■ 趙衛，胡偉，劉昌盛

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近年來隨著公司的快速發展，新技術、新方法、新工藝、新材料逐步應用到生產制造中。目前公司的焊接自動化裝備正在向焊接自動化生產線和數字化焊接車間發展。焊接機器人在高速動車組、城際動車、電車機車、內燃機車及城軌等車輛的焊接應用，機器代替人工也符合機械制造的發展趨勢。綜合以上因素，提出了此次弧焊機器人鋁合金車體組焊中的推廣應用。

1. 應用現狀

（1）應用現狀 目前弧焊機器人在車體組焊臺位上只進行底架與側墻、頂蓋與側墻的4條外側的平直焊縫（見圖1、圖2），焊縫的總長還不到40m，約占臺位焊縫的10%左右。

（2）存在的問題 第一，設備的利用率問題。目前班組上的弧焊機器人每節車體的焊接只工作1.5h左右，其余時間設備都閑置在班組，按每節車24h的制造周期，弧焊機器人只占1/16左右，設備利用率存在嚴重不足。

第二，弧焊機器人焊縫比例低的問題。鋁合金車體制造是公司2004年從西門子維也納SJP工廠引進的，目前車體組焊臺位的機器人焊接應用有近13年沒有提高，車體門檻與端墻上有很多長焊縫目前還是采用手工焊焊接，與公司焊接自動化和數字化的發展趨勢不相符合。

圖1 底架與側墻的自動焊

圖2 頂蓋與側墻的自動焊

第三，焊接接頭的質量問題。由于手工焊的焊接質量與焊工的技能水平、個人狀態等有關，因此造成側墻單元的焊縫質量存在不穩定性；而弧焊機器人自動焊縫，其工藝參數是經過多次工藝驗證后找出的最佳參數，在工件裝配良好的前提下，只要焊機的能正常運行，其焊接的焊縫能保證接頭質量的一致性。圖3是自動焊與手工焊的焊縫對比結果。

第四，焊后打磨量大的問題。車體組焊后，為保證車體的外觀，油漆前須對車體外側焊縫打磨平整，手工焊的焊縫余高達到3mm左右，而自動焊的焊縫一般＜2mm，減少了車體外墻打磨1/3以上的時間。

2. 弧焊機器人工藝改進

（1）車體組焊下門檻的機器人焊接應用 車體下門檻是一條平直的單道HY形平角焊縫（見圖4），機器人焊接編程非常容易，且在焊接過程中不會影響其他人的作業，其焊接參數根據手工焊參數進行適當調節。

（2）車體組焊上門檻的機器人焊接應用 車體上門檻是一條HV形全熔透的橫對接焊縫（見圖5），質量等級為CPB。由于焊接質量要求高，且采用多層多道焊接，因此在焊接過程中有一定難度，需進行多次工藝驗證，來確定合理的焊接參數后再進行焊接。

（3）車體組焊端墻的機器人焊接應用 車體組焊端墻的機器人焊接應用的難點是端墻壁的一條搭接立角焊縫（見圖6）。由于以前采用的機器人焊接大都是平焊與橫焊位置，立焊焊接位置很少應用，機器人焊接角度與工藝參數與以前有一定差異，需模擬工件進行焊接試驗，待試件合格后再進行產品的焊接。

圖3 自動焊與手工焊的焊縫對比

表1 下門檻自動焊焊接參數

圖4 車體下門檻焊縫示意

圖5 車體上門檻焊縫示意

圖6 車體端墻焊縫示意

3. 驗證過程及記錄

（1）車體組焊下門檻的自動焊驗證過程及記錄 ①選取客室門檻型材（EN AW-6005A-T6）與底架邊梁型材（EN AW-6005A-T6）進行下門檻自動焊工藝驗證試驗。②根據PWPS在車體三班IGM自動焊機上進行試樣焊接，焊接參數如表1所示。③試樣焊后取樣，進行外觀與宏觀金相檢查（見圖7），自動焊焊縫外觀與宏觀金相符合ISO 10042 鋁合金和鋁合金電弧焊接頭-缺陷質量等級中B級評判標準要求。④試板試驗后，采用驗證了焊接參數，對產品進行了焊接，驗證結果如圖8所示。

