焊接機(jī)械手在地鐵轉(zhuǎn)向架制造中的應(yīng)用

任建

摘要 我國(guó)城市軌道發(fā)展迅速，也在不斷擴(kuò)大地鐵網(wǎng)絡(luò)。轉(zhuǎn)向架作為地鐵中極為重要的一個(gè)組件，如果出現(xiàn)問題將直接影響地鐵正常行駛，發(fā)生安全事故。轉(zhuǎn)向架的焊接主要采用焊接機(jī)械手來完成，焊接機(jī)械手能在高溫、有毒等惡劣環(huán)境下作業(yè)，極大地提高了轉(zhuǎn)向架加工制造的水平和質(zhì)量。本文主要介紹焊接機(jī)械手在地鐵轉(zhuǎn)向架制造中的具體應(yīng)用，總結(jié)出其應(yīng)用在地鐵轉(zhuǎn)向架制造中的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵字：焊接機(jī)械手；地鐵制造；轉(zhuǎn)向架焊接

1.地鐵發(fā)展及焊接機(jī)械手概述

我國(guó)人口數(shù)量眾多，人口超過100萬的城市近數(shù)百個(gè)，作為世界地鐵的最大市場(chǎng)，我國(guó)地鐵制造業(yè)也發(fā)展迅速，并且前景廣闊。地鐵十分重要的一個(gè)組件是轉(zhuǎn)向架，因?yàn)榈罔F要穩(wěn)速前進(jìn)、停止、轉(zhuǎn)彎，操作頻繁，如果轉(zhuǎn)向架質(zhì)量不夠好，將直接導(dǎo)致地鐵運(yùn)行出現(xiàn)事故。目前，地鐵轉(zhuǎn)向架的焊接主要采用焊接機(jī)械手。機(jī)械手主要運(yùn)用于高溫、危險(xiǎn)、高溫的作業(yè)環(huán)境中，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，機(jī)械手廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療、搬運(yùn)、卸料等行業(yè)中，由于運(yùn)動(dòng)靈活、操作方便，在各行各業(yè)中運(yùn)用更加廣泛。焊接是裝備制造業(yè)中最常見的一項(xiàng)作業(yè)，焊接機(jī)械手可在煙霧較多和火花飛濺的環(huán)境中正常工作，并且能高效的完成焊接作業(yè)，在地鐵轉(zhuǎn)向架的制造過程中應(yīng)用效果良好。

2.焊接機(jī)械手在地鐵轉(zhuǎn)向架中的具體應(yīng)用

2.1 轉(zhuǎn)向架組成

轉(zhuǎn)向架主要有側(cè)梁、橫梁、構(gòu)架、電動(dòng)機(jī)吊架等工作部件焊接而成。轉(zhuǎn)向架的主要材料是16MnR、Q345、Q235等低合金鋼，由于轉(zhuǎn)向架由眾多部件焊接而成，其各部分所用到的焊接工藝也不同。轉(zhuǎn)向架的焊縫較多，鋼板材料較厚，達(dá)到8mm以上的鋼板，其焊接工藝主要用多層多道焊接。轉(zhuǎn)向架中側(cè)梁外部的部分采用的是焊接機(jī)械手，部分小弧焊和環(huán)形焊縫采用的是小型自動(dòng)焊接機(jī)械手，剩下較難或者細(xì)微的部分依靠技術(shù)較高的焊工進(jìn)行焊接。

2.2 焊接工藝流程

（1）焊前準(zhǔn)備

焊接機(jī)械手工作前，要檢查轉(zhuǎn)向架側(cè)梁上的焊縫是否在20mm的范圍內(nèi)打磨光滑；焊縫位置是否干凈、無碎渣、無油污等；還要檢查焊接機(jī)械手的程序設(shè)定，其設(shè)定的工藝參數(shù)是否符合此次焊接作業(yè)，同時(shí)檢查其啟動(dòng)是否正常。

（2）焊接參數(shù)

轉(zhuǎn)向架中側(cè)梁的焊接采用的是IGM焊接機(jī)械手焊接側(cè)梁的打底層、填充層和蓋面層，側(cè)梁的材料是Q345R，其焊縫為10HY+a4的T型接頭，主要焊接側(cè)梁內(nèi)外板、上下蓋之間的四條焊縫。焊接的方法是采用熔化極活性氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體用富氬混合氣體。

2.3 焊接機(jī)械手解決的問題

側(cè)梁在焊接過程中容易出現(xiàn)的最大的問題是，焊接發(fā)生變形，實(shí)際生產(chǎn)過程中，構(gòu)架側(cè)梁焊接后經(jīng)常出現(xiàn)扭曲變形的情況，造成后期和其他組件無法正常裝配，影響正常的整機(jī)裝配。側(cè)梁發(fā)生扭曲的主要原因是，側(cè)梁焊接時(shí)采用的多層多道焊接，在焊接時(shí)不容易控制層間溫度，從而導(dǎo)致側(cè)梁受高溫而變形。而采用焊接機(jī)械手，則可以避免此類問題的發(fā)生。焊接機(jī)械手根據(jù)設(shè)定的編程，及自身安裝多個(gè)溫度傳感器，以檢測(cè)焊接過程中的溫度，從而對(duì)焊接時(shí)焊弧溫度進(jìn)行調(diào)整控制。

