في بيئات الإنشاءات الخارجية أو عالية الرطوبة، لا يمكن لروبوت اللحام أن يعمل بكفاءة إلا عندما تُصمم الخلية بالكامل لمقاومة الرطوبة والغبار وتقلبات درجات الحرارة وظروف الموقع غير المستقرة. قد يحتفظ ذراع الروبوت بقابلية التكرار الخاصة به، لكن جودة اللحام تعتمد بالقدر نفسه على إحكام شعلة اللحام، وتوجيه الكابلات، وتغذية السلك، والتأريض، وحماية غاز التدريع، وسلوك وحدة التحكم تحت الضوضاء الكهربائية. وإذا تعرض أي جزء من هذه الأجزاء أو أصبح غير مستقر، تكون النتيجة عادةً اشتعالاً غير متسق للقوس، أو مسامية، أو مشكلات في تغذية السلك، أو توقفات غير مخططة، بدلاً من مجرد فقدان دقة الروبوت.

تؤثر الرطوبة في اللحام بطرق يُستهان بها أحياناً. فقد يتكثف الهواء الرطب على المعدن البارد، وعنق الشعلة، وداخل الموصلات، وحول منطقة بكرة السلك. وعند ظهور التكاثف، لا تعود المشكلة مجرد إزعاج بيئي. إذ يمكن للماء على قطعة العمل أن يخل باستقرار القوس ويزيد احتمال تلوث السطح. كما يمكن للرطوبة حول الوصلات الكهربائية أن تنشئ مسارات تسرب، أو أعطالاً في المستشعرات، أو أخطاء اتصال متقطعة. وفي تصنيع الفولاذ الكربوني، قد تحمل الصفائح أو المقاطع الإنشائية الرطبة أيضاً صدأً أو قشور درفلة أو بقايا تصبح أكثر صعوبة في اللحام خلالها بصورة متسقة. أما في الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم، فعادة ما يكون هامش تحمل تلوث السطح أقل، لذلك تكون جودة التحضير أكثر أهمية منها في الورشة الداخلية الجافة.

درجة الحماية مهمة، لكنها ليست سوى جزء من الحل

عندما يسأل الناس: «كيف يعمل روبوت اللحام في بيئات الإنشاءات الخارجية أو عالية الرطوبة؟» فإنهم غالباً ما يبدأون بالنظر إلى تصنيف غلاف الروبوت. وهذا أمر منطقي، لكنه غير كافٍ. فقد يساعد تصنيف الحماية الأعلى الذراع على مقاومة دخول الغبار والماء، خصوصاً حول المفاصل والأغطية، إلا أن النظام يتضمن العديد من النقاط الضعيفة الأخرى، مثل وصلة وحدة التعليم اليدوية، وتهوية خزانة وحدة التحكم، وهيكل وحدة تغذية السلك، وخراطيم الغاز، وخطوط التبريد، ومستشعرات تتبع خط اللحام، ومحركات المحاور الخارجية إذا كان التركيب يستخدم سككاً أو مغيرات وضع.

قد يتعطل روبوت مزود بحماية مناسبة من الدخول في الخدمة الرطبة إذا وُضعت خزانة وحدة التحكم في مكان تتجمع فيه مياه الأمطار حول القاعدة، أو إذا ركبت مداخل الكابلات بشكل سيئ. وتُعد الشعلة نقطة ضعف شائعة أخرى. إذ يمكن للرذاذ المعدني والحرارة والرطوبة مجتمعة أن تقصر عمر العزل وتتلف المواد الاستهلاكية. وفي الظروف الرطبة، تصبح إدارة المواد الاستهلاكية عملاً أكثر انضباطاً. وتحتاج أطراف التلامس، والفوهات، والموزعات، والبطانات، والأكمام العازلة إلى فحص منتظم، لأن أي تدهور بسيط عند طرف الشعلة يظهر فوراً على شكل ضعف في استقرار القوس.

كما يغير الاستخدام الخارجي معنى كلمة «محمي». فالوحدة الواقعة تحت سقف لكنها مفتوحة لرياح جانبية ستظل معرضة للرذاذ المتطاير والغبار المحمول جواً وتقلبات درجات الحرارة اليومية. وقد يواجه الروبوت العامل قرب جزء من حوض سفن، أو مكون جسر، أو ساحة بكرات أنابيب، أو منطقة تجهيز هياكل فولاذية، هواءً محملاً بالأملاح، أو غباراً كاشطاً، أو دورات تكاثف من الليل إلى النهار. وفي مثل هذه البيئات، تصبح مقاومة التآكل للمثبتات وتجهيزات الخزانة والموصلات والحوامل المكشوفة مسألة عملية وليست تجميلية.

