樊亞斌，宋學(xué)毅中車唐山機(jī)車車輛有限公司

IGM焊接機(jī)器人箱體梁焊接質(zhì)量提升方法

樊亞斌，宋學(xué)毅
中車唐山機(jī)車車輛有限公司

針對(duì)IGM焊接機(jī)器人在進(jìn)行箱體梁焊接時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的未焊透、焊偏、氣孔等焊接缺陷的問題。在焊接方法上進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)化工藝參數(shù)和焊槍角度解決未焊透的問題；使用電弧傳感功能解決焊偏問題；加強(qiáng)焊前對(duì)工件、設(shè)備的清理以及對(duì)周圍環(huán)境的控制解決氣孔的問題。成功的提高了IGM焊接機(jī)器人焊接箱體梁的質(zhì)量，同時(shí)提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

IGM焊接機(jī)器人；箱體梁；焊接缺陷；焊接工藝

前言

近年來，中厚板焊接機(jī)器人設(shè)備具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度及可持續(xù)作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用于橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、工程機(jī)械、鐵路車輛、風(fēng)電設(shè)備等領(lǐng)域。

軌道車輛轉(zhuǎn)向架中多為板拼結(jié)構(gòu)的箱體梁焊接，受組裝精度及焊接環(huán)境的影響，在機(jī)器人施焊過程易出現(xiàn)未焊透、焊偏、氣孔等缺陷。一旦出現(xiàn)的焊接缺陷，需人工返修，增加了生產(chǎn)成本的同時(shí)也嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文旨在通過以CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成得機(jī)器人焊接為例，詳細(xì)介紹了IGM焊接機(jī)器人箱體梁焊接過程中質(zhì)量提升的方法。以期為其它同類產(chǎn)品的自動(dòng)化焊接提供借鑒。

1 CW-200K側(cè)梁組成結(jié)構(gòu)特征分析

CW—200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成由上蓋板、下蓋板、內(nèi)立板、外立板、內(nèi)腔筋板等部件構(gòu)成，圍成相對(duì)閉合的箱體結(jié)構(gòu)。

2 IGM焊接機(jī)械人介紹

本焊接工序使用IGM焊接機(jī)器人，6軸設(shè)計(jì)，每軸均為交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。同時(shí)匹配雙聯(lián)動(dòng)C型變位機(jī)，根據(jù)結(jié)構(gòu)將焊縫調(diào)整到理想的位置施焊。

焊接系統(tǒng)采用Fronius全數(shù)字逆變電源，適用MAG、MIG焊接方法；機(jī)械手采用內(nèi)置蒸餾水混合酒精的防凍液的封閉式循環(huán)系統(tǒng)；焊槍為單絲焊槍，并采用一體化水冷焊槍，水冷至導(dǎo)電桿和噴嘴。

3 焊接缺陷產(chǎn)生原因分析

焊接機(jī)械手施焊箱型結(jié)構(gòu)中厚板常見缺陷分為未融合，焊偏及氣孔。

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。多層多道焊時(shí)極易出現(xiàn)。常見原因包括焊接機(jī)器人程序數(shù)據(jù)庫中工藝參數(shù)設(shè)置合理，例如擺動(dòng)寬度、兩端停頓時(shí)間等；以及焊接面未清理干凈，有油污和鐵銹。

焊偏是機(jī)器人在焊接過程中焊到焊道以外的焊接缺陷，焊縫焊偏最容易出現(xiàn)在多層多道角焊縫中。常見原因包括組對(duì)誤差以及熱輸入量特別大造成多道焊接過程中工件變形非常等。