人工焊接由于焊工技術(shù)水平不一，出現(xiàn)焊接不夠精準(zhǔn)的問題，影響焊接部件的性能。焊接機(jī)械手有追蹤定位的功能，主要采用的是光學(xué)傳感器和電弧傳感器，可定位跟蹤電弧，以確定其行程正確，保證焊接的精度。

2.4 焊后處理

側(cè)梁焊接完成后，對(duì)高溫焊接的位置可進(jìn)行捶打，保證其硬度；對(duì)焊接機(jī)械手焊接過得地方，人工進(jìn)行檢查，對(duì)于邊角處可進(jìn)行打磨；檢查側(cè)梁的彎曲度，保證彎曲度在合理的范圍之內(nèi)；對(duì)焊縫進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的焊縫質(zhì)量檢測(cè)。

3.焊接機(jī)械手在地鐵轉(zhuǎn)向架制造中的優(yōu)點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)地鐵轉(zhuǎn)向架制造中用到的焊接主要采用焊接機(jī)械手，其性能穩(wěn)定，焊接質(zhì)量較高。轉(zhuǎn)向架在地鐵行駛過程中，承受較大的外力，轉(zhuǎn)向架的焊接質(zhì)量是十分重要。傳統(tǒng)的人工焊接，容易出現(xiàn)焊接不精準(zhǔn)和不均勻的問題，機(jī)械焊接則可以有效解決這個(gè)問題。隨著自動(dòng)化時(shí)代的到來，越來越多的機(jī)械手技術(shù)也走進(jìn)各行各業(yè)，焊接機(jī)械也逐漸走向智能化的方向，其中激光焊機(jī)和攪拌摩擦焊機(jī)能高質(zhì)量的焊接厚度較小的材料。其中IGM焊接機(jī)械手操作穩(wěn)定，同時(shí)機(jī)械手內(nèi)安裝有電弧傳感器，是根據(jù)焊接時(shí)兩焊接擺動(dòng)點(diǎn)之間的瞬時(shí)電流差及時(shí)進(jìn)行軌跡修正，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際跟蹤焊接的功能。焊接后，觀察焊接處可知，通過IGM焊接機(jī)械手焊接后，無宏觀裂紋、層間未熔合和夾渣等缺陷。焊接機(jī)械手在地鐵轉(zhuǎn)向架制造中具體發(fā)揮的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）提高生產(chǎn)效率：焊接速度快，焊縫成型好，焊后處理時(shí)間減少，提高了整個(gè)部件組裝的效率；

（2）焊接質(zhì)量穩(wěn)定：在焊接側(cè)梁的長(zhǎng)焊縫和不規(guī)則焊縫時(shí)，焊接機(jī)械手可以按照程序設(shè)定完成各項(xiàng)要求，焊接過程中焊接工藝參數(shù)設(shè)定后，可使每次焊接運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一致，在批量生產(chǎn)中焊接質(zhì)量更加穩(wěn)定，且具有一致性；

（3）改善工人的勞動(dòng)條件：人工焊接時(shí)，容易受到弧光的灼傷和煙霧的悶嗆，機(jī)械焊接則可以有效的避免人工操作時(shí)面臨的惡劣的環(huán)境。

4.結(jié)論

通過上文的分析，可知，焊接機(jī)械手在地鐵轉(zhuǎn)向架的側(cè)梁焊接中發(fā)揮著重要的作用，其焊接技術(shù)效率高、位置準(zhǔn)確、質(zhì)量高，轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接質(zhì)量良好，轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量也有所保證，最終將直接提高地鐵制造的質(zhì)量。在使用焊接機(jī)械手過程中，工藝符合安全生產(chǎn)的條例，并且運(yùn)用智能化跟蹤監(jiān)控，還可以進(jìn)行焊接模擬，在地鐵轉(zhuǎn)向架中制造中應(yīng)用較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范樂天. 使用IGM焊接機(jī)械手樣板焊縫功能的可行性研究[J]. 電焊機(jī)， 2013， 43（11）： 113，143.

[2] 張東輝. 焊接機(jī)器人在貨車轉(zhuǎn)向架上的應(yīng)用[J]. 汽車與軌道交通， 2013， （20）： 55-57.

[3] 劉志平. 地鐵車轉(zhuǎn)向架焊接工藝[J]. 焊接技術(shù)，2011， 40（8）： 38-39.

[4] 呂超榮. 焊接機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)的研究[J]. 辦公自動(dòng)化， 2015， （294）： 51-52.