尹光劍 姜立民 邱存寶 王文 賀永輝中車四方車輛有限公司 山東青島 266000

隨著我國經(jīng)濟實力不斷加強，我國軌道交通行業(yè)獲得良好的發(fā)展。而焊接技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。焊接技術(shù)是在高溫或高壓的條件下，使用焊接材料或＋使用焊接材料來實現(xiàn)網(wǎng)母體之間連接的一種操作方法。目前常用的焊接方法有利用輻射加熱脈沖控制的激光焊接、利用電子束高速轟擊的電子束焊接、利用高頻振動摩擦使分子層相互熔合的超聲波焊接、不需要母料，通過圓柱針攪拌摩擦達到焊接目的的攪拌摩擦焊，以及機械手，機器人等高度智能化的焊接技術(shù)。

1 焊接機器人原理

焊接機器人是一種特殊焊接設(shè)備，采用高度自動化焊接程序以及焊接技術(shù)。接機器人的定義是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。可重復(fù)編程多用途的自動控制操作機。模擬了人類手臂，通過傳感器等感應(yīng)電路以及設(shè)備，可以按照程序進行焊接。工作時，須依賴于各輔助設(shè)備以及控制系統(tǒng)。焊接機器人的基本構(gòu)造為，變位機、操作手、控制器以及焊接系統(tǒng)傳感器，中央控制計算機和相應(yīng)設(shè)備[1]。

2 焊接機器人在軌道交通裝備制造中的應(yīng)用

2.1 焊接機器人在制造交通軌道裝備中的具體應(yīng)用

①焊接HXD3C 型電力機車的底架牽引梁橫梁、中梁橫梁以及旁承梁橫梁等外部焊縫；②焊接HXD3C 型的電力機車底架牽引梁整體、中梁整體以及旁承梁整體等外部焊縫；③焊接HXD3C 型電力機車的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架牽引梁、前端梁、后端梁、中梁、右側(cè)梁及左側(cè)梁等外部焊縫；④焊接LTZ-800 型處理路基車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的側(cè)梁外部焊縫；⑤焊接各類出口機車和調(diào)車機車的箱型梁外部焊縫；⑥焊接風(fēng)缸環(huán)焊縫以及縱焊縫。焊接機器人的特點是具有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量、優(yōu)美焊縫外觀等，其可通過尋找以及示教功能，利用編程對程序進行優(yōu)化，以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。在這之中焊接機器人選用L 型變位機的，因為變位機能夠靈活地進行位置擺放，設(shè)計開發(fā)其工裝，在焊接多種鋼結(jié)構(gòu)上都適用。

2.2 軌道客車轉(zhuǎn)向架制造中的應(yīng)用

在中國中車高速軌道客車轉(zhuǎn)向架制造過程中，焊接過程中無需變位，可以在工作臺面上把工件固。在此種情況下，機器人與變位機器可以分別運動，機器人的運動復(fù)合在變位機上，使焊槍相對于工件運動既能滿足焊縫軌跡又能滿足焊接速度以及焊槍姿態(tài)的要求。箱體焊接機器人工作站由焊槍送焊絲機構(gòu)、焊接電源、回轉(zhuǎn)雙工位變位機、弧焊機器人、工裝夾具和控制系統(tǒng)[2]。

2.3 焊接機器人參數(shù)

將RTi330—S 型的焊接機器人作為應(yīng)用對象，這一焊接機器人運用6 軸設(shè)計，應(yīng)用交流伺服的電動機驅(qū)動所有軸，具有焊槍碰撞傳感器和焊槍座。其系統(tǒng)使用全數(shù)字化控制技術(shù)，其中可數(shù)字化控制各系統(tǒng)部分及焊接電源與控制柜間通信。使用總線連接整個系統(tǒng)，可以減少連接電纜數(shù)量，將處理數(shù)據(jù)速度提高，進行更精準(zhǔn)的控制，降低故障率。焊接系統(tǒng)使用TPS5000 逆變焊接電源，其可進行全數(shù)字化控制，適合用CO2/MIG/MAG、脈沖MIG 和脈沖MAG 焊接方法；可在有效焊接區(qū)域開展全方位焊接，使焊縫滿足TB/T1580—1995、EN15085 與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求；機械手使用內(nèi)置蒸餾水與酒精混合防凍液的封閉式循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)置有缺水的報警裝置；應(yīng)用單絲焊槍，使用一體化水冷焊槍，水冷至噴嘴和導(dǎo)電桿。其可數(shù)字化控制焊接過程，在焊接質(zhì)量及性能上可以反映出控制的可靠性和安全性。將其當(dāng)做胎位開展編程以及焊接工作，其可按照工件形狀在各種焊縫焊接位置進行合理應(yīng)用，對于形狀不同的工件有著較高適應(yīng)性。比如HXD3C 型電力機車的底架牽引梁整體具有復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)，可通過L 型變位機焊接，利用變位機能夠變化的位置，適應(yīng)那些難以接近的焊縫進行焊接。在開發(fā)這一工裝時，應(yīng)該對其工作狀態(tài)下承載狀況進行充分考慮，不應(yīng)超過最大承載重量。

2.4 焊縫跟蹤控制理論與方法

①焊接過程中，在焊接軌跡方向上，焊槍相對工件按照每移動固定的距離，就完成一次調(diào)整，或者說，每移動固定的距離，控制器向傳感系統(tǒng)發(fā)出一次位置指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對位置進行移動，進行焊接作業(yè)。②在焊接過程中，以固定的時間間隔控制器向控制系統(tǒng)發(fā)送位置請求的指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對位置進行移動，從而進行焊接作業(yè)。③焊接過程中，在焊接速度方向上，提前確定焊縫線路，傳感器對焊縫前段（未開始焊接）進行跟蹤，向控制系統(tǒng)發(fā)送位置請求指令，焊槍依據(jù)系統(tǒng)給定的相對位置進行移動，進行焊接作業(yè)。

2.5 焊后檢查和程序改進

由于工件的組裝中存在少數(shù)工件組裝誤差偏大的問題，而對于焊接機器人來說，需要工件盡可能的保持一致性，才能保證每次焊接生產(chǎn)出來的工件質(zhì)量。而工件的焊縫打底也因焊工不同存在差別，打底層的焊縫薄厚，會影響機器人焊接的焊縫的成形。在每次安裝工件之前檢查焊縫組裝情況，檢查焊縫打底情況，可能會出現(xiàn)問題的工件，對其填充層進行監(jiān)控，調(diào)整參數(shù)，以保證填充層能達到在編程時候填充層焊接的填充量和焊角尺寸。這樣，在蓋面層焊接時就能保證其能按照焊接程序，自動跟蹤焊接出美觀結(jié)實的焊縫[3]。

3 結(jié)語

近年來我國的經(jīng)濟的高速發(fā)展，對于能源的需求增大，全自動焊接機器人逐漸嶄露頭角。對焊接機器人的需求一直處于穩(wěn)步增長態(tài)勢。在中國中軌道交通裝備制造行業(yè)中，我國對于城市軌道交通以及運輸業(yè)等需求量的不斷增加，對高速列車提速的需求也越來越多。焊接機器人在軌道交通裝備制造中起了關(guān)鍵性的作用。