استقرار القوس عادةً هو أول جانب من الأداء يتغير في الخارج

لا ينشئ الروبوت لحاماً مستقراً بواسطة التحكم في الحركة وحده. إذ يعتمد سلوك القوس على التيار والجهد وإعدادات الحث عند الاقتضاء وامتداد السلك وسرعة الحركة وزاوية الشعلة وثبات المسافة البارزة وسلامة تدريع الغاز. وفي الخارج، يمكن للرياح أن تعطل غاز التدريع قبل أن يلاحظ أي شخص مشكلة ميكانيكية. وحتى المسار المبرمج جيداً قد ينتج مسامية أو أكسدة إذا تكرر إزاحة غلاف الغاز بالهواء.

وهذا مهم بصفة خاصة لعمليات اللحام المحمية بالغاز مثل GMAW وFCAW باستخدام غاز التدريع. وغالباً ما تكون هناك حاجة إلى حواجز رياح أو حواجز محلية أو مناطق عمل شبه مغلقة. ومن دونها، لا تكون زيادة تدفق الغاز دائماً حلاً سليماً. فقد يسبب التدفق المفرط اضطراباً ويسحب الهواء المحيط، فيجعل خط اللحام أسوأ بدلاً من تحسينه. وعادةً ما يكون النهج الأفضل مزيجاً من الحماية المادية، وحالة الفوهة الصحيحة، ومسافة الوقوف المناسبة، وضبط المعلمات استناداً إلى الوصلة والوضع الفعليين.

قد توفر عمليات السلك المحشو بمسحوق الصهارة تحملاً أكبر في بعض ظروف الموقع، لكنها ليست بمنأى عن المشكلات المرتبطة بالرطوبة. فلا تزال عملية تخزين السلك ومناولته مهمة. وإذا تعرض السلك لفترات طويلة في منطقة رطبة، فقد تنخفض جودة التغذية وثبات القوس تدريجياً. وتعتمد الحساسية الدقيقة على نوع السلك وحالة العبوة وكيفية حماية البكرة أو الأسطوانة بين الورديات.

غالباً ما تحد حالة قطعة العمل من الأداء قبل الروبوت

في عروض المصنع، تكون المادة عادةً نظيفة ومثبتة ومتسقة الأبعاد. أما التصنيع الخارجي فنادراً ما يبقى بهذه الدرجة من التنظيم. فقد تصل المقاطع الفولاذية مع قشور درفلة متفاوتة أو صدأ خفيف أو طبقة أساس أو بقايا قطع أو طبقة زيت أو مياه أمطار محصورة في الزوايا. وقد يتغير ضبط الوصلات مع تغير الحرارة خلال اليوم، لا سيما في العوارض الطويلة والإطارات والخزانات وتجميعات الأنابيب. يستطيع الروبوت تكرار مسار مبرمج بدقة عالية جداً، لكن إذا تغير موضع الوصلة إلى ما يتجاوز نطاق استشعار النظام أو نطاق تحمله، تتحول الدقة إلى خطأ متكرر.

ولهذا السبب تصبح عملية تحديد خط اللحام وتتبع الوصلة أكثر قيمة في التطبيقات الرطبة أو الخارجية. إذ يمكن للاستشعار باللمس تعويض الاختلاف بين القطع قبل بدء اللحام، بينما قد تساعد أنظمة التتبع عبر القوس أو الأنظمة البصرية الروبوت على اتباع وصلة تنحرف أثناء اللحام. ومع ذلك، ينبغي أن يتوافق اختيار المستشعر مع البيئة. فقد تواجه الأجهزة البصرية صعوبة إذا تجمعت على نوافذ الحماية طبقة من التكاثف أو الدخان أو الرذاذ المعدني. والاستشعار الميكانيكي باللمس أبسط، لكنه أبطأ، وتعتمد موثوقيته على تلامس كهربائي نظيف ومعايرة سليمة.

