軌道車輛不銹鋼波紋板自動縫焊工藝開發(fā)分析

萬岳雄，王傳剛

南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266111

在不銹鋼車體的軌道車輛中，車頂?shù)挠昧鲜且环N用于裝飾的波紋板材料，其應(yīng)用于車頂形成了分段搭接的通長薄壁結(jié)構(gòu)。在波紋板的應(yīng)用中，一般會采用焊接的形式處理車輛與板料的連接，而通常采用的焊接形式是電弧焊接和手工焊接，由于這兩種焊接形式的效率不高，工藝性又較差，所以在進(jìn)行焊接的控制過程中，很容易造成燒穿、塌陷等嚴(yán)重的現(xiàn)象，這也就為焊后的修補(bǔ)工作帶來了很大的麻煩，再加之焊后所形成的波浪變形也會很大程度上對后續(xù)的裝配工作造成了大的影響。為了解決波紋板焊接過程中遇到的這些問題，提高工后成品的尺寸精度和外觀質(zhì)量，避免因電弧焊接的應(yīng)用而形成的焊縫成形差和焊接變形大的質(zhì)量問題的發(fā)生，達(dá)到工序裝配的各項要求，在該結(jié)構(gòu)的焊接中，已逐步形成了一種較為有效地焊接工藝，即電阻焊工藝。該工藝的焊接熱輸入量比較的小，自動化程度又較高，因此在波紋板的焊接中，形成了很好的焊接效果。與此同時，車體此處的結(jié)構(gòu)焊縫是一種密封外露的焊縫，依據(jù)TB/T1580規(guī)定，必須在焊后進(jìn)行澆水試漏試驗。所以，對于該車體結(jié)構(gòu)的連接，可以稱其為永久密封形式的電阻縫焊工藝。

在電阻縫焊工藝的具體實(shí)現(xiàn)中，為了達(dá)到波紋板的自動化焊接，通常會在原有設(shè)備的基礎(chǔ)之上，將固定結(jié)構(gòu)的縫焊機(jī)改制成為擁有移動形式的縫焊機(jī)。再通過現(xiàn)車生產(chǎn)、現(xiàn)場工作試件、焊接工藝試驗等工藝試驗的完善，經(jīng)過改造后的縫焊機(jī)在很大程度上能夠滿足波紋板的自動焊接，其不僅有效地節(jié)約了工藝的投資，提高了施工現(xiàn)場的利用率，還使不銹鋼波紋板焊接的自動化得到了很大的實(shí)現(xiàn)。

1 對于設(shè)備改造的論證

固定式縫焊機(jī)是從國外引進(jìn)的一種焊接設(shè)備，但對于結(jié)構(gòu)長、大的工件而言，要實(shí)現(xiàn)焊接的的自動化，是比較困難的。因此，就必須對原有的設(shè)備進(jìn)行改造。而現(xiàn)有的改造方案有兩種：1）固定式設(shè)備改造成為移動式設(shè)備，并次用驅(qū)動、導(dǎo)向系統(tǒng)對整個焊接過程進(jìn)行控制，其工件是固定的；2）在原有固定式設(shè)備的基礎(chǔ)上，只對設(shè)備焊接的連續(xù)能力進(jìn)行了提升，其工件是移動式的。如果在設(shè)備的改造中，采取第一種改造方案，將傳統(tǒng)的設(shè)備改造為移動式的縫焊機(jī)，并對固定式的配套工裝進(jìn)行增加，以此實(shí)現(xiàn)電阻縫焊的自動焊接，其不僅能夠節(jié)約資源，還能利于焊接的穩(wěn)定。而如果采取第二種方案，就無需對原有設(shè)備進(jìn)行大的改良，但在進(jìn)行長、大工件的焊接中，效果就不夠明顯。除此以外，場地還必須滿足工件面積的兩倍，這就很大程度上降低了作業(yè)面積的利用率，增加了制作移動工裝的成本。再由于大型工裝的移動會對焊縫質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，無法滿足結(jié)構(gòu)的連續(xù)焊接，因此在實(shí)踐中，此方案的應(yīng)用使比較困難的。

