IGM焊接機器人箱體梁焊接質(zhì)量提升方法

樊亞斌，宋學(xué)毅中車唐山機車車輛有限公司

IGM焊接機器人箱體梁焊接質(zhì)量提升方法

樊亞斌，宋學(xué)毅
中車唐山機車車輛有限公司

針對IGM焊接機器人在進(jìn)行箱體梁焊接時經(jīng)常出現(xiàn)的未焊透、焊偏、氣孔等焊接缺陷的問題。在焊接方法上進(jìn)行調(diào)整。優(yōu)化工藝參數(shù)和焊槍角度解決未焊透的問題；使用電弧傳感功能解決焊偏問題；加強焊前對工件、設(shè)備的清理以及對周圍環(huán)境的控制解決氣孔的問題。成功的提高了IGM焊接機器人焊接箱體梁的質(zhì)量，同時提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

IGM焊接機器人；箱體梁；焊接缺陷；焊接工藝

前言

近年來，中厚板焊接機器人設(shè)備具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、降低工人勞動強度及可持續(xù)作業(yè)等優(yōu)點，已廣泛運用于橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、工程機械、鐵路車輛、風(fēng)電設(shè)備等領(lǐng)域。

軌道車輛轉(zhuǎn)向架中多為板拼結(jié)構(gòu)的箱體梁焊接，受組裝精度及焊接環(huán)境的影響，在機器人施焊過程易出現(xiàn)未焊透、焊偏、氣孔等缺陷。一旦出現(xiàn)的焊接缺陷，需人工返修，增加了生產(chǎn)成本的同時也嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文旨在通過以CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成得機器人焊接為例，詳細(xì)介紹了IGM焊接機器人箱體梁焊接過程中質(zhì)量提升的方法。以期為其它同類產(chǎn)品的自動化焊接提供借鑒。

1 CW-200K側(cè)梁組成結(jié)構(gòu)特征分析

CW—200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成由上蓋板、下蓋板、內(nèi)立板、外立板、內(nèi)腔筋板等部件構(gòu)成，圍成相對閉合的箱體結(jié)構(gòu)。

2 IGM焊接機械人介紹

本焊接工序使用IGM焊接機器人，6軸設(shè)計，每軸均為交流伺服電動機驅(qū)動。同時匹配雙聯(lián)動C型變位機，根據(jù)結(jié)構(gòu)將焊縫調(diào)整到理想的位置施焊。

焊接系統(tǒng)采用Fronius全數(shù)字逆變電源，適用MAG、MIG焊接方法；機械手采用內(nèi)置蒸餾水混合酒精的防凍液的封閉式循環(huán)系統(tǒng)；焊槍為單絲焊槍，并采用一體化水冷焊槍，水冷至導(dǎo)電桿和噴嘴。

3 焊接缺陷產(chǎn)生原因分析

焊接機械手施焊箱型結(jié)構(gòu)中厚板常見缺陷分為未融合，焊偏及氣孔。

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。多層多道焊時極易出現(xiàn)。常見原因包括焊接機器人程序數(shù)據(jù)庫中工藝參數(shù)設(shè)置合理，例如擺動寬度、兩端停頓時間等；以及焊接面未清理干凈，有油污和鐵銹。

焊偏是機器人在焊接過程中焊到焊道以外的焊接缺陷，焊縫焊偏最容易出現(xiàn)在多層多道角焊縫中。常見原因包括組對誤差以及熱輸入量特別大造成多道焊接過程中工件變形非常等。

施焊時出現(xiàn)氣孔的具體原因包括氣體流量不合理、焊接環(huán)境有風(fēng)；保護(hù)氣控制閥異常；

工件表面清理不及時等。

4 解決方法

4.1 未融合解決方法

4.1.1 焊槍角度的優(yōu)化

在焊接過程中焊槍的角度對焊縫融合有著很大的影響。焊槍與平行于焊縫方向的角度不佳，不利于焊縫根部的熔合;與垂直于焊縫方向的角度不佳，造成另一側(cè)未熔合。經(jīng)過結(jié)合外觀檢查以及金相分析，進(jìn)行側(cè)梁組成焊接時合理的焊槍角度，如圖1所示的焊槍姿態(tài)及角度焊接出焊縫的熔合度和成型都是最佳的。

圖1 焊槍姿態(tài)

圖2 焊接工藝參數(shù)

4.1.2 焊接參數(shù)的優(yōu)化

CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成外腔焊縫的焊接設(shè)備采用igm機械手。其焊接工藝參數(shù)主要包括電流、電壓、擺頻、擺高、擺寬等。通過多次的試焊進(jìn)行外觀檢查和金相檢查總結(jié)得出了CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成三次焊接的外腔焊縫的焊接參數(shù)如圖2所示。

4.2 焊偏解決方法

4.2.1 使用電弧傳感跟蹤

開啟電弧傳感跟蹤，對于有位置誤差的焊縫，對機器人的軌跡在焊接過程中進(jìn)行實時修正，通過處理焊接時電流變化的數(shù)據(jù)，機器人即能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫的精確再定位，有效的防止由于組對不夠精準(zhǔn)造成的打底層焊偏缺陷的產(chǎn)生。

4.2.2 使用單點尋找

將200k側(cè)梁每道焊縫在焊接前利用單點尋找功能設(shè)出幾個參考點，再進(jìn)行焊接。在焊接過程中每個工作步點會向就近的參考點進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出焊縫的位置的化量，從而程序中對應(yīng)部分做相應(yīng)數(shù)量的平移，這樣一來就保證了蓋面層焊接的準(zhǔn)確性。

4.3 氣孔解決方法

4.3.1 及時清理設(shè)備

先用經(jīng)過過濾的高壓風(fēng)對送絲軟管進(jìn)行吹拭，這樣做目的有兩個：防止送絲軟管堵塞，導(dǎo)致出絲不暢影響電弧的穩(wěn)定性;同時把送絲軟管中的灰塵吹凈，防止由于焊絲不凈造成的焊接缺陷。

4.3.2 對焊縫的清理

焊前坡口及附近母材的清理是焊接工序中的一個重要環(huán)節(jié)，有時從庫里進(jìn)入車間的物料由于放置時間較長，吸附了空氣中的灰塵和油污，焊接打磨不到位會造成氣孔缺陷的。具體操作方法是先用高壓風(fēng)吹去焊縫上的灰塵，然后用專用紙對焊縫進(jìn)行擦拭，最后用火燒法去除焊縫上的油污。

5 結(jié)論

針對CW-200K轉(zhuǎn)向架側(cè)梁組成機器人焊接在焊接過程中容易出現(xiàn)的未焊透、焊偏、氣孔等三類缺陷的問題，通過優(yōu)化焊槍角度和焊接參數(shù)；使用電弧傳感功能；加強焊前對設(shè)備、現(xiàn)場環(huán)境的控制，使側(cè)梁組成機器人焊接的焊接質(zhì)量得到了明顯提高。降低了側(cè)梁的返修率節(jié)約了車間的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

通過將以上改進(jìn)方法推廣到所有箱體梁的機器人焊接，使目前我公司焊接機器人焊縫一次交檢合格率達(dá)到99%，提高了工件的焊接質(zhì)量，同時也提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，提升了我公司的市場競爭力。

樊亞斌（1984-），男，技師，主要從事轉(zhuǎn)向架機器人焊接編程研究工作。