摘要：機車構(gòu)架作為機車轉(zhuǎn)向架設(shè)備安裝的鋼結(jié)構(gòu)骨架唁情，其主要承受機車上部重量檩翁、傳遞機車運行中的機車牽引力及各種振動卢女，構(gòu)架質(zhì)量直接決定機車運行是否安全、可靠铆贞。機械手焊接方法具有獲得高且穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量赐赁、美觀的焊縫成形，高效等優(yōu)點伶摩，其正在機車產(chǎn)品焊接中取代傳統(tǒng)的手工焊接方法雕踊。本文主要介紹焊接機械手在機車構(gòu)架框架生產(chǎn)中的焊接工藝研究及實際運用情況，為推廣到其他機車構(gòu)架焊接生產(chǎn)提供借鑒昂幕。

1.概述

焊接機器人在焊接自動化生產(chǎn)中占有重要的位置挺候，該方法在西方先進國家焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨成熟。根據(jù)我國工業(yè)“2025”目標(biāo)庶化，機車車輛行業(yè)中正由手工半自動焊接向焊接智能制造轉(zhuǎn)化即钞，焊接機器人是鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品焊接智能制造的主要執(zhí)行設(shè)備之一。焊接機械手作為焊接機器人的主要設(shè)備迹姆，其在產(chǎn)品焊接質(zhì)量穩(wěn)定性部爱、效率亏吝、焊縫外觀等方面大大優(yōu)于人工焊接，同時采用機械手焊接其生產(chǎn)周期相對固定和勞動強度小盏混，可以24h不停歇工作蔚鸥，是制造行業(yè)人工智能發(fā)展方向的必備設(shè)備。

在機車車輛制造行業(yè)中许赃，機車底架及構(gòu)架框架的單梁部件雖引入機械手焊接已二十余年止喷，考慮機車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架框架（本文簡稱構(gòu)架，下同）結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性混聊、工藝性及重要性启盛，只有少數(shù)制造單位正在研究構(gòu)架的機械手焊接工藝。機械手焊接工藝在我公司的機車底架及構(gòu)架的單梁部件中也已成功應(yīng)用多年技羔，公司具有成熟的機械手焊接經(jīng)驗。本文重點介紹我公司在一種機車構(gòu)架焊接生產(chǎn)中進行的焊接機械手方面的工藝研究及應(yīng)用情況卧抗，以期為后續(xù)焊接機器人在機車構(gòu)架中的工藝推廣提供具有價值的借鑒藤滥。

2.機車構(gòu)架的結(jié)構(gòu)及焊接工藝性分析

（1）機車構(gòu)架（見圖1）按EN15085體系設(shè)計，由左右側(cè)梁社裆、橫梁和前拙绊、后端梁等箱型梁組成“日”字形框架。構(gòu)架焊縫分別以“X”谈毫、”Y”軸對稱分布,位于各梁之間的連接處：主要是V形坡口對接哟俩、對接加角接構(gòu)成的復(fù)合T型接頭；焊縫數(shù)量多且長度在200~500mm范圍鹤鲤；位置在空間位置褐琼；按EN15085體系規(guī)定，焊縫質(zhì)量等級均為CPB,焊接質(zhì)量要求高枷辫，要求焊后通過UT超聲波探傷+MT磁粉探傷+VT外觀檢查涤瘸。

（2）構(gòu)架材質(zhì)為我國機車行業(yè)廣泛采用的的16MnDR低合金高強度鋼，該鋼碳當(dāng)量Ceq低于0.4%笔房，焊接性好延砾。鋼板厚度范圍在8~20mm，其焊接工藝需采用多層多道進行焊接学虑。

圖1 構(gòu)架結(jié)構(gòu)

（3）構(gòu)架焊接工序內(nèi)容 首先段辈，構(gòu)架側(cè)梁上下蓋板與中間橫梁上下蓋板、前欲炉、后端梁下蓋板的對接焊縫憾宅。其次，構(gòu)架側(cè)梁與前后端梁的單邊Y形+角焊縫庆杜。最后射众，構(gòu)架側(cè)梁與各橫梁立板間的單邊Y形+角焊縫碟摆。

（4）接頭統(tǒng)計 根據(jù)構(gòu)架產(chǎn)品焊縫結(jié)構(gòu)形式及接頭統(tǒng)計，構(gòu)架需進行6項焊接工作試件叨橱，如表1所示典蜕。

表1 構(gòu)架框架機械手焊接工作試件統(tǒng)計明細

3.焊接工藝

（1）設(shè)備選型 考慮：①構(gòu)架焊縫對稱分布。②構(gòu)架大部分焊縫施焊空間受限罗洗，焊槍的可達性要求高愉舔。③焊縫截面均為帶坡口的V型對接焊縫和單Y型角焊縫，機械手?jǐn)[動中焊絲尖端電弧電流/電壓波動明顯伙菜。④存在構(gòu)架組裝的尺寸及位置偏差和雙絲焊槍兩絲的不同步問題轩缤。我們決定采用：帶電弧跟蹤方式（而不能采用常見的激光或其他附加的跟蹤系統(tǒng)）+單絲加長焊槍的公司正在使用的IGM雙槍滑軌式焊接機械手RT1330S能滿足要求。該焊接機械手設(shè)備需通過模擬工作試件焊接后方能實施焊接工作贩绕。

（2）構(gòu)架機械手焊接前的工藝質(zhì)量要求 ①嚴(yán)格控制構(gòu)架框架單梁尺寸及形位公差滿足圖紙要求火的。②組裝后要求對接焊縫間隙控制在3±1 mm、T型角焊縫間隙控制在0-2mm淑倾。③組裝后各焊縫位置坐標(biāo)相對基準(zhǔn)點的偏差在2mm以內(nèi)馏鹤。④為消除組裝誤差給機械手打底焊接時帶來的問題，確保根部焊接質(zhì)量绸廉，對所有焊縫進行采用人工MAG（135）方式打底焊牵蠢，打底層厚度不超過3mm。

