構(gòu)架機(jī)器人自動(dòng)焊氣孔缺陷分析及解決方案

張永杰 張福瑞

(1.青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司 山東 青島 266111；2.山東省萊陽市農(nóng)機(jī)監(jiān)理大隊(duì) 山東 煙臺(tái) 265200)

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構(gòu)架機(jī)器人自動(dòng)焊氣孔缺陷分析及解決方案

張永杰1張福瑞2

(1.青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司 山東 青島 266111；2.山東省萊陽市農(nóng)機(jī)監(jiān)理大隊(duì) 山東 煙臺(tái) 265200)

CRH1A-250型高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要焊縫都是采用機(jī)器人焊接工作站完成。在前期試驗(yàn)及生產(chǎn)中，出現(xiàn)了多例氣孔缺陷，文中研究了氣孔缺陷產(chǎn)生的原因，并提出了解決方案。

機(jī)器人自動(dòng)焊；氣孔缺陷；解決方案

CRH1A-250型高速列車轉(zhuǎn)向架是龐巴迪集團(tuán)為中國高速鐵路設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向架，基于機(jī)器人自動(dòng)焊接優(yōu)點(diǎn)[1]，該轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上的主焊縫都采用了機(jī)器人自動(dòng)焊接。在前期試驗(yàn)及生產(chǎn)中，通過無損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，氣孔缺陷的發(fā)生頻率很高，出現(xiàn)氣孔缺陷后需要消耗大量的人力物力進(jìn)行返修，同時(shí)也降低了自動(dòng)焊的生產(chǎn)效率，所以必須找到氣孔缺陷產(chǎn)生的原因并加以解決。

1 機(jī)器人自動(dòng)焊接氣孔缺陷

CRH1A-250型高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主焊縫采用奧地利生產(chǎn)的IGM焊接機(jī)器人配合L型變位機(jī)組成的工作站進(jìn)行焊接(見圖1)，在前期的試驗(yàn)及生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)如圖2所示的氣孔缺陷。

圖1 機(jī)器人焊接工作站

圖2 氣孔缺陷

2 氣孔原因分析及解決方案

根據(jù)氣孔在焊縫上的位置，氣孔缺陷通常分為3類：起弧氣孔、整條焊縫出現(xiàn)氣孔及不定位置的偶發(fā)氣孔。

2.1 起弧氣孔

起弧氣孔的典型特點(diǎn)是在起弧處產(chǎn)生氣孔(見圖3)，經(jīng)過一段時(shí)間后氣孔消失。

圖3 起弧氣孔

原因分析：(1) 開機(jī)后焊接第1條焊縫時(shí)保護(hù)氣體管路中存在空氣等其他雜質(zhì)；(2)機(jī)器人在撞槍后水冷噴嘴漏水，外部很難看到，起弧焊接時(shí)水汽進(jìn)入熔池產(chǎn)生氣孔，經(jīng)過一段時(shí)間焊接后，水汽被高溫蒸發(fā)，焊縫不再產(chǎn)生氣孔缺陷；(3)起弧時(shí)焊槍姿態(tài)不佳造成保護(hù)氣體作用不良，未起到有效保護(hù)熔池的作用。

解決措施：(1) 機(jī)器人開機(jī)后在焊接前打開焊機(jī)預(yù)送氣功能，同時(shí)增加延遲起弧功能，焊接第1條焊縫時(shí)，機(jī)器人控制延遲起弧2 s，而焊機(jī)預(yù)送氣也設(shè)置為2 s，在2 s內(nèi)氣體管路中的空氣等雜質(zhì)被吹除，起弧氣孔缺陷消失；(2)機(jī)器人在撞槍后，正式焊接工件前先在試板上進(jìn)行試焊，以去除焊槍中殘存的水汽；(3)調(diào)整起弧處焊槍姿態(tài)，保證保護(hù)氣體發(fā)揮作用。

2.2 整條焊縫氣孔

整條焊縫氣孔的特點(diǎn)是焊縫從起弧至收弧存在氣孔缺陷，且氣孔較密(見圖4)。

圖4 焊縫氣孔

原因分析：(1)機(jī)器人焊槍噴嘴由于飛濺發(fā)生堵塞，造成保護(hù)氣體出口不暢，易使得整條焊縫產(chǎn)生氣孔；(2)氣體不純，由于機(jī)器人焊接效率高，需要使用管路氣體，而非常規(guī)瓶裝氣體，若氣體管路中存在雜質(zhì)或者存在漏氣現(xiàn)象，則容易出現(xiàn)整條焊縫氣孔缺陷；(3)機(jī)器人焊槍密封不良導(dǎo)致水冷焊槍漏水，由于機(jī)器人焊接電流大，焊接暫載率高，需要使用水冷焊槍，水冷焊槍與機(jī)器人連接軸處采用密封圈密封，若密封處漏水，則整條焊縫肯定出現(xiàn)氣孔缺陷。

解決措施：(1)針對(duì)機(jī)器人焊槍噴嘴易被堵塞的問題，增加機(jī)器人焊槍自動(dòng)清槍裝置，在焊接程序中增加定時(shí)自動(dòng)清槍功能，有效解決了噴嘴堵塞導(dǎo)致的氣孔缺陷；(2)針對(duì)氣體不純導(dǎo)致的氣孔，在管路中氣體進(jìn)入機(jī)器人之前，增加氣體過濾設(shè)備，以保護(hù)氣體純度，同時(shí)定期對(duì)氣體管路進(jìn)行清理，可消除由此導(dǎo)致的氣孔缺陷；(3)針對(duì)漏水原因?qū)е碌臍饪?，設(shè)備部門根據(jù)統(tǒng)計(jì)情況編制機(jī)器人密封件定期維修更換計(jì)劃，以防止由于漏水導(dǎo)致的氣孔缺陷。

2.3 不定位置的偶發(fā)氣孔

不定位置的偶發(fā)氣孔的特點(diǎn)是氣孔不一定發(fā)生在什么位置，但氣孔產(chǎn)生的規(guī)律相同(見圖5)，即剛開始出現(xiàn)幾個(gè)氣孔，隨著焊接的進(jìn)行，氣孔產(chǎn)生的數(shù)量越來越多，到最后出現(xiàn)簇狀氣孔后，后面的焊縫又恢復(fù)至正常無氣孔狀態(tài)。

圖5 偶發(fā)氣孔

原因分析：偶發(fā)氣孔產(chǎn)生的主要原因是機(jī)器人噴嘴發(fā)生輕微堵塞，導(dǎo)致保護(hù)氣體流出不暢，堵塞處的飛濺經(jīng)過一小段時(shí)間后從噴嘴內(nèi)壁脫落，隨即氣孔缺陷消失。

解決措施：增加清槍程序運(yùn)行頻次以保證機(jī)器人焊槍噴嘴不被堵塞。

3 解決方案的應(yīng)用

在青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司CRH1A-250型高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的制造過程中，采取上述措施后，構(gòu)架機(jī)器人自動(dòng)焊接出現(xiàn)氣孔的頻率降低了很多,大大降低了操作者進(jìn)行返修的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)又提高了工作效率，保證了焊接質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。

[1] 趙希龍.焊接機(jī)器人在機(jī)車鋼結(jié)構(gòu)焊接生產(chǎn)中的應(yīng)用性分析[J]. 科技風(fēng), 2013(19): 83-84.□

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)04-0032-02

2015-08-02

張永杰(1976-),男，碩士研究生學(xué)歷,高級(jí)工程師，從事高速列車制造技術(shù)研究。

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