自動焊接小車與專用車制造應用研究

于學成

四平市奮進專用汽車有限公司 吉林四平 136000

1 概述

伴隨社會經濟發展和工程、城建的不斷提升及完善，高品質的專用車制造需求日益顯現。但與此同時，日益增長的高品質產品的需求和行業的發展現狀之間由于存在著一定的矛盾和問題，急需得到解決。這些矛盾和問題主要體現在以下幾個方面：一方面，智能焊接機器人系統、產線投入要求較高，目前還處于對專用車多批量、小品種、個性化的靈活性需求等方面的適應性研發之中；另一方面，傳統的專用車制造焊接工藝仍依靠大量的焊接工人和CO2焊接的施焊模式，這需要大量的焊接工人加班來滿足生產需求。此外，專用車企業還面臨著人員流動量大、勞動力相對不足等問題。

在這種情況之下，自動焊接小車應運而生。該設備是一種自動化焊接設備，它是提高專用車制造自動化率的一種有效方法，可大范圍地推廣應用。某專用車企業受制造現狀和投資制約等因素的影響，引進了自動焊接小車。通過對自動化小車在焊接應用的驗證，并與CO2手工焊效率進行對比之后，將其應用于專用車產品的焊接中，該企業發現它能有效提高專用車制造焊接的質量和效率。

2 焊接小車的現狀及優勢

自動焊接小車是將焊接小車、焊縫跟蹤器、焊接擺動器、焊接滾輪架、變位機、焊接操作機集成的自動化焊接專用設備，可實現水平對接、平角接、立對接、立角接、環縫管道焊接、橫對接、橫角焊等不同的焊接工藝。通過實際應用，發現它具有以下優勢：a.操作自動焊接小車不需要區分焊工類別，只要經過短期培訓就可上崗操作，實現自動化焊接，可解決熟練焊工資源匱乏、招工難的問題；b.自動焊接小車工作時，具有電弧燃燒穩定，連接處成分均勻，焊縫成型好、接頭少，填充金屬熔敷率高，能夠保證焊接參數的準確性，確保特殊要求的實現和質量等優勢。

相對于垂直氣電焊，自動焊接小車還具有設備輕便、易操作的特點，但實際上這種自動焊接小車在專用車制造過程中并未得到廣泛應用，所以更需要在行業內進行推廣。

2.1 自動焊接小車分類

自動焊接小車針對性較強，小車輕便、操作靈活，目前主要按照焊接位置來進行分類，即專用立角焊小車和軌道式立焊小車兩種。

2.1.1 專用立角焊小車

專用立角焊小車如圖1、圖2所示。專用立角焊小車的焊槍夾頭可自動感應跟蹤，通過焊槍起弧、收弧控制小車行走；擺動器傳動無間隙，可保證焊槍擺動的精確性；小車有磁性吸附離合手柄，安裝調試方便，高性能強磁性增加了垂直焊接的可靠性。

圖1 專用立角焊小車

圖2 專用立角焊小車

2.1.2 軌道式焊小車

軌道式焊接小車如圖3所示。它采用軟軌道導向，實現了曲面中的角焊、對接焊。由于軟軌道的柔性，所以按照鋼板成形狀態輕松安裝柔軌，軌道采用了開關磁鐵，便于拆卸和安裝。軌道式焊接小車配有高精度的減速齒輪，使得焊接小車行走穩定，因此大幅度提高了焊接質量，延長了設備的使用壽命。

圖3 軌道式焊接小車

2.1.3 軌道焊機小車軌道適應性延伸

基于專用車制造常用的CO2氣體保護焊焊接工藝，以及多品種、小批量、焊縫類型雜的專用車產品特性，可用硬軌、軟軌軌道和擺動器結合實現平縫、立縫、直縫、環縫、雙面縫等多種位置復合焊接。例如應對管道焊接采用的卡圈式軌道焊接小車（見圖4），其外觀平滑過渡，焊接小車運行軌跡、接頭平穩。

圖4 卡圈式軌道焊接小車

3 自動焊接小車選型和改善點描述

3.1 自動焊接小車選型

KA-HE8型自動焊接小車（見圖5），是一種可以廣泛應用于平面對接焊縫、角焊縫、平面立對接焊縫、角焊縫以及仰焊的多功能焊接設備。其特點可歸納為：a.采用增置變壓器直接從電焊機輸出端取電，無需額外電源；b.焊槍夾頭可沿著焊接方向偏轉一定角度，滿足各種位置焊接要求；c.擺動器傳動無間隙，保證了焊槍的精確擺動；d.小車帶有磁吸附離合手柄，安裝調試方便；e.可以配置軟軌道、硬軌道，以滿足不同位置焊接需求。