2 設(shè)備的自動化改造

2.1 縫焊機(jī)的改造

傳統(tǒng)的固定式縫焊機(jī)的組成部分有加壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)等系統(tǒng)，在進(jìn)行設(shè)備的改造之前，會對固定式縫焊機(jī)進(jìn)行各個系統(tǒng)的機(jī)能試驗測試，由測試可以得知：1）焊接編程設(shè)定值和電流實(shí)際值的偏差不大于±2%，焊接過程中電流應(yīng)有較好的一致性和準(zhǔn)確性，且焊接的系統(tǒng)性能也要非常好，這樣能夠有效地滿足焊接過程中的各項要求；2）焊接的編程設(shè)定值和壓力實(shí)際值的偏差不小于±2%，電極壓力有較好的一致性和準(zhǔn)確性，且加壓系統(tǒng)的性能非常的良好；3）縫焊機(jī)在進(jìn)行改造之前，所擁有的問題有：焊接的能力不足，內(nèi)循環(huán)式是焊機(jī)冷卻系統(tǒng)采用的形式，在進(jìn)行22m的工件焊接冷卻中，沒有形成良好的焊接效果，經(jīng)常由于高溫的影響，焊接系統(tǒng)會出現(xiàn)停機(jī)的現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)通長縫焊的良好效果，在進(jìn)行設(shè)備的改造過程中，可對以下一些項目進(jìn)行參照：

1）在設(shè)備的改造中，首先要堅持不改變設(shè)備結(jié)構(gòu)的重要原則，在對設(shè)備進(jìn)行性能的提升和改良?？蓪υO(shè)備進(jìn)行隨動的供風(fēng)管路、外部冷卻系統(tǒng)、滑觸線式的受電裝置、新增縫焊機(jī)走行部的改造方式來完成設(shè)備的改良；

2）要滿足焊接自動化的作業(yè)要求，采用數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)縫焊滾輪線速度與焊接小車的行進(jìn)速度的控制，需對場地進(jìn)行通長軌道的鋪設(shè)，并應(yīng)用齒條、齒輪的傳動以及交流伺服電機(jī)驅(qū)動的方式，進(jìn)行設(shè)備的改良。此外22m導(dǎo)軌全長的重復(fù)定位精度±0.5mm，定位精度±1mm；

3）在設(shè)備的不斷使用中，縫焊滾輪會受到嚴(yán)重的磨損，其直徑會越來越小，這就使縫焊滾輪和小車行進(jìn)之間的線速度發(fā)生了較大的偏差。此時，可對焊接控制系統(tǒng)中的代碼進(jìn)行有效地改動，可實(shí)現(xiàn)兩者線速度的同步進(jìn)行，進(jìn)而保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。

4）焊縫機(jī)在進(jìn)行移動時，必須保證設(shè)備的供電良好，這就需要在工作場地中原有梁柱的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行三相滑觸線式的受電裝置的架空鋪設(shè)，這樣的布置能夠簡化設(shè)備的布線，有效地增加了臺位的面積，同時又促使了廠房空間的有效利用。

5）設(shè)備在進(jìn)行焊接的過程中，需要很強(qiáng)的冷卻能力，此時可對外部水強(qiáng)制冷卻和內(nèi)部循環(huán)冷卻的兩種冷卻方法進(jìn)行充分的結(jié)合，這樣可以提升對設(shè)備冷卻能力。這樣對于設(shè)備而言，新增的循環(huán)冷卻水裝置主要用于內(nèi)部系統(tǒng)的冷卻。在三相滑觸線的結(jié)構(gòu)上，還需進(jìn)行兩根冷卻水管的架空鋪設(shè)，以外部冷卻的形式對縫焊滾輪進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)通長焊縫的自動、連續(xù)的焊接；

6）對于設(shè)備的加壓系統(tǒng)而言，其采用的是0.5MPa的壓縮空氣，為此，可對廠房管路的風(fēng)源進(jìn)行充分的利用。在三相滑觸線的結(jié)構(gòu)上，并行架設(shè)一根可自由伸縮的壓風(fēng)管，并將其接入原有設(shè)備的壓縮系統(tǒng)中，以此促使設(shè)備在移動中的持續(xù)供風(fēng)。

此外，還可進(jìn)行一個風(fēng)包的添設(shè)，來穩(wěn)定風(fēng)壓，同時對空氣過濾裝置進(jìn)行應(yīng)用，促使壓縮空氣能夠有一定的純度，只有這樣，才能使供風(fēng)的質(zhì)量得到保證。

