吳傳利，郝君，李強(qiáng)，朱相磊

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安271000）

1 引言

轉(zhuǎn)向架由多個(gè)重要部件組成，其中包括交叉桿裝置，它的存在促進(jìn)了抗菱剛度的增強(qiáng)，而支撐座又是組成交叉桿的受力點(diǎn)，一般情況下通過(guò)焊接連接支撐座與側(cè)架，在車輛正常運(yùn)行下，焊縫需要承受的動(dòng)載荷較大，因此，這就對(duì)焊接的質(zhì)量提出了更高的要求。實(shí)行機(jī)器人焊接，如果不按照要求應(yīng)用焊接機(jī)器人，焊接過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)偏焊、氣孔、咬邊等現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合焊接機(jī)器人的特點(diǎn)，對(duì)焊接程序進(jìn)行合理編制，以確保焊接質(zhì)量。

2 IGM 焊接機(jī)器人系統(tǒng)及焊接特點(diǎn)

2.1 焊接機(jī)器人系統(tǒng)

主要由焊接設(shè)備、控制系統(tǒng)、外部軸、機(jī)器人本體和軌道軸組成焊接機(jī)器人，如圖1 所示。

軌道軸主要包括Z、Y、X軸，它的作用是讓機(jī)器人順著Z、Y、X做直線運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人本體是六軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)器人，且具有柔性，不僅能實(shí)現(xiàn)六軸聯(lián)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)，也可以做單軸運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，焊槍還能順著圓點(diǎn)在空間位置內(nèi)做任意轉(zhuǎn)動(dòng)[1]。在各種運(yùn)動(dòng)方式的應(yīng)用下，機(jī)器人逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)焊槍姿態(tài)的調(diào)整以及對(duì)焊接動(dòng)作的完成；垂向旋轉(zhuǎn)與水平旋轉(zhuǎn)是外部軸的運(yùn)動(dòng)方式，外部軸的作用是與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)相配以及調(diào)整工件位置；計(jì)算機(jī)組合形成了控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與人的大腦有異曲同工之處，主要通過(guò)發(fā)出指令，達(dá)到操控機(jī)器人的目的，讓機(jī)器人自動(dòng)調(diào)整參數(shù)、完成各項(xiàng)任務(wù)。產(chǎn)品的焊接質(zhì)量在很大程度上取決于焊接電源是否完好，特別是對(duì)機(jī)器人的焊接，IGM 公司大多采用Fronius TPS 系列焊接機(jī)作為焊接電源進(jìn)行機(jī)器人焊接，該系列焊接為逆變電源，具有智能化、數(shù)字化的特點(diǎn)。

圖1 IGM 焊接機(jī)器人示意

2.2 焊接特點(diǎn)

焊接特點(diǎn)主要包括：

1）焊接質(zhì)量穩(wěn)定。在對(duì)不規(guī)則或長(zhǎng)焊縫進(jìn)行焊接時(shí)，利用手工焊焊接很難連續(xù)不斷弧，如果焊槍不斷抖動(dòng)，最后也很難成形，這種方式較容易被環(huán)境和人為因素所影響。而利用機(jī)器人進(jìn)行焊接，則不容易受到外界因素的影響，在對(duì)批量產(chǎn)品實(shí)施焊接時(shí)，因運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與參數(shù)具有一致性，這也就確保了機(jī)器人焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。

2）焊接位置最佳。利用機(jī)器人實(shí)施焊接時(shí)，機(jī)器人外部軸和本體進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，以此將工件安放在方便后期操作的位置上，在工件位置和焊槍角度相互配合下，呈現(xiàn)出最佳狀態(tài)。

3）焊接效率高。利用機(jī)器人進(jìn)行焊接效率較高。焊接工作能夠持續(xù)不斷的開(kāi)展，這樣不僅能避免消耗更多的工時(shí)，且能夠輸出較大熱量，加快焊接速度，縮短焊接時(shí)間；因最后成形的焊縫較好，也極大地減少了焊后清理工作[2]。

3 K6 側(cè)架支撐座焊接結(jié)構(gòu)

在左支撐座、保持環(huán)、右支撐座以及側(cè)架等部件的組合下，最終形成了K6 側(cè)架。Q235 鍛造件作為支撐座，B+鋼鑄造件作為側(cè)架。左右2 種支撐座組合安裝在側(cè)架的安裝面上，由此和側(cè)架形成了4 條焊縫。該焊縫為T 型，由一圓弧段和兩直線段組成，從圖2 可以看到，焊縫位置不處在同一平面上[3]。