施焊時(shí)出現(xiàn)氣孔的具體原因包括氣體流量不合理、焊接環(huán)境有風(fēng)；保護(hù)氣控制閥異常；

工件表面清理不及時(shí)等。

4 解決方法

4.1 未融合解決方法

4.1.1 焊槍角度的優(yōu)化

在焊接過程中焊槍的角度對(duì)焊縫融合有著很大的影響。焊槍與平行于焊縫方向的角度不佳，不利于焊縫根部的熔合;與垂直于焊縫方向的角度不佳，造成另一側(cè)未熔合。經(jīng)過結(jié)合外觀檢查以及金相分析，進(jìn)行側(cè)梁組成焊接時(shí)合理的焊槍角度，如圖1所示的焊槍姿態(tài)及角度焊接出焊縫的熔合度和成型都是最佳的。

圖1 焊槍姿態(tài)

圖2 焊接工藝參數(shù)

4.1.2 焊接參數(shù)的優(yōu)化

CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成外腔焊縫的焊接設(shè)備采用igm機(jī)械手。其焊接工藝參數(shù)主要包括電流、電壓、擺頻、擺高、擺寬等。通過多次的試焊進(jìn)行外觀檢查和金相檢查總結(jié)得出了CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成三次焊接的外腔焊縫的焊接參數(shù)如圖2所示。

4.2 焊偏解決方法

4.2.1 使用電弧傳感跟蹤

開啟電弧傳感跟蹤，對(duì)于有位置誤差的焊縫，對(duì)機(jī)器人的軌跡在焊接過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，通過處理焊接時(shí)電流變化的數(shù)據(jù)，機(jī)器人即能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫的精確再定位，有效的防止由于組對(duì)不夠精準(zhǔn)造成的打底層焊偏缺陷的產(chǎn)生。

4.2.2 使用單點(diǎn)尋找

將200k側(cè)梁每道焊縫在焊接前利用單點(diǎn)尋找功能設(shè)出幾個(gè)參考點(diǎn)，再進(jìn)行焊接。在焊接過程中每個(gè)工作步點(diǎn)會(huì)向就近的參考點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出焊縫的位置的化量，從而程序中對(duì)應(yīng)部分做相應(yīng)數(shù)量的平移，這樣一來就保證了蓋面層焊接的準(zhǔn)確性。

4.3 氣孔解決方法

4.3.1 及時(shí)清理設(shè)備

先用經(jīng)過過濾的高壓風(fēng)對(duì)送絲軟管進(jìn)行吹拭，這樣做目的有兩個(gè)：防止送絲軟管堵塞，導(dǎo)致出絲不暢影響電弧的穩(wěn)定性;同時(shí)把送絲軟管中的灰塵吹凈，防止由于焊絲不凈造成的焊接缺陷。

4.3.2 對(duì)焊縫的清理

焊前坡口及附近母材的清理是焊接工序中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，有時(shí)從庫里進(jìn)入車間的物料由于放置時(shí)間較長，吸附了空氣中的灰塵和油污，焊接打磨不到位會(huì)造成氣孔缺陷的。具體操作方法是先用高壓風(fēng)吹去焊縫上的灰塵，然后用專用紙對(duì)焊縫進(jìn)行擦拭，最后用火燒法去除焊縫上的油污。

5 結(jié)論

針對(duì)CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成機(jī)器人焊接在焊接過程中容易出現(xiàn)的未焊透、焊偏、氣孔等三類缺陷的問題，通過優(yōu)化焊槍角度和焊接參數(shù)；使用電弧傳感功能；加強(qiáng)焊前對(duì)設(shè)備、現(xiàn)場環(huán)境的控制，使側(cè)梁組成機(jī)器人焊接的焊接質(zhì)量得到了明顯提高。降低了側(cè)梁的返修率節(jié)約了車間的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

通過將以上改進(jìn)方法推廣到所有箱體梁的機(jī)器人焊接，使目前我公司焊接機(jī)器人焊縫一次交檢合格率達(dá)到99%，提高了工件的焊接質(zhì)量，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，提升了我公司的市場競爭力。

樊亞斌（1984-），男，技師，主要從事轉(zhuǎn)向架機(jī)器人焊接編程研究工作。