半自動(dòng)焊接工裝在翼箱焊接中的應(yīng)用

劉建銳，何維國(guó)，孟顯利

（柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

翼箱是裝載機(jī)前車架的主要部件（見(jiàn)圖1），翼箱生產(chǎn)效率的高低，直接影響前車架的拼搭。為提高翼箱焊接效率，滿足前車架拼搭需求，自行設(shè)計(jì)了半自動(dòng)焊接工裝，翼箱背縫、圓搭子與加強(qiáng)板的焊縫，實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)焊，縮短了翼箱焊接時(shí)間，提高了焊接品質(zhì)。

圖1 翼箱部件圖

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

翼箱由內(nèi)外側(cè)板、后板、搭子、加強(qiáng)板和支撐板組成，是一個(gè)箱型結(jié)構(gòu)。主要的焊縫如圖2 所示。

圖2 翼箱結(jié)構(gòu)主要焊縫圖

其中，翼箱背縫是兩條最主要的焊縫，且焊縫平行，平焊時(shí)有一個(gè)上坡焊和一個(gè)下坡焊，只要解決這兩個(gè)位置的焊接，則很容易實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)焊接；搭子與加強(qiáng)板可以焊接后作為翼箱的部件，且焊縫為規(guī)則的圓形，容易實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)焊接；其他焊縫在翼箱內(nèi)側(cè)，而且焊縫不規(guī)則，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)焊很困難。

2 翼箱背縫半自動(dòng)焊接工裝

2.1 工裝的組成

翼箱背縫半自動(dòng)焊接工裝如圖3 所示。

圖3 翼箱背縫半自動(dòng)焊接工裝照片

該工裝由焊接小車、支撐架和隨動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。焊接小車可以購(gòu)買(mǎi)，支撐架也比較簡(jiǎn)單，只要能夠支撐翼箱使之平穩(wěn)就可以。翼箱背縫為兩條平行的焊縫，因此需要安裝雙焊槍同時(shí)焊接，提高焊接效率。因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)翼箱背縫上的上坡和下坡焊，因此隨動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是此工裝的難點(diǎn)，焊槍必須要能夠隨著焊縫抬起或者降低。

我們是采用在安裝焊槍的機(jī)構(gòu)內(nèi)加裝壓縮彈簧的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的（如圖4）。

圖4 加裝壓縮彈簧示意圖

而且在上坡和下坡的部位，各安裝了2個(gè)調(diào)速限位塊，用以控制焊接速度，實(shí)現(xiàn)了上坡和下坡焊接過(guò)程。

2.2 工裝特點(diǎn)

該半自動(dòng)焊接工裝具有如下特點(diǎn)：

（1）焊接小車輕巧，方便，人工即可隨意搬動(dòng)；

（2）體積小，占地少；

（3）該工裝工作前，調(diào)節(jié)好焊接的相關(guān)參數(shù)，通過(guò)小車帶動(dòng)雙焊槍，能同時(shí)焊接兩條平行焊縫，焊接品質(zhì)好，焊縫美觀；

（4）工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，相比人工焊接，工作輕松；

（5）焊槍的位置、角度等參數(shù)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)支架來(lái)調(diào)整。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

翼箱半自動(dòng)焊接采用的是MAG 焊，應(yīng)用（80%Ar+20%CO2）混合氣體作為保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊。由于MAG 焊熔滴過(guò)渡均勻和穩(wěn)定，所以焊縫成形均勻、美觀。MAG 焊的綜合機(jī)械性能好[1]。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 半自動(dòng)焊接工裝焊接參數(shù)表

3 圓搭子半自動(dòng)焊接工裝

3.1 工裝的組成

翼箱搭子與補(bǔ)強(qiáng)板的半自動(dòng)焊接工裝如圖5。

圖5 翼箱搭子與補(bǔ)強(qiáng)板的半自動(dòng)焊接工裝

工裝的設(shè)計(jì)主要由以下部分組成：

（1）傳動(dòng)部分。由電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)V 帶傳動(dòng)，第一次減速到減速器，再經(jīng)過(guò)減速器錐齒輪減速輸出到減速器軸，再通過(guò)鍵連接，將運(yùn)動(dòng)傳遞到工件裝載旋轉(zhuǎn)軸（圖紙中命名為軸承軸）。

此處關(guān)鍵的是軸承軸與軸承套的設(shè)計(jì)。因?yàn)橛休S承支撐，必須考慮軸承的裝配、預(yù)緊力、運(yùn)動(dòng)時(shí)的周向受力與徑向受力、潤(rùn)滑與密封[2]。

其一，從裝配方面來(lái)看，軸應(yīng)該設(shè)計(jì)為兩端向中間裝配或者向同一個(gè)方向裝配，此處選擇的是兩個(gè)圓錐滾子軸承背靠背裝配，空轉(zhuǎn)時(shí)該軸不受軸承徑向力和周向力，裝工件旋轉(zhuǎn)時(shí)只受軸承周向力（工件和軸的自重除外）；

