刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽中板雙絲機(jī)器人自動焊接修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用

胡亞芳

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西大同037003）

1 前言

現(xiàn)代化礦井的各種刮板運(yùn)輸機(jī)使用量大，磨損的溜槽數(shù)量也多，在基體強(qiáng)度不降低的前提下，可進(jìn)行多次強(qiáng)化耐磨處理，該循環(huán)過程稱謂“再制造工藝”。但如果全部外包維修，產(chǎn)生的維修費(fèi)用過高，因此為了節(jié)約資金，公司內(nèi)部進(jìn)行自主維修，是最好的辦法，也是大勢所趨。因此，為了延長溜槽的使用壽命，需要對溜槽的磨損處進(jìn)行焊接。

目前主要的焊接方法是手工氣保焊，手工進(jìn)行堆焊時，存在勞動強(qiáng)度大、速度慢、焊接面溫度過高導(dǎo)致操作人員無法長時間進(jìn)行連續(xù)焊接，并且無法對溜槽下層進(jìn)行焊接等缺點(diǎn)。為了保證焊接質(zhì)量和控制焊接變形，許多公司都采用手工氣體保護(hù)焊進(jìn)行多層焊接，因人工操作誤差大，需要對每一層焊縫進(jìn)行變形測量，這種方法效率低、重復(fù)性差，勞動強(qiáng)度太大，嚴(yán)重傷害操作工人身體健康。后來發(fā)展到了半自動焊接，但打底焊接還是需要手工焊接，并且每層焊縫的變形還是需要人工實(shí)時監(jiān)控，速度并沒有提升多少，并且對于重型溜槽來說其體積大，重量大，固定裝夾翻轉(zhuǎn)都是非常大的工作量，且難以操作。這些如果采用手工來完成不僅會對人體造成極大的焊接傷害,而且很難獲得同等規(guī)格的高質(zhì)量產(chǎn)品，這些問題都對目前的焊接方式提出了極大的挑戰(zhàn)[1]。本文采用了雙懸臂雙槍雙數(shù)控氣保焊接機(jī)器人對刮板輸送機(jī)溜槽底板進(jìn)行焊接，旨在發(fā)揮自動化焊接的優(yōu)勢，節(jié)約溜槽修復(fù)成本和時間。既可以批量維修刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽，也可以為新進(jìn)購的溜槽進(jìn)行批量的耐磨焊接，延長溜槽的使用壽命。

2 礦用刮板輸送機(jī)的焊接修復(fù)技術(shù)與工藝

溜槽磨損修復(fù)及大面積耐磨花紋堆焊工藝的關(guān)鍵是在提高堆焊層的韌性、耐磨性等性能的同時，還要防止和減小溜槽的變形，大型刮板輸送機(jī)溜槽的強(qiáng)度高，不會輕易發(fā)生扭曲變形，但是會出現(xiàn)中板的橫向翹曲現(xiàn)象[2]。因此一定要做好焊前準(zhǔn)備、焊前預(yù)熱、焊后變形控制工作。

2.1 焊前準(zhǔn)備

2.1.1 焊接工具

以16 mm厚鐵板、10 m槽鋼為原料，采用雙懸臂雙槍雙數(shù)控氣保焊接機(jī)器人一臺，配有工作平臺，采用耐磨焊絲，二氧化碳?xì)馄俊?/p>

2.1.2 坡口的加工制作

焊接前要清除坡口附近的鐵銹、油污，確保坡口整潔干凈;選擇合適的坡口，并在焊接前完成機(jī)械加工，坡口準(zhǔn)備要求所有的機(jī)械加工都要完成，若通過氣割進(jìn)行制備，一定要打磨露出坡口表面，坡口的平面度要確定在0.5 mm以內(nèi)；中板要開雙面J形焊接坡口，坡口平整，兩邊一致。

