La question posée par les ateliers de chaudronnerie est presque toujours la même : à partir de combien de pièces faut-il robotiser. Elle n'a pas de réponse chiffrée universelle, et pour une raison de fond : deux ateliers qui produisent le même nombre de pièces peuvent avoir des résultats opposés selon la longueur des cordons, la stabilité des accostages et le temps que le soudeur passe à autre chose qu'à souder.
Le vrai indicateur : le temps d'arc
En soudage manuel, la part du temps réellement passée arc allumé est faible. Le reste se répartit entre positionnement, bridage, pointage, changement de position, contrôle et reprise.
Un robot ne soude pas mieux qu'un bon soudeur : il soude plus longtemps sans interruption et toujours de la même façon. Le gain se situe donc là où le temps d'arc est structurellement bas et où les cordons sont longs et répétitifs.
Ce raisonnement conduit à une conclusion inhabituelle : une pièce à faible volume mais à cordons longs peut mieux se robotiser qu'une pièce à fort volume avec quelques points de soudure.
Trois conditions préalables non négociables
La répétabilité de la pièce. Le robot suit une trajectoire apprise. Si l'accostage varie d'une pièce à l'autre au-delà de la tolérance de la torche, le cordon manque sa cible. Les procédés de suivi de joint compensent une partie de cette variabilité, au prix d'un investissement supplémentaire et d'un cycle plus long.
Le bridage. C'est le poste que les projets sous-estiment le plus. Un outillage de bridage précis, rigide et rapide à charger conditionne à la fois la qualité et la cadence. Il représente souvent une part du budget comparable à celle du robot, et il est spécifique à chaque famille de pièces.
La qualification du procédé. Les paramètres de soudage doivent être établis et validés avant la programmation des trajectoires. Un robot ne corrige pas des paramètres inadaptés, il les applique avec constance.
Ce qui change dans le poste de travail
La robotisation d'un poste de soudage ne supprime pas le soudeur. Elle transforme son travail.
Le temps passé arc allumé disparaît. Apparaissent en contrepartie la préparation, le bridage, le contrôle et la reprise éventuelle. Sur un poste bien conçu, l'opérateur charge un poste pendant que le robot soude sur l'autre, ce qui suppose une cellule à deux stations.
Cette transformation a un effet direct sur les conditions de travail. L'exposition aux fumées de soudage et aux rayonnements diminue fortement dès lors que l'opérateur n'est plus à proximité de l'arc. Cet effet fait partie des bénéfices à documenter, au même titre que le temps de cycle.
Elle a aussi un effet moins souhaitable, qu'il faut anticiper : la part de gestes techniques valorisants diminue au profit de la manutention et de la surveillance. La conception du poste doit préserver un contenu de travail intéressant, sans quoi les compétences de soudage se perdent et l'atelier devient dépendant de sa cellule.
Les risques propres au procédé
Une cellule de soudage cumule les risques mécaniques du robot et les risques du procédé. L' INRS classe ces derniers parmi les risques spécifiques : contact avec des éléments chauds, température excessive liée au processus, lésions produites par rayonnement.
Quatre points structurent la prévention. Le captage des fumées à la source, dimensionné pour la position réelle de la torche et non pour une position moyenne. La protection contre les rayonnements, écrans et parois, qui doit tenir compte des réflexions. La gestion des projections, qui salissent les capteurs et les protections. Le traitement des interventions de nettoyage de torche et de changement de buse, qui amènent l'opérateur au contact.
La cadence réelle n'est pas la vitesse de soudage
Un devis annonce une vitesse de dépôt. Le temps de cycle observé additionne quatre postes, et le soudage n'est pas toujours le plus lourd.
Le chargement et le bridage de la pièce, effectués par l'opérateur, sont souvent le facteur limitant sur les petites séries.
Les déplacements du robot entre cordons représentent un temps mort qui se réduit par l'optimisation des trajectoires et par le regroupement des cordons de même orientation.
Le nettoyage périodique de la torche, indispensable, interrompt le cycle à intervalle régulier.
Le contrôle en fin de cycle, enfin, est parfois oublié dans le calcul, alors qu'il conditionne le débit réel de la cellule.
Robotiser progressivement
Une approche par étapes réduit fortement le risque du projet.
La première étape consiste à identifier une famille de pièces homogène représentant un volume significatif, plutôt que de chercher à couvrir tout le catalogue. Une cellule qui traite bien trois références vaut mieux qu'une cellule qui traite mal quinze.
La deuxième consiste à traiter le bridage comme un projet à part entière, avec ses propres essais et sa propre validation.
La troisième consiste à prévoir dès la conception l'ajout ultérieur de références, en réservant de la place, des entrées et de la mémoire de programmes. L'extension d'une cellule conçue pour être étendue coûte une fraction du prix d'une seconde cellule. Les organismes techniques du secteur, comme le Cetim , publient des travaux sur ces démarches d'industrialisation progressive.
Le suivi de joint, quand il se justifie
Un cordon manqué vient presque toujours d'un écart entre la position réelle de la pièce et la position apprise. Trois techniques répondent à ce problème, avec des coûts très différents.
Le palpage préalable fait toucher deux ou trois points de référence par la torche avant de souder. Il corrige un décalage global, il est peu coûteux, et il rallonge le cycle de quelques secondes.
Le suivi par arc exploite les variations électriques de l'arc pour rester centré sur le joint. Il fonctionne bien sur certaines configurations de chanfrein et pas du tout sur d'autres.
Le suivi optique par capteur laser mesure le joint en avant de la torche et corrige en continu. C'est la solution la plus efficace, la plus chère, et celle qui demande le plus de mise au point.
Le choix se fait sur la nature de l'écart. Un décalage constant relève du palpage, une déformation qui varie le long du cordon relève du suivi continu.
Ce qui use une cellule de soudage
Trois éléments consomment du temps et de l'argent en exploitation, et se prévoient dès l'achat.
La torche, ses buses et son tube contact, qui s'encrassent et se remplacent régulièrement. Une station de nettoyage automatique réduit fortement les interruptions.
Le câblage de puissance, sollicité par les mouvements et par la chaleur.
Les protections, qui reçoivent les projections et perdent leur transparence. Des écrans remplaçables coûtent moins cher que le nettoyage d'un capotage complet, et se prévoient à la conception.
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