（3）焊工資質(zhì)要求 焊工均需在取得相應(yīng)的ISO9606-1及EN1418資質(zhì)鑒定姨痊，同時通過焊接模擬工作試件后上崗仓疯。

（4）焊接工藝評定及試驗 為保證機械手焊接質(zhì)量，我們通過工作試件進行工藝評定以確定機械手焊接參數(shù)购狈。

第一魂欺，工作流程：按ISO 15614-1要求，需對機械手焊接工藝進行評定裹耗，主要工藝流程為：焊接接頭統(tǒng)計→確定工藝評定項目→下達工藝評定試板→編制預(yù)焊接規(guī)程（PWPS）→機械手焊接并記錄實時數(shù)據(jù)→試件外觀檢查（100%VT）→無損檢測探傷（100%MT+100%UT（對接焊縫））→進行破壞性試驗（金相+拉伸+正反彎曲試驗）→正式的焊接工藝規(guī)程（WPS）

第二勤右，焊接工藝規(guī)范（WPS) 經(jīng)過焊接工藝評定，我們確定以下焊接工藝規(guī)范（WPS)痘宋。首先虫甲，對接焊縫：焊接位置PA，焊道布置為3層5道,焊接參數(shù)如表2所示塌瑞。

表2：對接焊縫辩块，PA焊接位置的工藝參數(shù)

其次，T型單Y+角焊縫：焊接位置PC荆永，焊道布置為3層7道,焊接參數(shù)如表3所示废亭。

表3 T型單Y+角焊縫，PC焊接位置的工藝參數(shù)

最后，角焊縫：焊接位置PC豆村，焊道布置為2層4道,焊接參數(shù)如表4所示液兽。

表4 角焊縫，PC焊接位置的工藝參數(shù)

第三掌动，為進一步驗證產(chǎn)品實物焊接質(zhì)量和機械手焊槍操作的可達性四啰，我們進行了實物模擬試驗。由于構(gòu)架整體焊縫布置為對稱結(jié)構(gòu)粗恢，實物模采用半邊構(gòu)架進行柑晒，對構(gòu)架上的局部可能影響機械手可達性的產(chǎn)品附件采用鋼板代替模擬，如圖2所示眷射。

 圖2 實物模擬試件

根據(jù)以上工藝參數(shù)編制焊接工藝文件焊接匙赞，焊后對模擬試件焊縫按圖紙要求進行無損檢測（NDT)并進行解剖取樣（同種類型焊縫每種兩段），并進行金相和HV10硬度試驗只逐，結(jié)果滿足要求季距。第四，模擬試驗后荞亩，發(fā)現(xiàn)各橫梁立板與側(cè)梁翼板淑储、立板之間三聯(lián)焊縫拐角處，由于轉(zhuǎn)角太小扯氯，機械手無法進行連續(xù)焊接，我們該處焊縫采用胎下人工進行焊接處理憋屑。

4.構(gòu)架機械手焊接的編程

構(gòu)架機械手焊接的編程采用示教模式進行烟内。

（1）合理利用尋蹤定位系統(tǒng)，對焊縫的起弧位置進行有效確認(rèn)汽后，如圖3所示面旋，通過對三個方向進行重復(fù)定位，重新定位焊接起弧點

圖3 尋蹤定位運動軌跡

（2）合理利用機械手外部軸與內(nèi)部軸之間的聯(lián)合協(xié)動两胃，焊做到雙槍對稱施焊吟沮，如圖4所示，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下兼顧生產(chǎn)效率专肪，首次填充層焊接單層后進行翻面對稱接刹勃，其他填充層按每次焊接2層進行。

圖4 構(gòu)架整體焊接順序

（3）由于構(gòu)架上對接焊縫設(shè)計采用了引熄弧板嚎尤，對接焊縫按正常焊接步進行焊接荔仁，其余連接焊縫均需采用回焊處理，降低焊接接頭缺陷芽死。

5.應(yīng)用情況

我們在完成機車構(gòu)架的機械手焊接工藝評定試驗及實物模擬試驗后乏梁，編制了該車型的焊接參數(shù)及規(guī)范，在通過首臺構(gòu)架疲勞試驗驗證后進行了該型機車構(gòu)架的小批量生產(chǎn)，該批構(gòu)架已投入機車運行遇骑，用戶無質(zhì)量問題反饋卖毁，說明機械手焊接工藝應(yīng)用于構(gòu)架的焊接生產(chǎn)是可行的。截止目前為止落萎，我公司在類似的國內(nèi)內(nèi)燃亥啦、電力機車的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架產(chǎn)品中，共實現(xiàn)了11種不同車型構(gòu)架的機械手焊接生產(chǎn)模暗。

6.結(jié)語

我們選擇具有典型代表的一種機車構(gòu)架進行機械手焊接工藝評定試驗及實物模擬試驗禁悠，通過試驗獲得了合理的焊接參數(shù)及規(guī)范。其后進行首臺驗證及小批量生產(chǎn)沽票，表明焊接機械手能滿足機車構(gòu)架的焊接生產(chǎn)撤筐，工藝可靠，為后期類似的結(jié)構(gòu)進行機械手焊接工藝的編制及實施提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗憋考，同時也為后期機車構(gòu)架實現(xiàn)智能制造進行一定的探索午伍。

（電焊工友聯(lián)盟 文：邱友勝，歐陽爾卓, 林元）

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