鐵路客車制造中焊接機(jī)械手的應(yīng)用研究

孫大森

摘 要：焊接機(jī)械手在鐵路客車制造中廣泛應(yīng)用，不僅保證了焊接質(zhì)量，而且提高了焊接效率，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。文章介紹了無(wú)外圍裝置的焊接機(jī)械手和添加變位機(jī)和傳感器的焊接機(jī)械手在客車制造上的應(yīng)用，分析了相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)，并從應(yīng)用對(duì)象、工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備配置、工序質(zhì)量、人員素質(zhì)等方面研究了焊接機(jī)械手應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：鐵路客車制造；焊接機(jī)械手；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）08-0055-02

作為一種自動(dòng)焊接技術(shù)，焊接機(jī)械手在歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中的應(yīng)用十分廣泛，與手工焊和其他焊機(jī)相比可以獲得更為穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和更快的工作效率。我國(guó)鐵路客車制造中引入焊接機(jī)械手是在九五期間，提升了客車制造的質(zhì)量和效率，獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。焊接機(jī)械手的應(yīng)用是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工業(yè)工程，與其他相關(guān)工業(yè)的技術(shù)水平的關(guān)系比較密切，因此焊接機(jī)械手的應(yīng)用也經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的發(fā)展過(guò)程。本文就鐵路客車制造中焊接機(jī)械手的應(yīng)用情況、存在的問(wèn)題和對(duì)策進(jìn)行探討。

1 鐵路客車制造中焊接機(jī)械手的應(yīng)用

鐵路客車制造中常用的焊接機(jī)械手有下面兩種類型，一是無(wú)外圍裝置的焊接機(jī)械手，二是添加變位機(jī)和傳感器設(shè)備的焊接機(jī)械手，下面進(jìn)行具體探討。

1.1 無(wú)外圍裝置的焊接機(jī)械手的應(yīng)用

無(wú)外圍裝置的焊接機(jī)械手就是標(biāo)準(zhǔn)的焊接機(jī)械手本體，其不包含任何變位機(jī)和傳感器系統(tǒng)，通常有6軸機(jī)械手，該系統(tǒng)適合焊接長(zhǎng)度在1.2 m以下的需要較大焊接量的機(jī)車部件，鐵路客車轉(zhuǎn)向架的橫梁具有方形的幾何結(jié)構(gòu)，有4道焊縫，板材厚度在16 mm，每個(gè)焊縫的長(zhǎng)度大約1.1 m，具有V字形狀的坡口，需要焊接3層，因此所需要的焊接量非常大，在其焊接中配合使用焊接變位機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)與機(jī)械手的協(xié)同工作，這樣可以以最小的投資實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)架衡量的自動(dòng)焊接工作。

1.2 添加變位機(jī)和傳感器設(shè)備的焊接機(jī)械手的應(yīng)用

1.2.1 龍門配頭尾架變位器的焊接機(jī)械手的應(yīng)用

該機(jī)械手的結(jié)構(gòu)為龍門架上懸掛標(biāo)準(zhǔn)的焊接機(jī)械手，龍門支持機(jī)械手可以在其上移動(dòng)6 m左右，龍門下面是一個(gè)可以調(diào)節(jié)行程的頭尾架變位器，同時(shí)配置有電弧傳感器、接觸傳感器、自動(dòng)清理焊槍的外圍配置等，該機(jī)械手多用于客車構(gòu)架直側(cè)梁的焊接，直側(cè)梁厚度為16 mm，長(zhǎng)度約4 m左右，每道焊縫的長(zhǎng)度為4 m，焊接層為3層，這種較大的焊接量為機(jī)械手的使用提供了空間，也顯示了機(jī)械手使用的優(yōu)越性。

1.2.2 龍門配框架式雙軸變位機(jī)的焊接機(jī)械手的應(yīng)用

客車準(zhǔn)高速構(gòu)架側(cè)梁焊縫是曲線與直線的組合，而要保證機(jī)械手焊接的質(zhì)量，所有的焊縫應(yīng)該在水平位置進(jìn)行焊接，如果使用單軸變位器進(jìn)行焊接，就必須在曲線位置實(shí)施立焊，否則不能保證焊接的質(zhì)量。因此對(duì)于這樣的客車準(zhǔn)高速構(gòu)架側(cè)梁，應(yīng)該采取框架式變位機(jī)和龍門機(jī)構(gòu)相配合，使焊接機(jī)械手和焊接工件實(shí)現(xiàn)協(xié)同移動(dòng)，從而保證焊縫在水平位置進(jìn)行焊接，為了確保焊接作業(yè)以一定的速度效率進(jìn)行，使用效率比單絲焊高一倍的雙絲焊進(jìn)行焊接。

1.2.3 配置L型雙軸變位器的懸臂式焊接機(jī)械手的應(yīng)用

動(dòng)車側(cè)梁、客車構(gòu)架的搖枕等工件的焊縫是一個(gè)閉環(huán)式的焊縫，如果使用頭尾架或框架式的焊接變位機(jī)，就會(huì)在卡具夾持部分形成一個(gè)焊接盲區(qū)，這種情況下使用L型雙軸變位器，以工件中心空位進(jìn)行夾緊固定，就可以實(shí)現(xiàn)水平焊接，由于焊接工件的長(zhǎng)度在3米左右，因此使用L型雙軸變位器的懸臂式焊接機(jī)械手對(duì)工件進(jìn)行焊接時(shí)，必須將工件兩端鎖死。

