焊接轉向架典型焊接結構疲勞性能與焊接工藝研究

郭慶華 曲彬彬

摘要：隨著自動焊接技術的發展，在制造過程應用也越來越頻繁。鐵路客車轉向架制造因其高質量要求，對自動焊接在實際制造應用提出了更高的要求，而通過對自動焊接制造質量影響因素的細致研究，找到自動焊接在應用過程中的薄弱點，除了可提高制造質量以及成本外，也會同時促進自動焊接設備、程序的進一步開發，使自動焊接技術的實際應用更便捷。通過對轉向架自動焊接的實際應用，研究分析影響轉向架自動焊接質量的影響因素，并提出可控的質量控制方法。

關鍵詞：IGM;自動焊接;影響因素;實際制造;質量控制

引言

轉向架自動焊接技術在現在的鐵路客車轉向架制造過程中已普遍應用，隨著自動焊接應用的廣度和深度不斷加深，轉向架自動焊接的質量保證也要求越來越高。盡管自動焊接的穩定性和生產效率上都有其明顯的優勢，但因制造過程的精度以及自動焊程序的不靈活性也表現突出，本文對轉向架自動焊接方式焊接質量影響的主要因素進行分析研究，并提出可行的控制方法。

1 焊接質量影響因素

1.1 焊接部件的精度

由于轉向架主要為板材焊接結構，大部分部件在構架組焊前已經經過較長的工序，包括焊接、加工等工序，部件尺寸已經發生變化，尺寸精度無法達到“精確”的水平。換言之就是部件之間的“互換性”不強，對于程序相對固定的自動焊接來說，部件尺寸變化對程序的穩定性產生較大的影響。

1.2 自動焊接設備的精度

現有自動焊焊縫位置確定是以焊槍端部為基準，以坐標系的形式進行體現，程序是否準確很大程度上取決于這個“坐標系”是否準確。影響這個“坐標系”的硬件因素主要有TCP和機械零位兩點。

1.2.1 TCP。TCP又稱工具（焊槍）中心點，所有自動焊程序中焊接軌跡都是以此點的坐標而定，此點位置是否正確直接影響了焊槍是否能以預定軌跡運行，對程序的穩定性起到決定性作用。

1.2.2 機械零位。機械零位是編程“坐標系”的零點，所有程序步點的“坐標”都是相對于零位而言。一旦零位發生改變，該設備的程序中所有步點的位置都將同時發生偏移，直接影響程序的準確性。

1.3 尋點定位的影響。程序編制完成后并非完全一成不變，考慮到工件精度以及裝夾精度的影響，機器人內部允許對程序進行自動修正，這個修正主要靠焊槍噴嘴的尋蹤定位來實現，簡單來講就是利用帶電的噴嘴與工件接觸來實現對工件的定位，從而對程序進行修正。因此定位是否準確取決于噴嘴與工件接觸是否良好，任何影響接觸的因素，都會對尋點的精度產生影響。

1.3.1 焊槍噴嘴。焊槍噴嘴是尋蹤定位的主要介質，噴嘴表面在焊接過程中會附著灰塵、油污等雜質，這些雜質會造成尋點時噴嘴的導電性，造成噴嘴與工件接觸不良，影響尋點的準確性。

1.3.2 導電嘴。正常情況下尋點時僅噴嘴帶電，而導電嘴本身并不帶電，但是由于焊接時產生的飛濺堵塞在噴嘴內部，有可能使噴嘴與導電嘴連通而使焊絲帶電，尋點時可能出現焊絲取代噴嘴與工件接觸的情況，影響尋點的準確性。

1.3.3 部件尋點位置異物。同理，部件尋點位置異物對尋點易會造成影響，如飛濺的焊豆等。

1.4 操作監控人員。自動焊接的實際應用中，程序編制的再完美，也會有特殊異常情況，在轉向架制造質量高要求、高成本的現實情況下，為減少制造損失以及設備清理維護，按需設定自動焊接設備操作監控人員，自動焊過程是在人的監控下完成。操作者根據實際情況對焊接過程中的異常狀況進行應對。涉及控制程序的微調，涉及焊接異常的停止及恢復，涉及焊接缺陷的辨別以及優化等。由于操作者自身技能水平并不完全相同，在異常處理能力以及缺陷判斷能力上有所差別，這些差別會對焊接結果產生主觀上的影響。

2 質量控制措施

而為了提高部件的精度，我們除了采用正常的工藝手段保證外，還采用了一些“人為”干預而達到我們的需要。我們以轉向架焊接的橫梁焊接為例，部件焊縫示意圖示見下圖。 上圖中橫梁焊接部件自身就是一個結構比較復雜的焊接部件，而為保證構架組成尺寸要求，此焊縫位置必然會存在間隙不統一的情況，而不同的組焊間隙對基于固定點尋點后焊縫的截面位置必然會與實際位置有所偏差，從而造成焊縫坡口未填滿，焊寬不足等問題。對此在現有的轉向架焊接的工藝制造能力下，要求保證焊接前小部件焊接偏差控制于1mm之內，而保證橫梁組焊后組裝間隙處于0-2mm，在此條件下，機器人尋點焊接質量可以得到控制。 另外0-2mm的坡口焊接間隙對于機械人來說無法判斷，而采用固定參數焊接可能出現焊接未熔透，尤其由于機械人使用的脈沖焊接會出現焊接熔穿的問題。而在此情況下，我們采取了人工底焊預處理的方式，同樣的，為保證后序機器人焊接同一性（保證焊接后焊縫的高度），底焊層需要達到標準化。經過實際制造驗證，在采取以上措施后，可避免90%異常質量事故，大大減少了自動焊接后的人工返修量，節約了異常事故設備損壞，降低了配件損耗成本。

結論：

轉向架構架是鐵路客車的主要承載部位，它的疲勞強度對鐵路客車行駛的安全性能影響巨大，其疲勞可靠性也受諸多因素的影響。隨著鐵路客車的速度在不斷提高，承載乘客和貨物的承載量在不斷加大，為了確保鐵路客車在行駛過程中的安全我們需要對轉向架構架焊接接頭疲勞可靠性進行深入研究，尤其在焊接設計階段，我們要充分考慮分析轉向架構架的結構和它焊接成型的特點準確的對焊接疲勞可靠性進行評估，準確的評估出焊接疲勞可靠性有助于提高鐵路客車的行駛性能和極大解決鐵路客車安全性的問題，對于我國交通運輸業的發展也是起到了推動性的作用。

參考文獻

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