地鐵橫梁組成機(jī)器人焊接焊縫余高控制

宋學(xué)毅++樊亞斌++李蕊++安博++劉國田

摘 要：凹型焊縫具有消耗焊材少、應(yīng)力集中低等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際操作中很難直接焊接出凹型焊縫，通常要進(jìn)行修磨才能達(dá)到圓滑過渡的效果。該文在分析余高產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整焊接位置、焊槍角度、擺動(dòng)方式等參數(shù)，將焊縫余高控制在了0.5 mm以內(nèi)，避免了打磨過量造成性能下降，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：凹型焊縫 焊接位置 擺動(dòng)方式 焊接參數(shù)

中圖分類號：U26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0074-02

近年來，隨著國內(nèi)軌道交通的迅速普及與推廣，對車輛轉(zhuǎn)向架焊接提出了更高的要求。地鐵的橫梁組成設(shè)計(jì)中為了防止應(yīng)力集中導(dǎo)致的疲勞斷裂，許多焊縫都要求圓滑過渡。以在廈門地鐵橫梁組成為例，縱向梁與橫梁管之間的焊縫、齒輪箱吊座與橫梁之間的焊縫等均要求圓滑過渡。但在實(shí)際操作中很難直接焊接出凹型焊縫，通常要進(jìn)行修磨才能達(dá)到圓滑過渡的技術(shù)要求。

針對生產(chǎn)中遇到的圓滑過渡焊縫要靠焊后修磨才能得到的問題，著手研究如何使用IGM機(jī)械手在自動(dòng)化焊接中焊出優(yōu)質(zhì)的凹型焊縫。通過對焊縫的成凹型需求分析以及凹型焊縫的焊接難點(diǎn)分析，經(jīng)多次模擬試焊，嘗試新的焊接位置、擺動(dòng)方式、焊接工藝參數(shù)和焊槍角度，最終將焊縫余高控制在了0.5 mm以內(nèi)。

1 工件結(jié)構(gòu)描述

橫梁組成的結(jié)構(gòu)是由2個(gè)橫梁鋼管、縱向梁、電機(jī)吊座、齒輪箱吊座組成構(gòu)成的“#”字形閉合結(jié)構(gòu)。在橫梁組成中電機(jī)吊座、縱向梁、齒輪箱吊座與橫梁管連接的直焊縫采用自動(dòng)化焊接，電機(jī)吊座、齒輪箱吊座與橫梁管的環(huán)焊縫采用自動(dòng)化焊接，其余焊縫采用半自動(dòng)化焊接。

2 焊縫余高的危害

焊縫余高造成的不利影響具體表現(xiàn)為：加大焊接材料的消耗，增加人工修磨成本；增加防腐成本，降低防腐質(zhì)量；增大了焊趾處的應(yīng)力集中，易誘發(fā)疲勞斷裂，造成行車安全隱患。

3 解決辦法

3.1 焊接位置的改變

焊接位置是影響焊縫成型的另外一個(gè)重要因素，以電機(jī)吊座與橫梁管的直焊縫為例，首先將工件轉(zhuǎn)到船型位置，再調(diào)整外部軸使工件沿焊縫方向抬起一定角度。具體焊接位置如圖1所示。

3.2 焊槍角度的調(diào)整

行走角：焊槍與行走方向的角度。

工作角：焊槍與焊縫垂直方向的夾角。

焊槍的角度對焊縫成型影響較大。保護(hù)氣將電弧吹向焊槍傾斜方向的反方向，同時(shí)將熔池向焊槍傾斜方向的反方向吹。通過試焊，決定將焊槍的工作角調(diào)整為90°，行走角調(diào)整為50°，有效利用保護(hù)氣向熔池前方吹的原理，避免溶出金屬液體還沒有向前流動(dòng)就冷卻了形成焊縫余高。

3.3 擺動(dòng)方式的改變

擺動(dòng)是一種焊接時(shí)的運(yùn)條方法，全位置擺動(dòng)焊接過程中，焊炬擺動(dòng)到不同位置，熔池液態(tài)金屬受力對焊縫成形所起的作用亦不相同。

首先，分析現(xiàn)有平焊擺動(dòng)方式中重力對焊縫成型的影響：平焊擺動(dòng)焊接過程中，熔池液態(tài)金屬下淌力F1=mg，平焊擺動(dòng)對熔池液態(tài)金屬下淌的重力F并無直接影響。熔池寬度和長度在其形成初期增長迅速，隨后增長速度放慢，當(dāng)熔池達(dá)到宏觀準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)后，則不再發(fā)生變化。

其次，分析加斜擺方式焊接時(shí)重力對焊縫成型的影響：設(shè)熔池液態(tài)金屬下淌的力為F2，則F2=mg-f2。斜擺角越大，熔池液態(tài)金屬下淌的分力越小。

綜上所述，加擺動(dòng)后熔池液態(tài)金屬下淌的力F2<傳統(tǒng)的平焊方式熔池液態(tài)金屬下淌的力F1。

將平焊擺動(dòng)改進(jìn)成斜角擺動(dòng)，具體操作和對比如圖2和圖3所示，并在兩側(cè)時(shí)加0.1 s的停頓時(shí)間，防止液態(tài)金屬下流。

3.4 焊接參數(shù)的變化

焊縫成型與焊接參數(shù)有十分密切的關(guān)聯(lián)，通過對原始參數(shù)焊接完成的焊縫成型進(jìn)行觀察，并不斷創(chuàng)新嘗試新的焊接參數(shù)：

（1）適當(dāng)增加電流：電流與焊縫的熔深成正比，增加電流，可保證焊縫的熔深和熔合質(zhì)量。

（2）增加焊接速度：減少單層焊接的填充量，避免產(chǎn)生過高的余高。電弧直接作用于母材，提高焊接速度，單位長度焊縫上向母材過渡的熱能減少，則母材的熔化是先增加后減少。其原因是高速焊時(shí)熔化的金屬不足以填充電弧所熔化的路徑和熔池表面張力的作用下而向焊縫中心聚集的結(jié)果。當(dāng)焊接速度更高時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生駝峰焊道，這是因?yàn)橐后w金屬熔池較長而發(fā)生失穩(wěn)的結(jié)果。

（3）蓋面層增加電壓：電壓與焊縫成型的寬度成正比，在蓋面層增加適當(dāng)?shù)碾妷?，在一定程度上控制余高?/p>

（4）開啟“脈沖焊接”方式：帶來的優(yōu)點(diǎn)是焊接飛濺少，焊縫成型美觀。

原始焊接參數(shù)與改進(jìn)后焊接參數(shù)對比見表1。

4 結(jié)語

針對地鐵橫梁組成中焊縫余高控制的操作難點(diǎn)，通過調(diào)整焊接位置、改變擺動(dòng)方式，以及工藝參數(shù)，最終成功地將焊縫余高控制在了0～0.5，減少焊縫打磨余高3 mm，減少約2.5 h/輛車打磨時(shí)間，并且節(jié)省了3.754 kg/輛車的焊絲，減少了橫梁組成的打磨量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，為其余結(jié)構(gòu)自動(dòng)焊接凹型焊縫提供了借鑒和參考價(jià)值。

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