焊接監(jiān)測技術(shù)在軌道客車焊接中的應(yīng)用

吳稚鑫

摘要：焊接監(jiān)測技術(shù)是基于以上特定需求所開發(fā)的一種對焊接設(shè)備作業(yè)過程進(jìn)行顯示、記錄和處理的監(jiān)測技術(shù)，它能夠?qū)附庸に噮?shù)范圍進(jìn)行限定，以實現(xiàn)焊接規(guī)范作業(yè)，能夠?qū)附幼鳂I(yè)的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)記錄形成作業(yè)過程數(shù)據(jù)，以對焊接作業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)附舆^程中出現(xiàn)的設(shè)備故障進(jìn)行記錄和分析，確定故障類型以便于快速確定故障性質(zhì)和解決故障問題。通過后期的人工處理，還能發(fā)揮焊接質(zhì)量控制、成本控制、焊接生產(chǎn)節(jié)拍控制等多種潛力。

關(guān)鍵詞：焊接監(jiān)測技術(shù);軌道客車;應(yīng)用

1焊接監(jiān)測技術(shù)的基本功能及應(yīng)用

雖然各種類型焊接監(jiān)測系統(tǒng)的功能不盡相同，但是一般都具備焊接過程監(jiān)測、焊接信息管理、焊接數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計分析等基本功能。中車唐山機車車輛有限公司通過引入應(yīng)用德國HKS焊接監(jiān)測系統(tǒng)，并進(jìn)行了使用功能延伸，在焊接質(zhì)量控制、焊接生產(chǎn)管理、焊接定額管理等管理中發(fā)揮了較好的作用，收到了較好的效果。

1.1焊接信息管理功能及應(yīng)用

通過在焊接設(shè)備上安裝焊接監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)將記錄下所有的焊接過程參數(shù)（焊接電流、電弧電壓、送絲速度及焊接時間），以及相關(guān)的產(chǎn)品信息（產(chǎn)品、批次、操作者、焊縫編號、焊接的日期及時間等）。所有的數(shù)據(jù)都存儲在數(shù)據(jù)庫里，便于日后對感興趣的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，在二次開發(fā)時提供有效的數(shù)據(jù)。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)合生產(chǎn)信息，能夠獲取大量關(guān)于焊接生產(chǎn)和焊接質(zhì)量控制的重要信息。

首先，利用焊接監(jiān)測系統(tǒng)的焊接信息檢索功能，能夠通過輸入相關(guān)的信息在大量數(shù)據(jù)中快速篩選出所需信息。如：輸入操作者名稱就會把該操作者所有的焊接信息檢索出來并集中顯示，用以查看操作者的作業(yè)記錄;輸入焊接作業(yè)日期能夠?qū)?臺焊接設(shè)備在一段時間內(nèi)的作業(yè)情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，有利于掌握焊接設(shè)備應(yīng)用程度;輸入某一工件的編號，能夠統(tǒng)計出焊接這一工件所需的焊接時間。

另外，利用焊接監(jiān)測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地統(tǒng)計焊接工時定額。以往只是對產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，材料及工時消耗的情況進(jìn)行粗略地評估，通過系統(tǒng)對生產(chǎn)過程中的材料消耗及工時作精確統(tǒng)計可以幫助管理人員真實、準(zhǔn)確地對產(chǎn)品成本進(jìn)行核算（產(chǎn)品消耗焊絲數(shù)量、消耗電能以及工時情況等），并幫助管理人員在物流安排及生產(chǎn)安排上更加實際，實現(xiàn)精益生產(chǎn)。還可以通過系統(tǒng)的統(tǒng)計功能，可以對生產(chǎn)的產(chǎn)品情況、操作者生產(chǎn)的情況以及產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行有效的統(tǒng)計，便于了解一段時間內(nèi)某種產(chǎn)品的生產(chǎn)情況、質(zhì)量情況及操作者的生產(chǎn)情況。

從焊接質(zhì)量控制的角度，焊接監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)λ械暮附由a(chǎn)信息及焊接數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，包括操作者的姓名或工號、產(chǎn)品名稱及相關(guān)信息、焊接作業(yè)時間、焊接過程中的真實焊接工藝參數(shù)等作業(yè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄、統(tǒng)計，實現(xiàn)完整的產(chǎn)品可追溯性功能

1.2焊接過程監(jiān)測功能及應(yīng)用

通過對影響焊接質(zhì)量的焊接電流、電弧電壓等參數(shù)進(jìn)行實際測試，并確定焊接工藝參數(shù)的允許公差范圍，對每個焊縫都可以有針對性地建立工藝專家?guī)臁＠纾诙鄬佣嗟篮傅倪^程中對打底、填充及蓋面焊的工藝要求是不一樣的，在焊接過程監(jiān)測時，可以調(diào)用焊縫對應(yīng)的工藝要求對焊接過程進(jìn)行監(jiān)測焊接，監(jiān)測系統(tǒng)可以在規(guī)定的采樣頻率（10Hz或25Hz）下，對焊接作業(yè)的過程進(jìn)行實時監(jiān)測，并結(jié)合前期對該焊縫的設(shè)定參數(shù)范圍對焊接過程進(jìn)行整體評價，給出質(zhì)量系數(shù)，如系數(shù)小于3為合格。這對于驗證焊接工藝制訂的合理性、保證焊接工藝規(guī)范（WPS）的有效落實，都具有重要的數(shù)據(jù)參考價值。