2.2 配套工裝的增設(shè)

對組裝通長工件時的對正調(diào)整和工裝自動避讓的功能進(jìn)行考慮，可滿足縫焊連續(xù)性和波紋板組裝的作業(yè)要求。1）將待焊波紋板的支承架設(shè)置為能夠伸縮的氣缸，當(dāng)設(shè)備通過支承架時，伸縮氣缸要提前縮回支腿，設(shè)備通過之后，伸縮氣缸在伸出支承工件。我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)這些動作，可通過對設(shè)備進(jìn)行紅外線傳感器的安裝，來實(shí)現(xiàn)支承架的伸縮；2）對設(shè)備進(jìn)行自動橫向送料裝置的配置，實(shí)現(xiàn)波紋板的定位和移動，保證兩板的裝配精度。

3 焊接工藝的試驗

依據(jù)JIS Z 3141縫焊的檢查方法，對改造設(shè)備的性能進(jìn)行確定，其具體內(nèi)容如下：1）用泄露試驗法，來進(jìn)行焊接密封性的驗證。其結(jié)果為試件的水壓要能夠滿足0.15MPa的標(biāo)準(zhǔn)要求；2）取波紋板試件中的橫向、縱向的焊縫斷面，所計算的熔透率為50%，熔寬、熔深控制在5%以內(nèi)，滿足熔透率20%～90%的指定要求；3）通過焊接工藝試驗，依據(jù)某波紋板生產(chǎn)時的焊接參數(shù)，可對實(shí)驗的各項參數(shù)進(jìn)行參照，其焊接參數(shù)如下：

焊接電流I/kA冷卻時間T/周12.74 19.90 0.7-0.8 18.00 18.00電極壓力P/kN焊接速度u/m·min-1通電時間T/周

4 工藝制定

4.1 波紋板的組裝

1）在波紋板以及工裝支架上，進(jìn)行橫向送料裝置的起動，把波紋板傳送至焊接處，并有效地進(jìn)行通長波紋板的固定，且促使波紋板的平放；2）依據(jù)縫焊原理，在由連續(xù)焊點(diǎn)重疊搭接的連續(xù)焊縫所形成的縫焊中，可對單個縫焊點(diǎn)進(jìn)行工件組對點(diǎn)固。這樣不僅有利于后續(xù)的連續(xù)縫焊，還可以降低焊接變形。通過焊接滾輪的利用，在波紋板的通長方向上，以1.2m的間隔依次進(jìn)行點(diǎn)固縫焊，其中的自動縫焊參數(shù)要與點(diǎn)固縫焊參數(shù)保持一致，并將縫焊滾輪的壓緊通電時間設(shè)定為單個焊接周期，以此促使點(diǎn)固的實(shí)現(xiàn)。

4.2 質(zhì)量的確認(rèn)試驗

對焊機(jī)性能、供電網(wǎng)壓、預(yù)設(shè)的焊接條件進(jìn)行驗證。依據(jù)波紋板的實(shí)際厚度，進(jìn)行試板的準(zhǔn)備和試件的制作，完成焊接之后，鑿子應(yīng)從側(cè)面切入，觀察焊縫的熔合。如果母材撕裂，縫焊熔合則良好。

4.3 焊縫的質(zhì)量檢測

通常波紋板焊接完成以后，要進(jìn)行試漏工作。采用膩?zhàn)訉Σy板的兩端進(jìn)行密封，同時用水充滿，30min以后觀察焊縫的滲漏現(xiàn)象。

5 結(jié)論

1）對傳統(tǒng)的固定式縫焊機(jī)進(jìn)行改造，能夠?qū)崿F(xiàn)縫焊機(jī)性能的提高和改良，改造之后的移動式設(shè)備能夠滿足波紋板的焊接要求，使焊接自動化的水平得到有效地；

2）移動式的縫焊機(jī)設(shè)備具有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，其設(shè)備的性能非常的良好，同時也提高了車體的制造水平；

3）在原有縫焊機(jī)的基礎(chǔ)上，對其設(shè)備進(jìn)行改造，可在很大程度上節(jié)省設(shè)備的投資資金，并促使經(jīng)濟(jì)效益的有效提高。

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