焊接機器人在側架支撐座焊接中的應用分析

吳傳利，郝君，李強，朱相磊

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安271000）

1 引言

轉向架由多個重要部件組成，其中包括交叉桿裝置，它的存在促進了抗菱剛度的增強，而支撐座又是組成交叉桿的受力點，一般情況下通過焊接連接支撐座與側架，在車輛正常運行下，焊縫需要承受的動載荷較大，因此，這就對焊接的質量提出了更高的要求。實行機器人焊接，如果不按照要求應用焊接機器人，焊接過程中將會出現偏焊、氣孔、咬邊等現象，應結合焊接機器人的特點，對焊接程序進行合理編制，以確保焊接質量。

2 IGM 焊接機器人系統及焊接特點

2.1 焊接機器人系統

主要由焊接設備、控制系統、外部軸、機器人本體和軌道軸組成焊接機器人，如圖1 所示。

軌道軸主要包括Z、Y、X軸，它的作用是讓機器人順著Z、Y、X做直線運動；機器人本體是六軸聯動的機器人，且具有柔性，不僅能實現六軸聯動的直線運動，也可以做單軸運動，同時，焊槍還能順著圓點在空間位置內做任意轉動[1]。在各種運動方式的應用下，機器人逐步實現對焊槍姿態的調整以及對焊接動作的完成；垂向旋轉與水平旋轉是外部軸的運動方式，外部軸的作用是與機器人運動相配以及調整工件位置；計算機組合形成了控制系統，該系統與人的大腦有異曲同工之處，主要通過發出指令，達到操控機器人的目的，讓機器人自動調整參數、完成各項任務。產品的焊接質量在很大程度上取決于焊接電源是否完好，特別是對機器人的焊接，IGM 公司大多采用Fronius TPS 系列焊接機作為焊接電源進行機器人焊接，該系列焊接為逆變電源，具有智能化、數字化的特點。

圖1 IGM 焊接機器人示意

2.2 焊接特點

焊接特點主要包括：

1）焊接質量穩定。在對不規則或長焊縫進行焊接時，利用手工焊焊接很難連續不斷弧，如果焊槍不斷抖動，最后也很難成形，這種方式較容易被環境和人為因素所影響。而利用機器人進行焊接，則不容易受到外界因素的影響，在對批量產品實施焊接時，因運動姿態與參數具有一致性，這也就確保了機器人焊接質量的穩定。

2）焊接位置最佳。利用機器人實施焊接時，機器人外部軸和本體進行聯動，以此將工件安放在方便后期操作的位置上，在工件位置和焊槍角度相互配合下，呈現出最佳狀態。

3）焊接效率高。利用機器人進行焊接效率較高。焊接工作能夠持續不斷的開展，這樣不僅能避免消耗更多的工時，且能夠輸出較大熱量，加快焊接速度，縮短焊接時間；因最后成形的焊縫較好，也極大地減少了焊后清理工作[2]。

3 K6 側架支撐座焊接結構

在左支撐座、保持環、右支撐座以及側架等部件的組合下，最終形成了K6 側架。Q235 鍛造件作為支撐座，B+鋼鑄造件作為側架。左右2 種支撐座組合安裝在側架的安裝面上，由此和側架形成了4 條焊縫。該焊縫為T 型，由一圓弧段和兩直線段組成，從圖2 可以看到，焊縫位置不處在同一平面上[3]。

圖2 K6 側架組成示意

4 K6 側架支撐座焊接程序編制

4.1 焊接質量要求

焊縫的縫腳約8mm，焊接質量與GB 47014—2011《焊接規程》要求相符，完成焊接24h 后，再將磁粉懸浮在載液中進行磁粉探傷[4]。

4.2 焊接程序編制分析

將側架垂直向上進行擺放，這種方式下焊縫位置將不處在同一平面上，焊接過程中容易出現上坡焊或下坡焊的情況，進而造成焊縫難以成形、溶合不良、溶深淺等現象。如果將側架按水平方向進行擺放，焊縫位置將處在同一平面上，平角焊由此形成，但焊接過程中也容易出現焊縫凸起、咬邊、偏焊等現象[5]。而借助外部軸和機器人所具備的聯動功能，采用工件的坐標系，將支撐座與側架的焊縫轉動到船型位置，然后進行焊接，這樣呈現出的焊接接頭是平滑美觀的。

組裝好支撐座的K6 側架后，因裝配誤差和工件誤差的產生，可能會導致焊縫的實際位置與示教的編程步點出現一定偏差，這樣在實施焊接時，焊縫就很難按照當初的軌跡完成焊接。通過IGM 機器人所具備的電弧傳感以及噴嘴傳感功能，可以對焊接位置可以實現過程跟蹤和精確定位。

兩支撐座與K6 側架組合而成后，4 條T 型的焊縫也由此形成，在焊接順序編制過程中，在考慮焊接質量的同時，也要考慮到焊接效率。B+鋼鑄造件作為K6 側架，Q235 鍛造件作為支撐座，因母材的強度偏高，帶有一定淬硬性，編程過程中，可以實施2 條焊縫、1 個支撐座的連續焊縫，這樣有利于緩慢冷卻、避免急熱，從而降低淬硬性。

4.3 焊接程序步點設置

利用機器人進行焊接時，通過尋找組對起始位置進行明確。在編程過程中，要求必須輸入工作步點、運動模式和焊接參數等。焊接時，焊縫的過程跟蹤主要根據電弧擺動來實現的，以保障機器人與焊接方向保持一致。

4.4 機器人姿態控制

在焊接過程中，機器人本體主要維持著六軸聯動的運動方式。機器人的各個關節都圍繞著一定范圍運動，運動期間為了防止機器人發生限位，編程過程中要加強對軸參變化的監控，以確保手臂姿態能夠隨意舒展，這也有利于焊槍在焊接期間進行角度變化。

焊接質量會受到多種因素的影響，包括焊接過程中焊槍的角度。除了要選擇正確的焊接參數，也要保證焊槍角度的精確度。焊接K6 側架時，工件與焊槍之間的夾角應維持在約45毅，焊絲與焊縫中心相對，以防止出現偏焊情況。另外，工件與焊槍之間的傾角應維持在80毅～90毅，一旦焊槍的傾斜度過大，熔化鐵液就很容易被電弧吹力往焊縫前方推動，這種情況下焊接根部自然就很難熔合。

5 結語

綜上所述，利用機器人對側架支撐座實施焊接，焊接機器人所具備的效率高、質量穩定以及焊縫位置佳的優勢得到了充分發揮，確保了側架焊接質量的穩定，焊接接頭平滑美觀，探傷達到了100%的合格率，使轉向架更加可靠。