張克新，李 凌，何清和

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000)

1 概述

機(jī)車變壓器梁部件自動焊設(shè)備(以下簡稱T型梁機(jī)器人)為單工位焊接機(jī)器人(見圖1)，主要用于變壓器梁的T型梁焊接。T型梁自動焊工裝(見圖2)由1個(gè)底座、1個(gè)龍門和5套壓緊裝置組成。其中單個(gè)壓緊裝置就有25 kg，員工操作不方便；T型梁經(jīng)自動焊后焊接變形大，與手工焊相比調(diào)修時(shí)間增加1倍。目前機(jī)車T型梁仍為手工焊，因此擬采用現(xiàn)有T型梁機(jī)器人使T型梁實(shí)現(xiàn)自動焊批量生產(chǎn)。

圖1 T型梁機(jī)器人

圖2 T型梁自動焊工裝

T型梁自動焊作業(yè)時(shí)間為2 h/件，按照每天1節(jié)車體節(jié)拍計(jì)算，需要焊接2件T型梁，機(jī)器人作業(yè)時(shí)長僅4 h/d；用于T型梁裝夾、拆卸和焊后冷卻等待時(shí)間需要1 h/件。因此，機(jī)器人實(shí)際作業(yè)時(shí)間更短。如果T型梁機(jī)器人僅焊接T型梁，設(shè)備利用率只有50%。因此，須對T型梁機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化提升。

2 變壓器梁結(jié)構(gòu)

機(jī)車變壓器梁結(jié)構(gòu)(見圖3)主要由2個(gè)T型梁、2個(gè)箱型梁和1個(gè)中心縱梁組成。為了控制變壓器梁的焊接變形，提高組焊精度，T型梁和箱型梁需要提前單獨(dú)組焊。

圖3 變壓器梁結(jié)構(gòu)

主要車型的變壓器梁部件尺寸見表1。T型梁最大長度為3 170 mm，箱型梁最大長度為3 070 mm，比最大尺寸的T型梁小100 mm。因此，如果使用T型梁機(jī)器人焊接箱型梁，長度滿足要求，頭尾架不需要移動。

表1 變壓器梁部件尺寸

3 自動焊設(shè)備優(yōu)化

3.1 T型梁自動焊臺位改造

3.1.1 工裝改造

為了實(shí)現(xiàn)T型梁自動焊，從成本考慮，在原T型梁自動焊工裝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，改造后的效果如圖4所示。在充分考慮焊接變形和工裝夾緊力的情況下，對工裝進(jìn)行以下優(yōu)化。

圖4 T型梁自動焊工裝(改造后)

將5套壓緊裝置優(yōu)化為3套，并且對壓緊裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，保留從2個(gè)方向壓緊T型梁的功能(見圖5)，改造后的每套壓緊裝置僅17 kg。

圖5 壓緊裝置結(jié)構(gòu)(改造后)

在龍門組成上設(shè)置3組反變形條，對T型梁立板的旁彎進(jìn)行反變形控制；在底座上設(shè)置2組反變形條，對T型梁立板的立彎進(jìn)行反變形控制。

3.1.2 自動焊編程與焊接

對T型梁進(jìn)行編程與焊接(見圖6)，焊接后的工件(見圖7)旁彎5.5 mm，立彎1 mm；手工焊的T型梁旁彎7.5 mm，立彎2.5 mm。經(jīng)過對T型梁的旁彎和立彎施加反變形，相比手工焊的工件，旁彎減小2 mm，立彎減小1.5 mm，焊接效果顯著，極大地減小了工件調(diào)修量。

圖6 T型梁自動化焊接

圖7 焊接后的T型梁

3.2 設(shè)備雙工位改造

為了提高設(shè)備利用率，在T型梁自動焊臺位的基礎(chǔ)上，對T型梁機(jī)器人進(jìn)行雙工位改造，將2個(gè)工位設(shè)置在一個(gè)整體平臺上，效果如圖8所示。

圖8 T型梁機(jī)器人(改造后)

3.2.1 箱型梁自動焊工裝設(shè)計(jì)

箱型梁自動焊工裝的設(shè)計(jì)和裝夾方案如圖9所示。該工裝采用壓緊裝置對箱型梁兩端壓緊，單側(cè)用定位塊實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；壓緊裝置位置可調(diào)節(jié)，使其可適應(yīng)和諧型和復(fù)興動車等典型車型箱型梁的焊接。工裝實(shí)物如圖10所示。

圖9 箱型梁自動焊工裝設(shè)計(jì)方案

圖10 箱型梁自動焊工裝實(shí)物

3.2.2 自動焊編程與焊接

用工作試件進(jìn)行相關(guān)工藝評定，其宏觀金相如圖11所示，焊縫根部熔合良好，焊接質(zhì)量好。

圖11 箱型梁試件宏觀金相

對和諧型機(jī)車箱型梁進(jìn)行自動焊編程與調(diào)試，焊接效果如圖12所示，除了焊接接頭以外，其余焊縫成型美觀，外觀一致性好。編程調(diào)試完成后，對工件進(jìn)行編程與焊接，將焊接后的工件進(jìn)行磁粉探傷，結(jié)果如圖13所示，焊縫無氣孔、裂紋等缺陷，焊接質(zhì)量良好。

圖12 焊接后的箱型梁

圖13 探傷后的箱型梁

4 結(jié)語

相比手工焊，自動化焊接優(yōu)勢明顯，機(jī)車車體實(shí)現(xiàn)自動焊的部件也越來越多[1-5]。T型梁機(jī)器人經(jīng)雙工位改造后，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車變壓器梁部件T型梁和箱型梁的自動焊，使該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)多產(chǎn)品焊接，設(shè)備使用率提高100%以上；在T型梁裝夾、卸載和焊接冷卻等待時(shí)，可對箱型梁進(jìn)行焊接，減少了等待時(shí)間，提高了員工工作效率。