesures de protection.

Faut-il savoir souder pour programmer un cobot ?

La programmation du mouvement peut être simplifiée, mais la mise au point d’une bonne soudure exige toujours de comprendre le procédé. Angle de torche, stick-out, vitesse, paramètres électriques et comportement du bain doivent être maîtrisés.

Un cobot convient-il aux pièces unitaires ?

Il peut être utilisé sur certaines petites séries ou fabrications récurrentes, mais son intérêt diminue lorsque chaque pièce est totalement différente et nécessite une nouvelle programmation ou une adaptation importante de l’outillage.

Un cobot remplace-t-il le soudeur ?

Le cobot automatise principalement l’exécution de certains mouvements. Le personnel reste nécessaire pour préparer les pièces, régler le procédé, créer ou adapter les programmes, entretenir l’installation et contrôler les soudures réalisées.

Ressources techniques associées aux cobots de soudage

L’intégration d’un cobot de soudage doit prendre en compte à la fois les exigences liées à la robotique, au procédé de soudage et à la sécurité de l’application. Parmi les référentiels pouvant être associés à ce type d’installation figurent notamment :

• ISO 10218-1 – Exigences de sécurité relatives aux robots industriels.
• ISO 10218-2 – Exigences relatives aux applications robotisées et à l’intégration des cellules.
• ISO/TS 15066 – Spécification technique relative aux applications de robots collaboratifs.
• ISO 12100 – Principes généraux d’appréciation et de réduction des risques liés aux machines.
• ISO 14732 – Qualification des opérateurs soudeurs et régleurs pour le soudage mécanisé et automatique.
• 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.

Ces références doivent être appliquées en fonction de l’installation réelle, du procédé, du secteur industriel et des exigences réglementaires ou contractuelles concernées. Le caractère collaboratif du bras ne dispense jamais d’une analyse de sécurité portant sur l’ensemble de l’application de soudage.