圖5 KA-HE8自動焊接小車

3.2 自動焊接小車主要參數

自動焊接小車主要參數見表1。

表1 自動焊接小車主要技術參數

3.3 改善點描述

3.3.1 自動焊接小車的電源改善

自動焊接小車如果直接采用220 V電壓供電，供電過程由于電壓過高存在安全隱患，因此須設保護或報警裝置，但即使如此也無法保證施工人員的生命安全。

技術人員通過改進，采取在220 V的基礎上增加了變壓器，直接從電焊機輸出端去電，使電壓降到了安全電壓24 V，從而簡化了電源配置及電源接線等眾多繁雜工作，使焊接小車能更好地服務于不同作業場合（見圖6）。

圖6 自動焊接小車的電源

3.3.2 自動焊接小車的擺動電機改善

自動焊接小車的擺動裝置電動機采用BLDC電動機，其使用壽命為常規有刷電動機的5倍，同時擺動BLDC電動機輸出的轉子位置反饋信號可直接作為焊接擺動裝置的擺動角度控制信號，簡化了外設位置傳感器，有效杜絕了因多余外設引入的故障率及壽命問題。

4 現場工藝

4.1 焊接定位

為利于焊接小車自動焊需求，采用門式反變形定位壓緊，以釋放由馬板定位不便施焊影響焊縫成形不良。若對接焊縫非用馬板進行固定，要求馬板固定在非焊接面；焊道兩側300 mm范圍內，裝配馬腳須磨平。

4.2 定位焊接

采用CO2氣體保護焊定位焊接，使其與CO2焊融合施焊充分，克服焊接焊縫表面凸起，成型不良。

4.3 鉚接質量

專用車輕量化趨勢明顯，制造材料已然升級為高強鋼、耐磨鋼，母材厚度多小于10 mm，且少多層多道焊要求，不采用坡口式焊接工藝。但在鉚接裝配時應對間隙、角度、直線度等指標有嚴格要求，需滿足GB/T 19804-2005《焊接結構的一般尺寸公差和形位公差》，這樣可使焊接小車作業后焊接成型、熔深等性能更為理想[1]。

5 焊接工藝試驗及結果

5.1 焊接樣件材質和結構設計

試驗選用KA-HE8型自動焊接小車進行了焊接工藝驗證，焊接材料選用NM450TP+700L，焊口形式如圖7所示。按照表2所示焊接參數，選用厚度為5 mm的NM450TP+700L板作為樣板，進行工藝評定試驗。

圖7 焊口形式示意

5.2 焊接參數設定

表2 焊接參數表

5.3 焊接接頭測試結果

通過操作，自動焊接小車焊接的焊縫質量滿足焊接工藝規程。從表3的試驗結果可知，對焊縫各個位置進行對接接頭力學性能測試，從試驗結果看完全滿足要求值。對接接頭顯微硬度測試結果如表4所示。

表3 對接接頭力學性能檢測結果

表4 對接接頭顯微硬度HV0.2測試結果

5.3.1 對接接頭力學性能 檢測結果[2-3]

5.3.2 對接接頭顯微硬度測試結果[4]

6 現場應用和經濟效益

6.1 現場應用

在專用車制造過程中，采用自動焊接小車可完成分段立角焊、立對接焊，橫對接縫等重要位置的焊接，焊后成形美觀，對接焊縫UT探傷合格率高于90%。現場應用的各種焊接位置的焊縫成形情況如圖8～圖11所示。

圖8 橫對縫焊接過程與焊縫成型

圖9 立縫焊接過程與焊縫成型

圖10 立對接焊接過程與焊縫成型

圖11 環縫焊接過程與焊縫成型

6.2 經濟效益

現場采用自動焊接小車和CO2半自動焊立焊施工進行經濟效益比較，效果對比如表5所示。

表5 自動焊接小車和CO2半自動焊接效率比較

從表5可見，自動焊接小車可以提高焊接生產效率，在相同的時間內，焊接效率提高約25%，改變了原來裝配等電焊的格局，同時也降低了工人的勞動強度。

通過現場應用和經濟效果對比，自動焊接小車的優勢主要體現在：a.焊接效率高，可實現一人操作多臺設備；b.焊縫質量有保障，成型美觀，減少了返工及打磨的工作量，降低了質量成本；c.設備連續工作時間長，即使在高溫環境下，也可長時間作業；d.降低了焊接作業對員工技能的要求，只需操作設備即可完成作業。

7 結語

通過對自動焊接小車的應用及工藝驗證，自動焊接小車可應用于專用車制造的各種位置。

現場應用證明，使用自動焊接小車可以提高焊接過程機械化率，降低半自動焊接過程中可能產生的焊接缺陷，從而減少了焊后返工、打磨工作量。自動焊接小車的應用，對于提高產品焊接質量、降低施工人員工作強度、提高專用車焊接效率都起到了積極的作用。

自動焊接小車可實現機械化、自動化焊接，改變了傳統的專用車焊接工藝，減少了焊接用工數量和CO2焊接的全人工施焊模式，同時減緩了智能設備引進的過高投資壓力，可進行大范圍的推廣應用。