軌道客車轉向架自動焊接技術應用現狀分析

張曉峰 郭立明 高國星 謝元立

摘要：隨著軌道交通業的迅猛發展，國內外市場對高鐵、動車組、地鐵等各類軌道車輛產品的需求急劇增大。通過對國內外軌道客車生產企業應用自動焊接技術的現狀及發展趨勢進行分析，指出自動焊接技術的應用向設備規模化、排布集中化、作用主導化、生產節拍化、管理信息化方向發展，只要能夠解決設計結構、工藝水平和操作水平方面的難題，自動焊接技術的應用和推廣將存在較大的空間。

關鍵詞：焊接機器人；軌道客車轉向架；構架；應用現狀

引言

軌道客車轉向架構架的生產，總體上呈現出批量大、種類多、周期緊的特點。一方面要大幅提高轉向架構架的焊接生產效率，另一方面作為軌道客車重要的承載結構，必須保證批量產品焊接質量的穩定性，并且逐步對構架外觀質量也提出了更高的要求。因此，采用自動化焊接生產方式成為了一種可行的途徑。對軌道客車轉向架自動焊接技術的發展趨勢進行預測，為進一步提升焊接自動化率，確保自動化焊接質量水平具有重要意義。

1軌道客車轉向架構架焊接結構特征

與車體結構長直焊縫多、對接焊縫多、母材壁薄、雙面焊接結構相比，轉向架構架的焊接結構呈現出截然不同的特征：

（1）工件尺寸相對車體較小，長直焊縫極少短焊縫居多。在構架結構中，一般側梁外側立板與上下蓋板的4條長焊縫是最長的焊縫，且沿著上下蓋板的輪廓處出現拐彎。由于構架結構中多加強肋結構，受加強肋板阻隔以及部件尺寸較小原因，短焊縫數量大。在這種情況下，需要頻繁地熄弧和引弧焊接，不易實現連續焊接，不利于發揮自動化焊接連續長時間、大批量焊接的優勢。

（2）由于構架中加強肋結構普遍，因此焊接接頭形式以T形接頭為主，焊縫形式以角焊縫或單邊Y形+角焊縫居多。為了保證自動焊接參數的可重復性，相比于對接焊縫，對坡口組裝間隙和焊角尺寸提出了更加嚴格的要求。另一方面肋板結構較多，使得多處焊縫焊接可達性差，焊槍容易被阻隔而不能接近焊接位置，且由于構架及其部件焊接位置較多，為了調整至平焊、平角焊、船形焊等最佳的位置焊接，需要頻繁變換焊接位置，這使得自動焊接設備的編程更加復雜。

（3）構架中以12mm以上的中厚板為主，在定位座牽引拉桿座等部件中的座塊板板厚度可達50mm，必要時須進行預熱，不利于實現自動化流水線焊接作業方式。中厚板坡口普遍采用多層多道焊接，變形相對不明顯，易于保證空間點的定位，從而實現全自動化焊接。

（4）構架材質以低合金鋼（如Q235，Q345）和耐候鋼（如S355）為主，且由于多為中厚板，因此焊接變形相對鋁合金車體部件焊接變化不明顯，加之焊接工裝夾具固定到位，易于保證焊接機器人作業程序中各空間點的位置，從而保證作業程序的通用性，實現批量化應用。

2軌道客車轉向架自動焊接技術的應用現狀

2.1轉向架自動焊接技術工藝要求及特點

通過對轉向架構架結構特征進行分析得出，采用自動焊接方法比較適合的作業方式是：多位置變換、頻繁起停弧、焊接過程全自動化。因此，自動焊接技術的工藝要求也呈現出與車體迥異的特點。用于轉向架構架焊接的自動焊接設備一般要求操作靈活，能夠適應多位置變換的要求，易于實現焊接過程的全自動化，設備本身一般自帶變位機，作為自動焊接設備的外部軸而實現內外軸聯動，以達到最佳的焊接位置。

基于焊接過程的可達性和靈活性要求，自動焊接設備一般只使用單焊槍焊接，而不采用雙焊槍；自動焊接的導向方式不采用車體焊接時常用的激光跟蹤方式和導向桿機械跟蹤方式，而一般采用電弧跟蹤方式。為了實現更大的填充量，可采用單絲或雙絲焊，但是雙絲焊接應用較少。