如果焊接過程中產(chǎn)生異常問題，如焊絲管堵塞、焊絲送絲機出現(xiàn)故障、焊接坡口和組對間隙發(fā)生明顯變化，都會影響送絲速度而影響焊縫表面成形，焊接監(jiān)測系統(tǒng)都會以報警燈亮起、報警聲響起等方式進(jìn)行實時報警并記錄，提示焊接人員及時處理，從而避免過多焊接缺陷的產(chǎn)生，保證焊縫的質(zhì)量。

還可根據(jù)前期對焊縫的定義進(jìn)行分析、評定，并給質(zhì)量分?jǐn)?shù)，對有問題或有問題趨勢的焊接及時報警。通過運用焊接過程監(jiān)測功能，能夠掌握整個焊接過程焊接工藝參數(shù)的穩(wěn)定情況，以協(xié)助分析焊接過程中可能出現(xiàn)坡口異常以及焊接缺陷問題。

通過網(wǎng)絡(luò)連接，能夠?qū)囬g現(xiàn)場主機、現(xiàn)場監(jiān)控室服務(wù)器和辦公室PC進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，辦公室人員可以隨時通過辦公室電腦對焊接生產(chǎn)的情況、質(zhì)量的情況及過程參數(shù)進(jìn)行查看，并對感興趣的數(shù)據(jù)進(jìn)行打印，這樣，更方便管理者及技術(shù)人員對焊接生產(chǎn)更有效地監(jiān)督、管理。通過操作辦公室電腦，能夠操控焊接車間的監(jiān)控設(shè)備，無須再進(jìn)入焊接現(xiàn)場監(jiān)控室進(jìn)行操作。

2焊接監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用實例

現(xiàn)以某型客車轉(zhuǎn)向架橫梁為例，運用焊接監(jiān)測系統(tǒng)對焊接過程進(jìn)行了監(jiān)測，篩選了一條橫梁的焊接數(shù)據(jù)。通過分析統(tǒng)計信息，得出了表1中的焊接數(shù)據(jù)。

從焊接質(zhì)量評估角度分析，并通過分析焊接參數(shù)，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)焊縫的焊接工藝參數(shù)均偏小。從表1可見，從對焊接工藝參數(shù)的監(jiān)測上看，該橫梁總共焊接6道焊縫，平均焊接電流為241.39A，而焊接工藝文件中規(guī)定的焊接電流范圍是250～280A，表明焊接工藝文件規(guī)定的電流范圍偏高。因此將文件中規(guī)定的焊接電流范圍調(diào)整為230～260A。平均電弧電壓為27.96V，工藝文件中規(guī)定的電弧電壓范圍是27～31V，表明工藝文件規(guī)定的電弧電壓范圍內(nèi)合理。送絲速度的實際監(jiān)測值為8.88m/min，工藝文件規(guī)定送絲速度范圍是8～10m/min，規(guī)定合理。從而通過焊接監(jiān)測系統(tǒng)記錄統(tǒng)計的參數(shù)驗證了焊接工藝文件的合理性，并有效指導(dǎo)了工藝文件的完善修改。

從焊絲統(tǒng)計信息來看，焊接1條橫梁實際消耗焊絲自身質(zhì)量為2.51kg，考慮到焊絲損耗情況，1條橫梁給出3kg的消耗定額即能滿足生產(chǎn)需求，而之前給出的焊絲定額為每條橫梁3.5kg，表明之前給出的焊絲定額過高，通過修改焊絲定額至每條橫梁3kg，每條橫梁焊絲定額減少0.5kg，以生產(chǎn)100輛車轉(zhuǎn)向架計算，能夠節(jié)省焊絲定額200kg。

從對焊接作業(yè)時間的統(tǒng)計來看，1條橫梁的純焊（6道焊縫的焊接起停弧時間差累加）時間為31.34min，而擬訂的生產(chǎn)節(jié)拍為60min，焊接時間占比僅53%，表明焊接輔助時間過長。通過實地分析，發(fā)現(xiàn)工件裝卡和調(diào)用程序的時間達(dá)到15min，操作者對于橫梁焊接前的操作步驟不夠緊湊，通過細(xì)化焊接作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)一步明確了焊接操作步驟，縮短了焊接作業(yè)時間，將生產(chǎn)節(jié)拍縮短至50min，提高了焊接生產(chǎn)的效率。

結(jié)束語：

通過大量的試驗統(tǒng)計結(jié)果得出：工藝參數(shù)和焊接順序是影響焊接質(zhì)量的主要因素，影響程度占85.35%。因此，焊接工藝過程的監(jiān)控是控制好轉(zhuǎn)向架焊接質(zhì)量的重中之重。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚宗湘，張偉杰，蔣德平.焊接材料數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的開發(fā)[J].電焊機，2012，42（4）：49-50.