擺動式自動焊接小車分析研究

薛俊偉　王德忠　王善俊

摘要：分析了側墻下部與底架側梁人工焊接造成的焊接部位油漆起鼓的原因及造成的危害，提出用擺動式自動焊接小車進行焊接作業，通過試驗及實際生產驗證，達到了很好的效果。

Abstract： This paper analyzes the reason and harm of the paint bulge in the welding part caused by the manual welding between the lower part of the side wall and the side beam of the underframe， and puts forward that the swing automatic welding trolley is used for the welding operation， which has achieved good results through the test and the actual production verification.

關鍵詞：擺動式;焊接小車;自動焊;缺陷

Key words： swing type;welding trolley;automatic welding;defects

中圖分類號：TG4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0138-04

0? 引言

時速160公里動力集中動車組是國家重大項目，屬于“復興號”自主標準動車系列，是公司的精品工程，更是今后一段時間大鐵路的主力產品。但近期160公里動車組制造過程中出現了由于人工焊接導致的側墻下邊梁焊接部位油漆起鼓的質量問題，嚴重影響了動車的運行安全。為了避免出現此類質量事故，提高底架邊梁與側墻焊縫一次試水合格率，提出用擺動式自動焊接小車進行焊接作業[1，2]，通過試驗及實際生產驗證，達到了很好的效果。

1? 原因分析及方案

時速160km動力集中型動車組車體為薄壁筒形整體承載結構，主要材質為耐候鋼，板厚≤2.5mm時采用Q310NQL2，板厚為3～6mm時采用Q345NQR2，型鋼和厚度>6mm的板材采用普通碳素鋼或低合金高強度鋼。底架側梁采用槽鋼拼焊而成，開有17～18mm的刨槽。車體總成時，側墻板與底架側梁刨槽處對接焊接后磨平。

底架邊梁與側墻焊縫焊縫長度長，每側焊縫長度約24m，一直采用人工焊接，焊接工作量極大，且焊接接頭較多。人工焊接由于人員技能水平、工作責任心等綜合因素導致焊縫存在一定的缺陷，尤其是接頭部位焊接質量存在漏水安全隱患，后期處理接頭增加了作業時間和勞動強度。通過對NDJ3型內燃動車組（京八車）、尼日利亞鐵路項目、160公里動力集中型試制項目等40輛車底架邊梁包槽與側墻下口組焊質量信息統計分析，得出如下結果，如圖1所示。

對組焊質量再進一步綜合分析，發現焊縫質量占比較大，進一步分解分析影響焊縫質量差的因素有五類，統計分析如表1所示。

通過表1可得出：側墻下口與邊梁連接處出現焊縫不良的頻率較高。從焊縫的實現方式、工裝設備、組裝工藝流程出發，對焊縫進行焊接方式優化，減少焊接接頭，提高焊縫質量，可顯著提高焊縫一次氣密性試驗的合格率。采用擺動式自動焊接小車自動焊后，可降低焊縫的缺陷率。通過查取大量文獻資料，并從可操作性、成本、穩定性等因素綜合分析后，得出擺動式自動焊接小車研制最佳方案[3，4]，如圖2所示。

2? 實施過程及驗證

擺動式自動焊接小車研制實施計劃對策如表2所示。

2.1 設定履帶長度

通過計算，得出了履帶長度：

實際案例如圖3所示，履帶長度采用活動式關節實現移動長度不低于2M。

2.2 集成電器單元

選用高質量的硅管，在電路中引入負反饋，穩定靜態工作點，實現漂移零點≤0.03Q，集成控制盒如圖4所示。

2.3 顯極同步電機

①預先設定焊槍的擺幅。

根據預先設定焊槍的擺幅士25mm，確定滑塊的有效行程為60mm，擺速為0～200cm/min，確定了焊槍高度調節機構由一個步進電機驅動的滑塊機構組成，該機構用于在高、低方向上調節焊槍，高度調節范圍為50mm，位置精度為±0.5mm。

②通過焊槍夾持機構與滑塊相連。

通過采用H62黃銅夾塊利用螺栓夾緊將焊槍固定在滑塊上，實現可調范圍在2～12mm。

采用直線軌道和T型螺桿的連接，可實現十字滑塊行程的自由調節，如圖5所示，實現有效行程達到150mm。

2.4 MAG焊

選用80%Ar+20%CO2混合氣集裝格供氣，選用合適的流量計。焊接工藝要求：氣瓶內的氣體壓力大于1 MPa，工作溫度在-30℃～55℃，工作流量在5～40L/min，插電式供電流量計。故選用CF-2503型電加熱OTC流量計，氣體流量達到14L/min。

2.5 選用送絲輪的結構型式——采用四輪式送絲機構（表3）

2.6 采用導軌式運行方式

①采用X型鋁型材。鋁型材的密度僅為2.70g/cm3，且X型的承載力可滿足500N的技術要求，故選用X型鋁型材。

②導軌采用齒條式，如圖5所示。齒條式導軌具有傳動力大，傳動速度快，定位準確，偏差度≤0.5mm，可拼接得到任意長度。

采用X型鋁型材支撐的齒條式導軌，可滿足運行直線度≤1mm的要求。

2.7 磁性吸附

增加了控制調節開關后，方便磁極的使用，在閉合狀態磁極不會吸附雜質。對于工件過程表面溫度小于55°的要求，選用N38型釹鐵硼強磁磁鐵。磁鐵吸力=體積×密度×600=5860×0.0075×600=26370g=26.37kg，滿足單個磁鐵吸附力≥25kg的要求。

2.8 模擬驗證

現場對生產160公里動力集中型項目100輛車跟蹤測量，兩側墻板七個區域（一、二、三、四位角、側門位置、一位側中部和二位側中部）14個項點共140組（980單個）數據，通過整車統計匯總，利用“Mini tab”軟件仿真分析，如圖6所示。160公里動力集中型動車組側墻下口與底架焊縫一次氣密性試驗合格率達成，并得到提高，如圖7所示。

3? 實際結果

采用擺動式自動焊焊接小車焊接焊縫成型美觀，如圖8所示;焊接接頭大大減少，焊接質量穩定。現場對生產160公里動力集中型動車組項目實物驗證和調閱100輛車車體邊梁焊縫試水狀態確認表，如表4所示，實測焊縫滲漏處為平均每車4處，且后續打磨工作量降低，打磨效率提升50%。160公里動力集中型動車組側墻下口與底架焊縫滿足檢驗標準。

4? 結論

通過以上實施及驗證，采用擺動式自動焊焊接小車進行焊接，不僅焊縫外觀美觀，焊縫質量極大地提高，完全滿足焊接要求;同時已將試驗中采用的行之有效的經驗和方案納入了組裝作業指導書和焊接工藝規范等技術工藝文件中，并長期貫徹執行。

參考文獻：

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[2]鄭國云.移動機器人角焊縫軌跡跟蹤仿真及智能控制系統[C].南昌大學碩士論文，2005.

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