焊接監測技術在軌道客車焊接中的應用

吳稚鑫

摘要：焊接監測技術是基于以上特定需求所開發的一種對焊接設備作業過程進行顯示、記錄和處理的監測技術，它能夠對焊接工藝參數范圍進行限定，以實現焊接規范作業，能夠對焊接作業的過程數據進行連續記錄形成作業過程數據，以對焊接作業過程進行監控，能夠對焊接過程中出現的設備故障進行記錄和分析，確定故障類型以便于快速確定故障性質和解決故障問題。通過后期的人工處理，還能發揮焊接質量控制、成本控制、焊接生產節拍控制等多種潛力。

關鍵詞：焊接監測技術;軌道客車;應用

1焊接監測技術的基本功能及應用

雖然各種類型焊接監測系統的功能不盡相同，但是一般都具備焊接過程監測、焊接信息管理、焊接數據記錄和統計分析等基本功能。中車唐山機車車輛有限公司通過引入應用德國HKS焊接監測系統，并進行了使用功能延伸，在焊接質量控制、焊接生產管理、焊接定額管理等管理中發揮了較好的作用，收到了較好的效果。

1.1焊接信息管理功能及應用

通過在焊接設備上安裝焊接監測系統，系統將記錄下所有的焊接過程參數（焊接電流、電弧電壓、送絲速度及焊接時間），以及相關的產品信息（產品、批次、操作者、焊縫編號、焊接的日期及時間等）。所有的數據都存儲在數據庫里，便于日后對感興趣的數據進行提取，在二次開發時提供有效的數據。這些基礎數據結合生產信息，能夠獲取大量關于焊接生產和焊接質量控制的重要信息。

首先，利用焊接監測系統的焊接信息檢索功能，能夠通過輸入相關的信息在大量數據中快速篩選出所需信息。如：輸入操作者名稱就會把該操作者所有的焊接信息檢索出來并集中顯示，用以查看操作者的作業記錄;輸入焊接作業日期能夠將1臺焊接設備在一段時間內的作業情況進行統計分析，有利于掌握焊接設備應用程度;輸入某一工件的編號，能夠統計出焊接這一工件所需的焊接時間。

另外，利用焊接監測系統能夠準確地統計焊接工時定額。以往只是對產品生產過程中，材料及工時消耗的情況進行粗略地評估，通過系統對生產過程中的材料消耗及工時作精確統計可以幫助管理人員真實、準確地對產品成本進行核算（產品消耗焊絲數量、消耗電能以及工時情況等），并幫助管理人員在物流安排及生產安排上更加實際，實現精益生產。還可以通過系統的統計功能，可以對生產的產品情況、操作者生產的情況以及產品的質量進行有效的統計，便于了解一段時間內某種產品的生產情況、質量情況及操作者的生產情況。

從焊接質量控制的角度，焊接監測系統能夠對所有的焊接生產信息及焊接數據進行記錄，包括操作者的姓名或工號、產品名稱及相關信息、焊接作業時間、焊接過程中的真實焊接工藝參數等作業數據信息進行記錄、統計，實現完整的產品可追溯性功能

1.2焊接過程監測功能及應用

通過對影響焊接質量的焊接電流、電弧電壓等參數進行實際測試，并確定焊接工藝參數的允許公差范圍，對每個焊縫都可以有針對性地建立工藝專家庫。例如，在多層多道焊的過程中對打底、填充及蓋面焊的工藝要求是不一樣的，在焊接過程監測時，可以調用焊縫對應的工藝要求對焊接過程進行監測焊接，監測系統可以在規定的采樣頻率（10Hz或25Hz）下，對焊接作業的過程進行實時監測，并結合前期對該焊縫的設定參數范圍對焊接過程進行整體評價，給出質量系數，如系數小于3為合格。這對于驗證焊接工藝制訂的合理性、保證焊接工藝規范（WPS）的有效落實，都具有重要的數據參考價值。

如果焊接過程中產生異常問題，如焊絲管堵塞、焊絲送絲機出現故障、焊接坡口和組對間隙發生明顯變化，都會影響送絲速度而影響焊縫表面成形，焊接監測系統都會以報警燈亮起、報警聲響起等方式進行實時報警并記錄，提示焊接人員及時處理，從而避免過多焊接缺陷的產生，保證焊縫的質量。

還可根據前期對焊縫的定義進行分析、評定，并給質量分數，對有問題或有問題趨勢的焊接及時報警。通過運用焊接過程監測功能，能夠掌握整個焊接過程焊接工藝參數的穩定情況，以協助分析焊接過程中可能出現坡口異常以及焊接缺陷問題。

通過網絡連接，能夠對車間現場主機、現場監控室服務器和辦公室PC進行聯網，辦公室人員可以隨時通過辦公室電腦對焊接生產的情況、質量的情況及過程參數進行查看，并對感興趣的數據進行打印，這樣，更方便管理者及技術人員對焊接生產更有效地監督、管理。通過操作辦公室電腦，能夠操控焊接車間的監控設備，無須再進入焊接現場監控室進行操作。

2焊接監測技術應用實例

現以某型客車轉向架橫梁為例，運用焊接監測系統對焊接過程進行了監測，篩選了一條橫梁的焊接數據。通過分析統計信息，得出了表1中的焊接數據。

從焊接質量評估角度分析，并通過分析焊接參數，發現對應焊縫的焊接工藝參數均偏小。從表1可見，從對焊接工藝參數的監測上看，該橫梁總共焊接6道焊縫，平均焊接電流為241.39A，而焊接工藝文件中規定的焊接電流范圍是250～280A，表明焊接工藝文件規定的電流范圍偏高。因此將文件中規定的焊接電流范圍調整為230～260A。平均電弧電壓為27.96V，工藝文件中規定的電弧電壓范圍是27～31V，表明工藝文件規定的電弧電壓范圍內合理。送絲速度的實際監測值為8.88m/min，工藝文件規定送絲速度范圍是8～10m/min，規定合理。從而通過焊接監測系統記錄統計的參數驗證了焊接工藝文件的合理性，并有效指導了工藝文件的完善修改。

從焊絲統計信息來看，焊接1條橫梁實際消耗焊絲自身質量為2.51kg，考慮到焊絲損耗情況，1條橫梁給出3kg的消耗定額即能滿足生產需求，而之前給出的焊絲定額為每條橫梁3.5kg，表明之前給出的焊絲定額過高，通過修改焊絲定額至每條橫梁3kg，每條橫梁焊絲定額減少0.5kg，以生產100輛車轉向架計算，能夠節省焊絲定額200kg。

從對焊接作業時間的統計來看，1條橫梁的純焊（6道焊縫的焊接起停弧時間差累加）時間為31.34min，而擬訂的生產節拍為60min，焊接時間占比僅53%，表明焊接輔助時間過長。通過實地分析，發現工件裝卡和調用程序的時間達到15min，操作者對于橫梁焊接前的操作步驟不夠緊湊，通過細化焊接作業指導書進一步明確了焊接操作步驟，縮短了焊接作業時間，將生產節拍縮短至50min，提高了焊接生產的效率。

結束語：

通過大量的試驗統計結果得出：工藝參數和焊接順序是影響焊接質量的主要因素，影響程度占85.35%。因此，焊接工藝過程的監控是控制好轉向架焊接質量的重中之重。

參考文獻：

[1]姚宗湘，張偉杰，蔣德平.焊接材料數據庫管理系統的開發[J].電焊機，2012，42（4）：49-50.