1.2.4 配置懸臂式行走機(jī)構(gòu)焊接機(jī)械手的應(yīng)用

鐵路客車的車頂需要2條25 m長(zhǎng)縱橫焊縫和28條3 m長(zhǎng)的環(huán)焊縫，因此需要的焊接量很大，使用手工方式對(duì)車頂腰橫縫進(jìn)行焊接時(shí)，其質(zhì)量很難保證，為此需要使用在一個(gè)懸臂式行走機(jī)構(gòu)上懸掛2個(gè)焊接機(jī)械手，懸臂可以在地面上前后移動(dòng)30 m的距離，懸臂上的2個(gè)焊接機(jī)械手就可以自動(dòng)地完成車頂所有的縱橫焊縫的焊接，使用激光傳感器對(duì)焊縫進(jìn)行跟蹤，這樣可以很好的保證焊接質(zhì)量。

1.2.5 鋁合金客車部件焊接機(jī)械手的應(yīng)用

鋁合金客車的牽引梁、枕梁等工件中引入了焊接機(jī)械手進(jìn)行焊接，設(shè)備的基本組成為一個(gè)懸臂式焊接機(jī)械手固定在長(zhǎng)度為10米的軌道上并且可以移動(dòng)行走，在軌道和焊接機(jī)械手的下方搭建焊接平臺(tái)，鋁合金工件使用氣動(dòng)卡具固定在平臺(tái)上，配備激光傳感器的機(jī)械手負(fù)責(zé)對(duì)鋁合金工件進(jìn)行焊接，這樣可以獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量和可觀的焊接速度。

2 鐵路客車制造中焊接機(jī)械手應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

作為一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)工程，焊接機(jī)械手的順利應(yīng)用要求在應(yīng)用對(duì)象、工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備配置、工序質(zhì)量、人員素質(zhì)等方面做好必要的配置和配備，這樣才能保證工件焊接的質(zhì)量、速度和效益。下面進(jìn)行具體分析。

2.1 應(yīng)用對(duì)象

焊接機(jī)械手適合焊接工作量大、輔助時(shí)間較短的工件的焊接，或者使用手工焊接或其他焊接方法無(wú)法保證焊接質(zhì)量的工件的焊接，這樣才能突顯使用焊接機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)。如果焊接對(duì)象所需的焊接量較小、輔助時(shí)間較長(zhǎng)，特別是一些具有復(fù)雜幾何構(gòu)型、傳感器使用困難的工件，這時(shí)使用焊接機(jī)械手進(jìn)行焊接可能會(huì)比手工進(jìn)行焊接更慢，這時(shí)就不應(yīng)該選擇使用焊接機(jī)械手，因此焊接機(jī)械手的應(yīng)用對(duì)象選擇上一定要注意工件的焊接量大小和輔助時(shí)間長(zhǎng)短，同時(shí)應(yīng)該確保使用焊接機(jī)械手可以完成對(duì)工件的全部焊接工作。要提高焊接機(jī)械手的工作適應(yīng)性和柔性，機(jī)械手上的卡具安裝更換應(yīng)該保持一定的靈活性，以便可以為不同結(jié)構(gòu)形式的工件進(jìn)行焊接。

2.2 工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要使用焊接機(jī)械手進(jìn)行焊接，應(yīng)該在工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)給機(jī)械手的焊接作業(yè)留出充足的空間，這是因?yàn)樵趯?shí)際的焊接作業(yè)中，更換焊槍或更改機(jī)械手焊槍設(shè)計(jì)要比優(yōu)化工件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)困難。使用機(jī)械手焊接時(shí)，電弧跟蹤傳感器對(duì)角接焊縫和V型坡口比較有效，而對(duì)打底焊縫和J型坡口封面焊縫的跟蹤要差一些，所以在工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該盡量采用V型坡口角接焊縫。

2.3 設(shè)備配置

使用焊接機(jī)械手焊劑比較厚的板材時(shí)，一般使用電弧傳感器和接觸傳感器，接觸傳感器多用于焊接初始點(diǎn)的尋找，電弧傳感器多用于焊接過(guò)程中焊縫的跟蹤，接觸傳感器使用過(guò)程中容易收到工件表面油污、底漆等的影響而導(dǎo)致焊接初始點(diǎn)尋找困難或不準(zhǔn)確，所以在焊接機(jī)械手使用過(guò)程中，焊接初始點(diǎn)的位置應(yīng)該事先予以準(zhǔn)確定位，或者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就預(yù)留出弧點(diǎn)距離，使用電弧傳感器進(jìn)行跟蹤。

2.4 工序質(zhì)量

焊接機(jī)械手使用中要處理好工件的組對(duì)質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際情況靈活使用，要重點(diǎn)保證起弧處的組對(duì)質(zhì)量和定位，對(duì)于特別的焊接位置進(jìn)行特殊處理，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整焊接程序，人工參與介入改變機(jī)械手自動(dòng)化運(yùn)行的模式，這在整體工業(yè)化水平不配套的情況下是十分有用的使用方法。

2.5 人員素質(zhì)

焊接機(jī)械手在大部件的焊接中很難完全采用國(guó)外的模式，不可避免地要求焊接操作者靈活地使用焊接程序，因此焊接作業(yè)者的技能和素質(zhì)要求也就相應(yīng)的提高了，因此不但需要精通焊接工藝，還要學(xué)會(huì)機(jī)械手編程，并對(duì)焊接機(jī)械手的操作進(jìn)行全程現(xiàn)場(chǎng)跟蹤。

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