李德明

山推作為工程機(jī)械的龍頭企業(yè)，近年來先后引入后橋箱、方盒、主機(jī)架等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件自動化焊接作業(yè)單元20余臺套，其中徠斯焊接機(jī)器人系統(tǒng)截止到目前已有7臺套，對推土機(jī)后橋箱的焊接質(zhì)量和焊接效率起到至關(guān)重要的作用。

1. 工件特點

推土機(jī)后橋箱(見圖1)作為主機(jī)架的重要組成部分，是整個推土機(jī)動力的核心部件。它承擔(dān)著將從變速箱輸出的動力轉(zhuǎn)化成中央傳動裝置動力和終端傳動裝置動力的重要作用。后橋箱材質(zhì)既有鑄鋼件又有板材（Q345、Q460C），其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)、外焊縫多，對焊縫要求嚴(yán)格。其焊接工藝流程為：一次組對→一次焊合→二次組對→二次焊合→機(jī)器人焊接→焊補探傷。

2. 原工藝特點

2005年左右，由于市場上推土機(jī)銷量處于穩(wěn)定期，加上當(dāng)時人力成本優(yōu)勢明顯，工業(yè)機(jī)器人等自動化設(shè)備還沒有在工程機(jī)械行業(yè)投入應(yīng)用，公司推土機(jī)焊接生產(chǎn)處于半自動化階段，后橋箱生產(chǎn)主要采取機(jī)械式工裝進(jìn)行組對，進(jìn)行人工地攤式焊接（阿金圖2）。在焊接的過程中采取專用焊接支撐架進(jìn)行固定焊接，為了保證工件較好的焊接狀態(tài)，需頻繁采取行車吊裝翻轉(zhuǎn)，存在較大的不安全因素，該作業(yè)方式也很難使焊接工件處于船形焊姿態(tài)，經(jīng)常導(dǎo)致后橋箱焊接質(zhì)量受人員因素影響較大，關(guān)鍵焊縫探傷頻繁出現(xiàn)氣孔、未熔合等質(zhì)量問題，且生產(chǎn)效率低下，人員的作業(yè)環(huán)境較差，作業(yè)負(fù)荷較高。

3. 工藝提升

隨著國內(nèi)外重點基礎(chǔ)設(shè)施投資的加快，市場對工程機(jī)械的需求越來越多，公司生產(chǎn)主體退城進(jìn)園，配合政府關(guān)于擴(kuò)大重點裝備制造業(yè)工藝提升項目，組織實施了公司產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)的更新?lián)Q代。公司投資數(shù)十億資金建成國內(nèi)高水平的工程機(jī)械生產(chǎn)集群，大批的高精尖的工藝設(shè)備被引入并投入使用，其中焊接方面設(shè)計制作了大批的全液壓、氣動等自動化組焊專機(jī)，同時大膽地引入了大批的焊接機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工地攤焊，實現(xiàn)了工件制造過程中的零落地工程，其中3臺徠斯機(jī)器人被引入焊接后橋箱，在推土機(jī)行業(yè)尚屬首例，實現(xiàn)了后橋箱焊接質(zhì)量的第一次飛躍。

圖1 后橋箱結(jié)構(gòu)

通過對機(jī)器人技術(shù)的了解和后續(xù)的工藝試驗，我們發(fā)現(xiàn)徠斯機(jī)器人能夠在焊接時具有自動找正焊縫的起始位置和正確的方向，尤其焊接中厚板時都會帶有焊接起始點尋位、焊縫跟蹤和坡口寬跟蹤功能等焊接功能，配合L型三軸變位機(jī)，實現(xiàn)了對工件的全位置船形焊，同時針對工程機(jī)械中厚板件提供了多層多道焊專家?guī)?，操作簡便。目前行業(yè)結(jié)構(gòu)件焊接廣泛采取CO2氣體保護(hù)焊，因其具有熔深大、焊接效率高的特點，但存在著焊接飛濺大、焊縫成形較差、焊接變形大難以控制等缺點。隨著徠斯機(jī)器人的應(yīng)用，其穩(wěn)定的工藝參數(shù)和先進(jìn)監(jiān)控軟件，使得焊縫質(zhì)量得到了較大的提升，焊接效率較人工也提升30%以上。