يبقى تحضير السطح أمراً أساسياً وحاسماً. فإذا استقرت الرطوبة على الوصلة، فإن تجفيف منطقة اللحام يكون غالباً أكثر فائدة من تغيير معلمات الروبوت بشكل متكرر. إن إزالة الصدأ وطبقة الأساس عند الحاجة والزيت والمياه الراكدة يوفر للروبوت حالة مستقرة للعمل. ومن دون ذلك، يميل استكشاف الأعطال وإصلاحها إلى ملاحقة الأعراض بدلاً من الأسباب.

تحتاج موثوقية وحدة التحكم والأنظمة الكهربائية إلى اهتمام لا يقل عن معلمات اللحام

يمكن لمواقع الإنشاءات وساحات التصنيع المفتوحة أن تعرض معدات الأتمتة لطاقة كهربائية غير مستقرة، ومسارات كابلات طويلة، وتداخلات من معدات ثقيلة قريبة. ولا تتأثر روبوتات اللحام بجهد التغذية الخام فحسب، بل أيضاً بجودة التأريض وبيئة الخزانة. ويمكن أن يؤدي ضعف التأريض إلى أعطال اتصال أو اضطراب في بدء القوس أو مشكلات في المشفر أو إنذارات عشوائية تبدو غير مرتبطة في البداية.

تكون خزانات وحدة التحكم عادةً أكثر أماناً في غرفة محمية أو غلاف محكم منه بجانب منطقة العمل. وإذا كان يجب أن تكون وحدة التحكم قريبة من العملية، فإن الترشيح وإدارة درجة الحرارة الداخلية ومنع التكاثف أمور مهمة. فقد ترتفع حرارة خزانة محكمة الإغلاق أكثر من اللازم من دون تخطيط حراري، بينما قد تمتص خزانة ذات إحكام غير كافٍ الهواء الرطب والغبار كلما تغيرت درجة الحرارة المحيطة. وفي المناخات الرطبة، قد تكون سخانات منع التكاثف أو التهوية المتحكم بها مناسبة بحسب تقلبات درجات الحرارة المحلية.

يستحق توجيه الكابلات تركيباً دقيقاً. وينبغي أن تتجنب كابلات الروبوت الخارجية النقاط المنخفضة التي قد يتجمع فيها الماء، والانحناءات الحادة التي ترهق الأغلفة، والامتدادات غير المدعومة التي تهتز بفعل الرياح. كما أن اتجاه الموصلات مهم أيضاً. فالمرابط المتجه إلى الأعلى في منطقة معرضة للرذاذ غالباً ما يصبح مشكلة صيانة أبكر بكثير من الموصل نفسه المركب مع مراعاة التصريف. وهذه قرارات صغيرة أثناء التركيب، لكنها تؤثر بقوة في وقت التشغيل طويل الأمد.

يتغير الأداء الميكانيكي عندما لا تكون القاعدة والتجهيزات مستقرة فعلاً

يفترض اللحام الروبوتي الداخلي عادةً وجود أساس صلب وسلوك متوقع للتجهيزات. وقد تُركب الأنظمة الخارجية على منصات مصنعة أو أسس مؤقتة أو أنظمة سكك أو قواعد متحركة. وإذا تحركت القاعدة أو هبطت أو اهتزت نتيجة حركة الرافعات القريبة، فقد يبقى الروبوت دقيقاً داخلياً بينما لم تعد نقطة TCP متوافقة مع الوصلة الفعلية. وقد يظهر ذلك على شكل تقعر عند جانب واحد، أو حجم ساق غير متسق في لحام زاوية، أو إخفاقات متكررة في بدء القوس عند مواضع اللحامات النقطية.

تتصرف قطع العمل الكبيرة أيضاً بصورة مختلفة في الخارج. فقد يؤدي تعرض جانب واحد من عارضة أو إطار طويل للشمس إلى تمدد حراري يغير الفجوة والمحاذاة خلال اليوم. وفي المقاطع الثقيلة، قد تكون هذه الحركة صغيرة لكنها تظل كافية للتأثير في جودة مسار الروبوت إذا كانت التفاوتات ضيقة بالفعل. ولذلك تحتاج مغيرات الوضع والمشابك إلى صلابة كافية ونطاق ضبط يحافظ على قطعة العمل ضمن نافذة العملية القابلة للاستخدام للروبوت.