2.1.3 焊前預(yù)熱

預(yù)熱可以防止工件產(chǎn)生冷裂紋，并且能減緩冷卻速度，降低工件的焊接內(nèi)應(yīng)力，因此在焊接前應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)溫度的預(yù)熱。將組件固定夾持運(yùn)送到中板火焰預(yù)熱裝置上，采用氧氣-乙炔氣體整體預(yù)熱，2支固定式多頭預(yù)熱槍向上分別指向中板下面兩道焊縫2支移動式多頭預(yù)熱槍放置在中板上面，向下分別指向中板上面焊縫;對中板進(jìn)行火焰預(yù)熱，中板預(yù)熱溫度控制在150℃～175℃，達(dá)到預(yù)熱溫度后由火焰控制系統(tǒng)自動熄火，保溫1 h～1.5 h熱透后待焊。預(yù)熱溫度應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲瑴囟冗^低起不到作用，溫度過高導(dǎo)致冷卻速度過慢，容易造成脆性裂紋。

2.2 焊材的選擇

為防止焊接裂縫，減少焊縫藥皮，按母材強(qiáng)度同焊絲強(qiáng)度相等原則，選用耐磨焊絲，焊絲直徑1.6 mm。

2.3 焊接過程

中板、底板的焊接是保證中部槽焊接質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵，溜槽的自動焊接工序首先是上中板的打底焊和多層焊接，中板焊接完成后再進(jìn)行上底板的焊接。整個工件的焊接由機(jī)器人自動焊接程序通過協(xié)調(diào)機(jī)器人和焊機(jī)等部件來實(shí)現(xiàn)[1]。焊接工藝在溜槽中板和底板焊接中扮演著舉足輕重的角色，通過對中板和底板進(jìn)行材料分析，選定了合理的焊接工藝，焊接工藝參數(shù)如表1、表2所示。

表1 中板焊接工藝參數(shù)

表2 底板焊接工藝參數(shù)

由表可見，由于母材較容易熔化到第一層焊縫金屬中，所以在前兩層焊縫焊接時，采用了較小電流、較慢的焊接速度，以減小母材的在掐面焊縫的損耗。

2.3.1 中板打底焊

將產(chǎn)品裝到雙工位焊接機(jī)器人變位機(jī)上進(jìn)行打底焊接，工件裝夾在變位機(jī)上，中板正面的焊接電流I=220 A～260 A，電壓U=22 V～24 V,中板反面的焊接電壓電流I=200 A～240 A,電壓U=24 V～26 V兩面的焊接速度應(yīng)保持一致,焊接速度在400 mm/min～500 mm/min范圍內(nèi)。若中板與槽幫之間的單面對接間隙≤2 mm時，跳過此工序直接進(jìn)行中板焊接工序。

2.3.2 中板焊接

從機(jī)器裝夾中取下產(chǎn)品，去除點(diǎn)對焊縫，去除墊板，再重新進(jìn)行加熱，接著再重新裝夾中板開始進(jìn)行中板焊接。中板焊接在中板底板機(jī)器人焊接工作站進(jìn)行在C形機(jī)架上倒掛的兩臺焊接機(jī)器人分別夾持一套雙絲彎頭焊槍，從工件上方對準(zhǔn)中板兩條焊縫,同時對中板的兩條焊縫進(jìn)行焊接，中板正反兩面各焊3層，并按照中板反面的第一層→第二層→正面的第一層→第二層→反面的第三層→正面的第三層的順序進(jìn)行焊接，兩個機(jī)器人采用相同的焊接參數(shù)設(shè)置，焊接正反兩面第一、二層時參數(shù),第1絲電流I=180 A～220 A,電壓U=26 V～28V,第2絲電流I=240 A～300 A，電壓U=27 V～30 V,焊接速度240 mm/min～300 mm/min焊槍與中板平面成40°～45°角并指向槽幫一側(cè)，焊正反兩面第三層蓋面時,第1絲電流I=180 A～220 A,電壓U=27 V～29 V，第2絲電流I=240 A～320 A,電壓U=27 V～30 V,焊接速度280 mm/min～350 mm/min，見表1。