由于轉向架構架結構較復雜，平直焊縫少，鋼材質比鋁合金的導熱性、高溫黏性等均較差，因此一些新型的焊接方法難以實現，熔化焊接技術仍占據絕對的主導地位。

2.2軌道客車轉向架自動焊接技術應用水平

轉向架的主要焊接部件是構架，構架主要由側梁組成、橫梁組成、縱向梁組成以及附件等結構組焊而成。目前，在國內外軌道車輛生產企業中，自動焊接技術在轉向架構架生產中的應用水平不盡相同，但是側梁外側長焊縫的焊接最為普遍，幾乎所有主要的生產主機廠均實現批量化焊接生產。側梁內腔的自動化焊接，由于受到內腔結構以及焊接設備和操作水平的影響，目前僅在長客、四方、龐巴迪等部分企業中應用。而對于橫梁鋼管對接結構內外側圓周焊縫的自動化焊接，要求焊接過程中鋼管沿軸向旋轉，而焊槍姿勢保持固定，并保證焊縫內部質量，屬于工藝較獨特，質量要求高的自動化焊接工藝，目前長客公司、株電公司、唐車公司等企業已經實現了自動化焊接。鋼管結構的橫梁組成的主焊縫焊接，在長客公司、四方公司、唐車公司等企業，已經率先應用。另外，北京地鐵車輛裝備有限公司、唐車公司等企業，也在構架組成自動焊接方面展開了深入的研究。諸如縱向梁、制動吊梁、定位座、電機吊座、齒輪箱吊座、牽引梁等其他部件，也根據結構不同實現了不同程度的自動化焊接。

總之，國內外主要的軌道客車生產企業都比較重視自動焊接技術在轉向架制造方面的應用和推廣。目前，我國主要轉向架生產企業應用的焊接機器人數量均達到30～40臺之間，形成了一定規模的自動化焊接生產線，焊接自動化率已達到50%～60%，在長度較長的焊縫、勞動強度大以及質量要求高的焊縫上已大量采用了焊接機器人焊接生產。

3軌道客車轉向架自動焊接技術發展趨勢

3.1軌道客車轉向架自動焊接技術的發展趨勢

軌道客車轉向架自動焊接技術呈現出以下發展趨勢：

首先，自動焊接技術的應用逐步向設備規模化、排布集中化、作用主導化方向發展，根本目的是最大程度地發揮自動化焊接的優勢，大幅提升焊接自動化率。比如，西門子格拉茨工廠提出了將轉向架機械手焊接比例提高到75%的目標。

可以預料，今后轉向架的焊接將形成以自動化焊為主導，手工焊為輔助的焊接生產格局。從而對焊接生產線的長遠規劃及工位設置、組焊工藝的準備、手工焊工和機械手焊接操作工的比例設置等方面都提出了新的要求。

為了適應今后精益生產的要求，自動焊工序也將最大程度地滿足節拍化生產的要求。焊接作業應實現全過程無人盯控作業，即實現焊接過程的全自動化。除此之外，自動焊接作業的輔助工序，如物流運輸、工件裝卡也向自動物流、自動裝卡方向發展。例如：南車四方機車車輛公司擁有自動焊生產線，實現了全自動焊接，工件裝夾、焊接、裝卸、運輸全部實現自動化；長春軌道客車公司現有10套機械手裝備了自動化夾具，實現了全部構架梁自動裝夾，大大提高了生產效率和產品質量。

信息化是自動化焊接生產作業管理的發展方向。為了保證自動化批量焊接生產的產品質量，國內外生產企業針對不同品牌的焊接機器人設備，均引入了焊接信息化管理系統，能夠實現焊接機器人作業的在線監控、作業記錄、結果統計、故障報告、數據傳輸等功能，從而實現對自動化焊接作業的全過程管控。

3.2軌道客車轉向架自動化焊接待解決的問題

由于轉向架產品結構復雜，焊縫種類繁多，存在較多的厚板長焊縫、可達性不良的焊縫、變換位置的焊縫以及數量較多的附件焊縫，因此，為了提高焊接自動化率，必須擴展焊接機器人的應用范圍，這就需要從設計、工藝、操作和設備不同層面上解決自動焊接的具體問題。

4結束語

通過軌道客車轉向架自動焊接技術發展趨勢的分析，得出以下結論：

目前，我國主要的轉向架生產企業都在一定程度上應用了自動焊接技術，形成了規模化的生產，自動化焊接率達到50%～60%以上。

基于軌道客車轉向架構架尺寸具有相對較小、結構復雜、中厚板多、焊縫可達性差等特點，適合采用多位置變換、頻繁起停弧、焊接過程全自動化的一般作業方式。

自動焊接技術的應用逐步向設備規模化、排布集中化、作用主導化、生產節拍化、管理信息化方向發展，只要能夠解決設計結構、工藝水平和操作水平方面的難題，自動焊接技術的應用和推廣仍存在較大的空間。

參考文獻

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（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司

吉林省長春市 130062）