圖2 K6 側(cè)架組成示意

4 K6 側(cè)架支撐座焊接程序編制

4.1 焊接質(zhì)量要求

焊縫的縫腳約8mm，焊接質(zhì)量與GB 47014—2011《焊接規(guī)程》要求相符，完成焊接24h 后，再將磁粉懸浮在載液中進(jìn)行磁粉探傷[4]。

4.2 焊接程序編制分析

將側(cè)架垂直向上進(jìn)行擺放，這種方式下焊縫位置將不處在同一平面上，焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)上坡焊或下坡焊的情況，進(jìn)而造成焊縫難以成形、溶合不良、溶深淺等現(xiàn)象。如果將側(cè)架按水平方向進(jìn)行擺放，焊縫位置將處在同一平面上，平角焊由此形成，但焊接過(guò)程中也容易出現(xiàn)焊縫凸起、咬邊、偏焊等現(xiàn)象[5]。而借助外部軸和機(jī)器人所具備的聯(lián)動(dòng)功能，采用工件的坐標(biāo)系，將支撐座與側(cè)架的焊縫轉(zhuǎn)動(dòng)到船型位置，然后進(jìn)行焊接，這樣呈現(xiàn)出的焊接接頭是平滑美觀的。

組裝好支撐座的K6 側(cè)架后，因裝配誤差和工件誤差的產(chǎn)生，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫的實(shí)際位置與示教的編程步點(diǎn)出現(xiàn)一定偏差，這樣在實(shí)施焊接時(shí)，焊縫就很難按照當(dāng)初的軌跡完成焊接。通過(guò)IGM 機(jī)器人所具備的電弧傳感以及噴嘴傳感功能，可以對(duì)焊接位置可以實(shí)現(xiàn)過(guò)程跟蹤和精確定位。

兩支撐座與K6 側(cè)架組合而成后，4 條T 型的焊縫也由此形成，在焊接順序編制過(guò)程中，在考慮焊接質(zhì)量的同時(shí)，也要考慮到焊接效率。B+鋼鑄造件作為K6 側(cè)架，Q235 鍛造件作為支撐座，因母材的強(qiáng)度偏高，帶有一定淬硬性，編程過(guò)程中，可以實(shí)施2 條焊縫、1 個(gè)支撐座的連續(xù)焊縫，這樣有利于緩慢冷卻、避免急熱，從而降低淬硬性。

4.3 焊接程序步點(diǎn)設(shè)置

利用機(jī)器人進(jìn)行焊接時(shí)，通過(guò)尋找組對(duì)起始位置進(jìn)行明確。在編程過(guò)程中，要求必須輸入工作步點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)模式和焊接參數(shù)等。焊接時(shí)，焊縫的過(guò)程跟蹤主要根據(jù)電弧擺動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以保障機(jī)器人與焊接方向保持一致。

4.4 機(jī)器人姿態(tài)控制

在焊接過(guò)程中，機(jī)器人本體主要維持著六軸聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方式。機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)都圍繞著一定范圍運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)期間為了防止機(jī)器人發(fā)生限位，編程過(guò)程中要加強(qiáng)對(duì)軸參變化的監(jiān)控，以確保手臂姿態(tài)能夠隨意舒展，這也有利于焊槍在焊接期間進(jìn)行角度變化。

焊接質(zhì)量會(huì)受到多種因素的影響，包括焊接過(guò)程中焊槍的角度。除了要選擇正確的焊接參數(shù)，也要保證焊槍角度的精確度。焊接K6 側(cè)架時(shí)，工件與焊槍之間的夾角應(yīng)維持在約45毅，焊絲與焊縫中心相對(duì)，以防止出現(xiàn)偏焊情況。另外，工件與焊槍之間的傾角應(yīng)維持在80毅～90毅，一旦焊槍的傾斜度過(guò)大，熔化鐵液就很容易被電弧吹力往焊縫前方推動(dòng)，這種情況下焊接根部自然就很難熔合。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，利用機(jī)器人對(duì)側(cè)架支撐座實(shí)施焊接，焊接機(jī)器人所具備的效率高、質(zhì)量穩(wěn)定以及焊縫位置佳的優(yōu)勢(shì)得到了充分發(fā)揮，確保了側(cè)架焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，焊接接頭平滑美觀，探傷達(dá)到了100%的合格率，使轉(zhuǎn)向架更加可靠。