2.3.3 底板焊接

上中板焊接完成后，此時不需要對溜槽進(jìn)行移動，接著進(jìn)行底板的焊接。底板的焊接工藝方法是:底板與槽幫間的焊接坡口采用單面半V形搭接坡口,采用火焰預(yù)熱裝置對底板焊道進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度150℃～175℃，并在達(dá)到預(yù)定溫度后用時間繼電器自動熄火。預(yù)熱后工件不動，C形機(jī)架移動過來，機(jī)器人采用表2所示的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對底板的兩條焊道依次各焊3層，焊接第一層時,第1絲電流I=200 A～240 A,電壓U=26 V～28 V,第2絲電流I=240 A～300 A,電壓U=27 V～30 V,焊接速度300 mm/min～380 mm/min,焊第二、三層時第1絲電流I=240 A～260 A，電壓U=26 V～28 V，第2絲電流I=260 A～300 A，電壓U=27 V～32 V，焊接速度350 mm/min～450 mm/min，保護(hù)氣體為二氧化碳富氬混合氣體(80%Ar+20%CO)。

3 焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)

焊后效果見圖1，由圖可知，自動機(jī)器人焊接后的焊縫平整美觀，同時經(jīng)檢驗(yàn)，修復(fù)后的溜槽達(dá)到【GB/T11345-89】級(鋼焊縫手工超聲波探傷方法及探傷結(jié)果分級)保證焊縫內(nèi)無裂紋未熔合、未焊透、不咬邊，溜槽焊接變形小于等于3mm，焊接完成后測定中板彎曲卷翹程度在要求范圍之內(nèi)，后續(xù)就不再需要進(jìn)行火焰矯正。

圖1 焊接后溜槽

4 結(jié)論

（1）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊接過程中選用的參數(shù)合理，焊接過程中弧光小，煙霧小，飛濺小，對人體傷害小。與傳統(tǒng)需人工操作的手工氣體保護(hù)焊相比，這種焊接方式頗具優(yōu)點(diǎn)，整個焊接過程安全可靠，數(shù)控氣保機(jī)器人焊接技術(shù)數(shù)控程序簡單，操作方便，當(dāng)溜槽擺放位置固定后，具有可批量進(jìn)行維修等優(yōu)點(diǎn)，焊接中不需要操作工專門進(jìn)行操作，大大減輕了操作工的工作量和強(qiáng)度。僅需一個操作工起輔助作用，操縱多臺機(jī)機(jī)器人。

（2）因?yàn)殡p絲焊接的原因，焊接前絲時對后絲起到一定的預(yù)焊作用，因此焊縫紋路均勻、表面平滑美觀、焊縫質(zhì)量穩(wěn)定可靠，大大提高了溜槽焊接的可靠性，并且焊接時間大大縮短，速度要比普通焊接高出幾倍

（3）該研究中進(jìn)行了小批量實(shí)驗(yàn)，每節(jié)溜槽焊接消耗耐磨焊絲約1包半，使用二氧化碳?xì)馄?瓶，二氧化碳富氬氣瓶約1瓶，乙炔-氧氣瓶1瓶，產(chǎn)生的維修費(fèi)用僅為3 000元；而將溜槽外包維修，每節(jié)溜槽費(fèi)用為49 000元，所以每節(jié)溜槽維修能節(jié)省46 000元，目前小批量試驗(yàn)中已經(jīng)維修了20節(jié)溜槽，共計節(jié)約了80多萬元，可為企業(yè)節(jié)約大量的資金。

綜上所述，利用合理的數(shù)控氣保機(jī)器人焊接技術(shù)和焊接工藝進(jìn)行再制造修復(fù)，不僅能提高中部槽的使用壽命和性能，減輕操作工的勞動強(qiáng)度，還取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。