其二，軸承的預(yù)緊，采用的是軸上的螺母預(yù)緊；

其三，運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力，將工件傳來(lái)的徑向壓力傳遞到了整個(gè)設(shè)備的外殼上，使得該軸只受周向的旋轉(zhuǎn)力；

其四，潤(rùn)滑與密封，采用的是氈圈密封，潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。雖然設(shè)計(jì)時(shí)考慮了潤(rùn)滑與密封，但從目前的情況來(lái)看，該軸運(yùn)轉(zhuǎn)的速度非常慢，不需要很高的要求。

上述這4個(gè)方面，是從該軸的功能要求考慮如何設(shè)計(jì)的，還有工藝方面的要求，主要是鍵槽設(shè)計(jì)時(shí)考慮如何對(duì)刀。

一般有兩種方法做到順利對(duì)刀：一是當(dāng)軸受力不大時(shí)在鍵槽末端開(kāi)槽；二是在鍵槽末端鉆孔，切鉆孔的直徑應(yīng)該大于鍵槽的寬度。表2 是傳動(dòng)部分各零件的型號(hào)。

表2 傳動(dòng)部分各零件型號(hào)表

（2）結(jié)構(gòu)部分。結(jié)構(gòu)部分是整個(gè)設(shè)備的基礎(chǔ)部分。分由3個(gè)部分組成：電動(dòng)機(jī)與減速器的連接以及整體的框架部分；焊槍的參數(shù)調(diào)節(jié)支架；支架的與整體框架的連接部分。

其一，整體框架部分考慮到主要是電動(dòng)機(jī)與減速器的中心距，從而涉及到整體布局的問(wèn)題；另外要考慮中心距的可調(diào)節(jié)，方便裝配和使用后的張緊，這里做了一個(gè)長(zhǎng)形孔的設(shè)計(jì)解決這一問(wèn)題。

其二，焊槍的參數(shù)調(diào)節(jié)支架，采用的是半自動(dòng)氣割的支架，為外購(gòu)件。該外購(gòu)件能滿足焊接時(shí)3個(gè)空間參數(shù)的調(diào)節(jié)。

其三，支架與整體框架的連接，此處考慮的問(wèn)題，是焊接時(shí)工件與支架等各部分的干涉問(wèn)題。

（3）控制部分?？刂撇糠种饕遣捎脮r(shí)間繼電器，做到焊接完成后自動(dòng)停止。最先是考慮用行程開(kāi)關(guān)，但用行程開(kāi)關(guān)有兩個(gè)問(wèn)題無(wú)法解決：一是焊接收尾時(shí)無(wú)法超過(guò)焊接的接頭；二是每次焊接開(kāi)始時(shí)，不可能剛好調(diào)節(jié)到行程開(kāi)關(guān)的開(kāi)始位置，即使能調(diào)節(jié)那也是非常繁瑣。

控制電路如圖6。

圖6 控制電路圖

控制電路的各元件型號(hào)如表3 所列。

表3 控制電路元件型號(hào)表

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

經(jīng)多次試驗(yàn)，最后確定的焊接參數(shù)、電機(jī)速度和時(shí)間參數(shù)如表4 所列。

表4 半自動(dòng)焊接工裝焊接參數(shù)

工件要求：外表面不能有銹、油、氧化皮和其他雜質(zhì)。

4 實(shí)施效果

50 C 型裝載機(jī)翼箱背面焊縫長(zhǎng)1 100 mm，根據(jù)表1 的焊接速度，可以算出焊接一個(gè)翼箱背面焊縫需要的時(shí)間為

1 100/400+1 100/330=6.08 (min)。

比機(jī)械手焊接翼箱背面焊縫20 min ，縮短了13.9 min，大大提高了焊接效率。

由表4 的數(shù)據(jù)可知：60 mm 的圓搭焊接時(shí)間為124 s，每個(gè)翼箱有兩個(gè)60 mm 的圓搭，焊接時(shí)間為124×2 = 248 s，75 mm 的圓搭焊接時(shí)間為184 s，每個(gè)翼箱有兩個(gè)75 mm 的圓搭，焊接時(shí)間為184×2=368 s。

每個(gè)翼箱4個(gè)圓搭的焊接總時(shí)間為

248+368=616 s ≈10.3 min，

比工人手工焊翼箱圓搭的平均時(shí)間25 min，縮短了14.7 min，提高了焊接效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

翼箱半自動(dòng)焊接工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，使用方便，且可靠性好，經(jīng)過(guò)1年時(shí)間應(yīng)用，焊接品質(zhì)穩(wěn)定，焊接效率比原來(lái)手工焊接提高了24.8%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該工裝適用于厚板長(zhǎng)直焊縫和圓形焊縫的焊接，在諸多結(jié)構(gòu)件中均可推廣應(yīng)用。

[1]邱葭菲，蔡郴英.CO2焊、MAG 焊焊接對(duì)比試驗(yàn)及其在工程機(jī)械制造中的應(yīng)用[J].熱加工工藝，2006，（1）：11.

[2]李世軍，王曉明. 網(wǎng)架桿件專用半自動(dòng)焊接機(jī)床的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].機(jī)床與液壓，2004，(3)：72-73.