門檻是一條直線焊縫，編程容易只需要一個工作步就能完成焊接，且焊縫成形較好，自動焊焊縫外觀與宏觀金相符合ISO 10042 鋁合金和鋁合金電弧焊接頭-缺陷質量等級中B級評判標準要求。

圖7 下門檻自動焊試樣外觀與宏觀金相

圖8 下門檻自動焊產品的焊接

圖9 上門檻自動焊試樣外觀與宏觀金相

圖10 上門檻自動焊產品的焊接

圖11 端墻自動焊試樣外觀與宏觀金相

表2 上門檻自動焊焊接參數

表3 端墻試樣自動焊焊接參數

（2）車體組焊上門梁的自動焊驗證過程及記錄 ①選取上門梁型材（EN AW-6005A-T6）與頂蓋邊梁型材（EN AW-6005A-T6）進行上門檻自動焊工藝驗證試驗。②根據PWPS在車體三班IGM自動焊機上進行試樣焊接，焊接參數如表2所示。③試樣焊后取樣，進行外觀與宏觀金相檢查（見圖9），自動焊焊縫外觀與宏觀金相符合ISO 10042 鋁合金和鋁合金電弧焊接頭-缺陷質量等級中B級評判標準要求。④試板試驗后，采用驗證的焊接參數，對產品進行了焊接，驗證結果如圖10所示。

（3）車體組焊端墻的自動焊驗證過程及記錄 ①每組試驗各選取300 150mm試板（EN AW 5083）兩塊，進行端墻自動焊試驗。②選取兩組焊接參數在車體一班IGM自動焊機上進行試樣焊接，焊接參數如表3所示。③試樣焊后取樣，進行外觀與宏觀金相檢查（見圖11），焊接參數2較焊接參數1熔深好，自動焊焊縫外觀與宏觀金相符合ISO 10042 鋁合金和鋁合金電弧焊接頭-缺陷質量等級中B級評判標準要求。④試板試驗后，驗證了焊接參數，考慮端墻自動焊實際情況較復雜，因此選取了一節端墻產品進行了產品工藝驗證。端墻產品第一次焊接，因焊槍角度（85°）較大，造成焊縫成形不良，調整角度為75°后焊縫成形較好，自動焊焊縫外觀與宏觀金相符合ISO 10042 鋁合金和鋁合金電弧焊接頭-缺陷質量等級中B級評判標準要求。

4. 改進前后效果對比

（1）車體門檻焊接后的改進效果 改進前門檻上有三處段焊接頭，接頭與收弧各有三處，既影響焊縫質量，也加大了臺下的打磨量；而自動從頭至尾一次焊接完成，臺下幾乎不用打磨，而且焊縫外觀成形美觀（見圖12）。

（2）車體上門梁焊接后的改進效果 上門梁采用二層三道焊接，其焊接量較大，以前采用手工焊時，由于人工操作，焊縫的外觀成形高低不平，為了保證焊縫不低于母材，其焊縫的余高較大，增加了臺下外墻的打磨時間，而自動焊焊縫既能保證焊縫的質量（可以調節焊接參數控制余高），又減少焊工的勞動強度（見圖13）。

（3）車體端墻焊接后的改進效果 車體端墻焊接手工焊時；由于焊縫較長因此接頭較多，而自動焊從頭至尾一次焊接完成，既保證了焊縫外觀質量，又減少了臺下的接頭打磨（見圖14）。

圖12 車體門檻焊接后改進的效果

圖13 車體上門梁焊接后的改進效果

圖14 車體端墻焊接后的改進效果

5. 結語

通過此次弧焊機器人在鋁合金車體組焊中的推廣應用，車體組焊的機器人焊接設備的每節車體焊接時間提高到4h以上，使弧焊機器人焊接產品的利用率高2～3倍，車體組焊的自動焊比例由6%提高到16%左右，每年節約焊接、打磨時500h以上。同時減少焊工操作中焊槍抖動等不利因素，保證焊縫的均勻穩定性，提高焊接質量，證明此次弧焊機器人鋁合金車體組焊應用的改進效果良好，并為后續其他車體組焊臺位上的弧焊機器人應用提供了借鑒作用。