عند استخدام خلايا لحام روبوتية محمولة أو معيارية، ينبغي أن تكون إعادة التسوية والتحقق من المراجع جزءاً من الإعداد المعتاد بعد النقل. فتجاوز هذه الخطوة قد يهدر وقت إنتاج كبيراً لأن برنامج الروبوت قد يبدو صحيحاً بينما يكون نظام الإحداثيات الفعلي قد انحرف.

المواد الاستهلاكية وأنظمة التغذية نقاط أعطال خفية متكررة

تصبح مشكلات تغذية السلك أكثر شيوعاً عند وجود الرطوبة والغبار وتقلبات درجات الحرارة معاً. وقد تبدأ المشكلة عند البكرة أو الأسطوانة، وتستمر عبر بكرات الدفع والبطانة، ثم تظهر أخيراً عند القوس على شكل احتراق رجوعي أو ترسيب غير مستقر. وفي كثير من الخلايا الخارجية، تستفيد وحدة تغذية السلك من غلاف أفضل من الترتيبات المفتوحة التي يُتسامح معها غالباً في الداخل.

• يمكن لضغط بكرة الدفع المرتفع قليلاً أن يشوه السلك الأكثر ليونة ويولد مقاومة في التغذية، لا سيما إذا التقطت البطانة رطوبة أو تلوثاً.
• قد يعمل مسار القناة الطويل من وحدة التغذية إلى الشعلة في ورشة نظيفة، لكنه يصبح أقل تسامحاً عندما تتصلب حزمة الكابلات في الطقس البارد أو تتغطى بالأتربة والرذاذ المعدني.
• تحتاج المشاعل المبردة بالماء إلى عناية إضافية عند وجود خطر التجمد، لأن حالة سائل التبريد وعزل الخراطيم وإجراءات الإيقاف تؤثر في الموثوقية.

كما يستحق توصيل غاز التدريع فحصاً دقيقاً. إذ يمكن لنفاذية الخرطوم والوصلات المفكوكة ومنظمات الضغط الرطبة وخطوط الغاز الملوثة أن تقوض الاتساق. وإذا حُفظت الأسطوانات أو وصلات الغاز السائب في مناطق مكشوفة، فإن حماية الصمامات ومنظمات الضغط من المطر المباشر والرذاذ المتسخ ضرورة عملية وليست تحسيناً إضافياً.

عادةً ما تقصر فترات الصيانة في الخدمة الرطبة

قد يحتاج الروبوت الذي يعمل بثبات في الداخل إلى فحص أكثر تكراراً في الخارج حتى عندما لا يتغير جدول اللحام. فالرطوبة تسرع التآكل على الأسطح المعدنية غير المحمية، ويمكن للجسيمات المحمولة جواً أن تختلط بالرطوبة لتشكل ترسبات موصلة أو كاشطة أو كليهما. لذلك تتحول الصيانة الوقائية من روتين زمني إلى مراقبة قائمة على الحالة.

غالباً ما تشمل نقاط الفحص أغطية المفاصل وأغلفة الكابلات ووصلات التأريض وعزل الشعلة ونظافة دائرة التبريد وجفاف حجرة وحدة التغذية وأختام أبواب الخزانة. وقد تحتاج جداول التشحيم إلى مراجعة أيضاً، لأن بعض الشحوم تتصرف بصورة مختلفة عند تقلبات الحرارة أو في المناطق المعرضة للغسل والرذاذ. ويعتمد اختيار مادة التشحيم المناسبة وترتيب الإحكام على تصميم المكون، وقد يكون الإفراط في التشحيم ضاراً بقدر الإهمال إذا جذب الغبار الخشن.

كما أن ممارسات التنظيف مهمة. إذ قد يدفع التنظيف بالماء عالي الضغط قرب خلية روبوتية الرطوبة عبر الأختام التي كان بإمكانها تحمل المطر أو الرطوبة العادية. وعادةً ما تحقق طريقة تنظيف ألطف، وتطهيراً بالهواء المتحكم به عند الملاءمة، وإزالة دقيقة للغبار الموصل حول الخزانات والموصلات، نتائج أفضل على المدى الطويل.

