機車變壓器梁部件自動焊設備優化提升

張克新，李 凌，何清和

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

1 概述

機車變壓器梁部件自動焊設備(以下簡稱T型梁機器人)為單工位焊接機器人(見圖1)，主要用于變壓器梁的T型梁焊接。T型梁自動焊工裝(見圖2)由1個底座、1個龍門和5套壓緊裝置組成。其中單個壓緊裝置就有25 kg，員工操作不方便；T型梁經自動焊后焊接變形大，與手工焊相比調修時間增加1倍。目前機車T型梁仍為手工焊，因此擬采用現有T型梁機器人使T型梁實現自動焊批量生產。

圖1 T型梁機器人

圖2 T型梁自動焊工裝

T型梁自動焊作業時間為2 h/件，按照每天1節車體節拍計算，需要焊接2件T型梁，機器人作業時長僅4 h/d；用于T型梁裝夾、拆卸和焊后冷卻等待時間需要1 h/件。因此，機器人實際作業時間更短。如果T型梁機器人僅焊接T型梁，設備利用率只有50%。因此，須對T型梁機器人進行優化提升。

2 變壓器梁結構

機車變壓器梁結構(見圖3)主要由2個T型梁、2個箱型梁和1個中心縱梁組成。為了控制變壓器梁的焊接變形，提高組焊精度，T型梁和箱型梁需要提前單獨組焊。

圖3 變壓器梁結構

主要車型的變壓器梁部件尺寸見表1。T型梁最大長度為3 170 mm，箱型梁最大長度為3 070 mm，比最大尺寸的T型梁小100 mm。因此，如果使用T型梁機器人焊接箱型梁，長度滿足要求，頭尾架不需要移動。

表1 變壓器梁部件尺寸

3 自動焊設備優化

3.1 T型梁自動焊臺位改造

3.1.1 工裝改造

為了實現T型梁自動焊，從成本考慮，在原T型梁自動焊工裝的基礎上進行改造，改造后的效果如圖4所示。在充分考慮焊接變形和工裝夾緊力的情況下，對工裝進行以下優化。

圖4 T型梁自動焊工裝(改造后)

將5套壓緊裝置優化為3套，并且對壓緊裝置結構進行輕量化設計，保留從2個方向壓緊T型梁的功能(見圖5)，改造后的每套壓緊裝置僅17 kg。

圖5 壓緊裝置結構(改造后)

在龍門組成上設置3組反變形條，對T型梁立板的旁彎進行反變形控制；在底座上設置2組反變形條，對T型梁立板的立彎進行反變形控制。

3.1.2 自動焊編程與焊接

對T型梁進行編程與焊接(見圖6)，焊接后的工件(見圖7)旁彎5.5 mm，立彎1 mm；手工焊的T型梁旁彎7.5 mm，立彎2.5 mm。經過對T型梁的旁彎和立彎施加反變形，相比手工焊的工件，旁彎減小2 mm，立彎減小1.5 mm，焊接效果顯著，極大地減小了工件調修量。

圖6 T型梁自動化焊接

圖7 焊接后的T型梁

3.2 設備雙工位改造

為了提高設備利用率，在T型梁自動焊臺位的基礎上，對T型梁機器人進行雙工位改造，將2個工位設置在一個整體平臺上，效果如圖8所示。

圖8 T型梁機器人(改造后)

3.2.1 箱型梁自動焊工裝設計

箱型梁自動焊工裝的設計和裝夾方案如圖9所示。該工裝采用壓緊裝置對箱型梁兩端壓緊，單側用定位塊實現準確定位；壓緊裝置位置可調節，使其可適應和諧型和復興動車等典型車型箱型梁的焊接。工裝實物如圖10所示。

圖9 箱型梁自動焊工裝設計方案

圖10 箱型梁自動焊工裝實物

3.2.2 自動焊編程與焊接

用工作試件進行相關工藝評定，其宏觀金相如圖11所示，焊縫根部熔合良好，焊接質量好。

圖11 箱型梁試件宏觀金相

對和諧型機車箱型梁進行自動焊編程與調試，焊接效果如圖12所示，除了焊接接頭以外，其余焊縫成型美觀，外觀一致性好。編程調試完成后，對工件進行編程與焊接，將焊接后的工件進行磁粉探傷，結果如圖13所示，焊縫無氣孔、裂紋等缺陷，焊接質量良好。

圖12 焊接后的箱型梁

圖13 探傷后的箱型梁

4 結語

相比手工焊，自動化焊接優勢明顯，機車車體實現自動焊的部件也越來越多[1-5]。T型梁機器人經雙工位改造后，實現了機車變壓器梁部件T型梁和箱型梁的自動焊，使該機器人能夠實現多產品焊接，設備使用率提高100%以上；在T型梁裝夾、卸載和焊接冷卻等待時，可對箱型梁進行焊接，減少了等待時間，提高了員工工作效率。