4. 雙絲專機(jī)應(yīng)用

為了配合公司年產(chǎn)1.2萬臺項目，經(jīng)過技術(shù)人員的大膽工藝創(chuàng)新，引入SD16等常規(guī)機(jī)型柔性焊接樣板線，采取汽車行業(yè)慣用的工序流水化作業(yè)，通過工業(yè)機(jī)器人先進(jìn)性和可行性調(diào)研，并與徠斯中國進(jìn)行多次交流，結(jié)合樣板線工藝要求，專門為我公司定制了兩臺套雙絲焊接機(jī)器人作業(yè)單元。

該焊接機(jī)器人系統(tǒng)由兩臺型號為RV20-16德國REIS天吊式弧焊機(jī)器人，采取先進(jìn)的ROBOT starV-IPC控制器，芬蘭原裝進(jìn)口KEMP負(fù)載率100%的逆變焊接電源YNS500全數(shù)字逆變帶脈沖焊接電源兩臺、兩軸L型變位機(jī)RDS26一臺以及龍門式2軸移動裝置兩套組成的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，如圖3所示。機(jī)器人控制軸數(shù)為18軸，是公司目前主要后橋箱焊接機(jī)器人系統(tǒng)之一，針對工件結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)≥85%的焊縫可達(dá)率，配合L型變位機(jī)可實現(xiàn)工件的船型位置焊接，也可實現(xiàn)平焊或角焊作業(yè)。采取推拉四輪驅(qū)動的送絲機(jī)構(gòu)，送絲安全、平穩(wěn)，其機(jī)器人單獨工作半徑：1 500mm，重復(fù)精度：±0.05mm，并采取8位數(shù)字量輸入/出(Can-Bus)以太網(wǎng)接口并支持遠(yuǎn)程維護(hù)，配合生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控設(shè)備作業(yè)（見圖4）。

采取天吊式龍門式在運動作業(yè)范圍方面具有較大的優(yōu)勢，可實現(xiàn)使用一個機(jī)器人本體完成所有焊縫焊接。控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)機(jī)器人本體、變位機(jī)、焊接電源的全數(shù)字化控制，實現(xiàn)對各軸工作范圍、保護(hù)氣體、冷卻水、電弧、氣壓及送絲等自動監(jiān)控功能，在使用的過程中具有電弧傳感跟蹤精度高≥±0.2mm和多重保護(hù)和自我診斷追溯功能；同時在保證兩機(jī)器人通信方面可以實現(xiàn)同時起弧、焊接，并可以實現(xiàn)單獨控制，如果在焊接過程中兩焊槍其一如有未起弧、斷弧等問題可自動報警并同時停止，現(xiàn)場焊接如圖5所示。

5. 應(yīng)用效果

徠斯后橋焊接機(jī)器人和雙槍自動焊專機(jī)的投入使用，使后橋箱的焊縫質(zhì)量得到了較大的提升，關(guān)鍵焊縫UT 探傷合格率達(dá)到98%，產(chǎn)品的一次交檢合格率達(dá)到90%以上。在消除了人工焊接的不穩(wěn)定性的同時，也大大減輕了作業(yè)人員的勞動強度。配合后橋箱焊接柔性樣板線的使用，各工序流程更加順暢，消除各工序之間的瓶頸，實現(xiàn)了均衡性，主要焊接工序作業(yè)效率較原來工時定額提升了66.7%，是公司精益化生產(chǎn)的縮影，同時也為公司帶來了切實的效益。

圖3 徠斯焊接機(jī)器人

圖4 徠斯機(jī)器人作業(yè)單元

圖5 現(xiàn)場焊接示意