地鐵橫梁組成機器人焊接焊縫余高控制

宋學毅++樊亞斌++李蕊++安博++劉國田

摘 要：凹型焊縫具有消耗焊材少、應力集中低等優點，但實際操作中很難直接焊接出凹型焊縫，通常要進行修磨才能達到圓滑過渡的效果。該文在分析余高產生原因的基礎上，通過調整焊接位置、焊槍角度、擺動方式等參數，將焊縫余高控制在了0.5 mm以內，避免了打磨過量造成性能下降，提高了產品質量和生產效率。

關鍵詞：凹型焊縫 焊接位置 擺動方式 焊接參數

中圖分類號：U26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（a）-0074-02

近年來，隨著國內軌道交通的迅速普及與推廣，對車輛轉向架焊接提出了更高的要求。地鐵的橫梁組成設計中為了防止應力集中導致的疲勞斷裂，許多焊縫都要求圓滑過渡。以在廈門地鐵橫梁組成為例，縱向梁與橫梁管之間的焊縫、齒輪箱吊座與橫梁之間的焊縫等均要求圓滑過渡。但在實際操作中很難直接焊接出凹型焊縫，通常要進行修磨才能達到圓滑過渡的技術要求。

針對生產中遇到的圓滑過渡焊縫要靠焊后修磨才能得到的問題，著手研究如何使用IGM機械手在自動化焊接中焊出優質的凹型焊縫。通過對焊縫的成凹型需求分析以及凹型焊縫的焊接難點分析，經多次模擬試焊，嘗試新的焊接位置、擺動方式、焊接工藝參數和焊槍角度，最終將焊縫余高控制在了0.5 mm以內。

1 工件結構描述

橫梁組成的結構是由2個橫梁鋼管、縱向梁、電機吊座、齒輪箱吊座組成構成的“#”字形閉合結構。在橫梁組成中電機吊座、縱向梁、齒輪箱吊座與橫梁管連接的直焊縫采用自動化焊接，電機吊座、齒輪箱吊座與橫梁管的環焊縫采用自動化焊接，其余焊縫采用半自動化焊接。

2 焊縫余高的危害

焊縫余高造成的不利影響具體表現為：加大焊接材料的消耗，增加人工修磨成本；增加防腐成本，降低防腐質量；增大了焊趾處的應力集中，易誘發疲勞斷裂，造成行車安全隱患。

3 解決辦法

3.1 焊接位置的改變

焊接位置是影響焊縫成型的另外一個重要因素，以電機吊座與橫梁管的直焊縫為例，首先將工件轉到船型位置，再調整外部軸使工件沿焊縫方向抬起一定角度。具體焊接位置如圖1所示。

3.2 焊槍角度的調整

行走角：焊槍與行走方向的角度。

工作角：焊槍與焊縫垂直方向的夾角。

焊槍的角度對焊縫成型影響較大。保護氣將電弧吹向焊槍傾斜方向的反方向，同時將熔池向焊槍傾斜方向的反方向吹。通過試焊，決定將焊槍的工作角調整為90°，行走角調整為50°，有效利用保護氣向熔池前方吹的原理，避免溶出金屬液體還沒有向前流動就冷卻了形成焊縫余高。

3.3 擺動方式的改變

擺動是一種焊接時的運條方法，全位置擺動焊接過程中，焊炬擺動到不同位置，熔池液態金屬受力對焊縫成形所起的作用亦不相同。

首先，分析現有平焊擺動方式中重力對焊縫成型的影響：平焊擺動焊接過程中，熔池液態金屬下淌力F1=mg，平焊擺動對熔池液態金屬下淌的重力F并無直接影響。熔池寬度和長度在其形成初期增長迅速，隨后增長速度放慢，當熔池達到宏觀準穩態后，則不再發生變化。

其次，分析加斜擺方式焊接時重力對焊縫成型的影響：設熔池液態金屬下淌的力為F2，則F2=mg-f2。斜擺角越大，熔池液態金屬下淌的分力越小。

綜上所述，加擺動后熔池液態金屬下淌的力F2<傳統的平焊方式熔池液態金屬下淌的力F1。

將平焊擺動改進成斜角擺動，具體操作和對比如圖2和圖3所示，并在兩側時加0.1 s的停頓時間，防止液態金屬下流。

3.4 焊接參數的變化

焊縫成型與焊接參數有十分密切的關聯，通過對原始參數焊接完成的焊縫成型進行觀察，并不斷創新嘗試新的焊接參數：

（1）適當增加電流：電流與焊縫的熔深成正比，增加電流，可保證焊縫的熔深和熔合質量。

（2）增加焊接速度：減少單層焊接的填充量，避免產生過高的余高。電弧直接作用于母材，提高焊接速度，單位長度焊縫上向母材過渡的熱能減少，則母材的熔化是先增加后減少。其原因是高速焊時熔化的金屬不足以填充電弧所熔化的路徑和熔池表面張力的作用下而向焊縫中心聚集的結果。當焊接速度更高時，還會產生駝峰焊道，這是因為液體金屬熔池較長而發生失穩的結果。

（3）蓋面層增加電壓：電壓與焊縫成型的寬度成正比，在蓋面層增加適當的電壓，在一定程度上控制余高。

（4）開啟“脈沖焊接”方式：帶來的優點是焊接飛濺少，焊縫成型美觀。

原始焊接參數與改進后焊接參數對比見表1。

4 結語

針對地鐵橫梁組成中焊縫余高控制的操作難點，通過調整焊接位置、改變擺動方式，以及工藝參數，最終成功地將焊縫余高控制在了0～0.5，減少焊縫打磨余高3 mm，減少約2.5 h/輛車打磨時間，并且節省了3.754 kg/輛車的焊絲，減少了橫梁組成的打磨量，節約了生產成本，提高了生產效率，為其余結構自動焊接凹型焊縫提供了借鑒和參考價值。

參考文獻

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