يعتمد اختيار العملية على البيئة الفعلية، وليس على رسم الوصلة فقط

يمكن أتمتة بعض الأعمال الخارجية بنجاح باستخدام اللحام الروبوتي GMAW القياسي عندما تكون منطقة العمل محمية ويكون ضبط الوصلات تحت السيطرة. وقد تتطلب أعمال أخرى اختيار عملية مختلفة أو تحضيراً معدلاً للوصلة أو غلافاً جزئياً حول منطقة اللحام. وقد يستدعي الفولاذ الإنشائي السميك ذي الفجوات المتغيرة عملية تتحمل تغيرات الموقع بشكل أفضل. وقد يصعب أتمتة المواد الرقيقة المعرضة للتيارات الهوائية بصورة متسقة ما لم تكن المنطقة محجوبة ويُتحكم في الإدخال الحراري بإحكام.

يغير نوع المادة هامش الخطأ. فالألومنيوم حساس بصفة خاصة لأكسيد السطح والنظافة وجودة التدريع. وقد يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ أكسدة سطحية فورية عند اضطراب تغطية الغاز. وغالباً ما يكون الفولاذ الكربوني أكثر تسامحاً بصرياً، لكن قد تستمر المسامية تحت السطح أو عدم الانصهار في الظهور إذا تم تجاهل الظروف الرطبة أو الملوثة.

كما أن موضع الوصلة مهم. فاللحام المسطح أو الأفقي في الخارج عادةً أسهل في التثبيت من أعمال اللحام الروبوتي الرأسي أو العلوي في البيئة نفسها. وكلما أصبح الموضع أكثر صعوبة، أصبح من الأصعب بكثير تعويض الأثر المجمع للرطوبة والرياح وعدم اتساق ضبط الوصلات بالبرمجة وحدها.

أخطاء تقدير شائعة في اللحام الروبوتي الخارجي

من الأخطاء الشائعة افتراض أن الروبوت المصنف للحماية الصناعية يمكن ببساطة نقله إلى الخارج واستخدامه بالإعدادات نفسها ونمط الصيانة نفسه وترتيب المعدات الطرفية نفسه كما في خلية داخلية. وخطأ آخر هو التركيز على ذراع الروبوت وحده مع ترك وحدة تغذية السلك ونظام الغاز ووحدة التحكم مكشوفة. وثالثها إلقاء اللوم على البرمجة في العيوب التي تنتج فعلياً من مادة رطبة أو ضبط وصلات متغير أو تأريض ضعيف.

كما يوجد ميل إلى اعتبار الرطوبة مشكلة بسيطة ما لم يكن المطر ظاهراً. لكن عملياً، يمكن أن يكون التكاثف الليلي كافياً لتعطيل إنتاج الصباح، خاصة على الصفائح السميكة والمقاطع المجوفة والتجهيزات المخزنة ومكونات الشعلة التي تبرد إلى ما دون نقطة الندى المحيطة. وإذا كانت لحامات الوردية الأولى غير منتظمة ثم تتحسن اللحامات لاحقاً، فمن المفيد فحص الرطوبة وتعادل درجة الحرارة قبل تغيير إجراء اللحام.

يتعلق خطأ تقدير آخر بالنقل والتخزين. فقد تصل المعدات المشحونة إلى موقع ساحلي أو استوائي سليمة ميكانيكياً، لكنها قد تتطلب مع ذلك فك تغليف مراقباً ووقتاً للتجفيف وفحصاً للتكاثف قبل التشغيل. ويمكن للنقل الطويل والانتقالات بين المستودعات والتعرض لهواء البحر أن تؤثر في الموصلات والحجرات الإلكترونية والمواد الاستهلاكية المعبأة قبل أن يبدأ التركيب حتى.

يمكن لروبوت اللحام العمل بفعالية في الظروف الخارجية أو الرطبة، لكن فقط عندما يُعامل النظام الروبوتي كحزمة عملية متكاملة بدلاً من آلة واحدة. وينتج اللحام المستقر في تلك البيئات من تدريع متحكم به، وأسطح وصلات جافة ونظيفة، وأنظمة كهربائية محمية، وتغذية سلك موثوقة، وتركيب صلب، وممارسات صيانة تتوافق مع الموقع. وعندما تُدمج هذه الظروف في التركيب، يبقى اللحام الروبوتي عملياً حتى في الأماكن التي تكشف فيها الأحوال الجوية والرطوبة بسرعة عن ضعف تصميم النظام.