軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

張曉峰 郭立明 高國(guó)星 謝元立

摘要：隨著軌道交通業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)高鐵、動(dòng)車組、地鐵等各類軌道車輛產(chǎn)品的需求急劇增大。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外軌道客車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用自動(dòng)焊接技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，指出自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用向設(shè)備規(guī)模化、排布集中化、作用主導(dǎo)化、生產(chǎn)節(jié)拍化、管理信息化方向發(fā)展，只要能夠解決設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝水平和操作水平方面的難題，自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用和推廣將存在較大的空間。

關(guān)鍵詞：焊接機(jī)器人；軌道客車轉(zhuǎn)向架；構(gòu)架；應(yīng)用現(xiàn)狀

引言

軌道客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的生產(chǎn)，總體上呈現(xiàn)出批量大、種類多、周期緊的特點(diǎn)。一方面要大幅提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接生產(chǎn)效率，另一方面作為軌道客車重要的承載結(jié)構(gòu)，必須保證批量產(chǎn)品焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，并且逐步對(duì)構(gòu)架外觀質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，采用自動(dòng)化焊接生產(chǎn)方式成為了一種可行的途徑。對(duì)軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為進(jìn)一步提升焊接自動(dòng)化率，確保自動(dòng)化焊接質(zhì)量水平具有重要意義。

1軌道客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接結(jié)構(gòu)特征

與車體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)直焊縫多、對(duì)接焊縫多、母材壁薄、雙面焊接結(jié)構(gòu)相比，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出截然不同的特征：

（1）工件尺寸相對(duì)車體較小，長(zhǎng)直焊縫極少短焊縫居多。在構(gòu)架結(jié)構(gòu)中，一般側(cè)梁外側(cè)立板與上下蓋板的4條長(zhǎng)焊縫是最長(zhǎng)的焊縫，且沿著上下蓋板的輪廓處出現(xiàn)拐彎。由于構(gòu)架結(jié)構(gòu)中多加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)，受加強(qiáng)肋板阻隔以及部件尺寸較小原因，短焊縫數(shù)量大。在這種情況下，需要頻繁地熄弧和引弧焊接，不易實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接，不利于發(fā)揮自動(dòng)化焊接連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間、大批量焊接的優(yōu)勢(shì)。

（2）由于構(gòu)架中加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)普遍，因此焊接接頭形式以T形接頭為主，焊縫形式以角焊縫或單邊Y形+角焊縫居多。為了保證自動(dòng)焊接參數(shù)的可重復(fù)性，相比于對(duì)接焊縫，對(duì)坡口組裝間隙和焊角尺寸提出了更加嚴(yán)格的要求。另一方面肋板結(jié)構(gòu)較多，使得多處焊縫焊接可達(dá)性差，焊槍容易被阻隔而不能接近焊接位置，且由于構(gòu)架及其部件焊接位置較多，為了調(diào)整至平焊、平角焊、船形焊等最佳的位置焊接，需要頻繁變換焊接位置，這使得自動(dòng)焊接設(shè)備的編程更加復(fù)雜。

（3）構(gòu)架中以12mm以上的中厚板為主，在定位座牽引拉桿座等部件中的座塊板板厚度可達(dá)50mm，必要時(shí)須進(jìn)行預(yù)熱，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線焊接作業(yè)方式。中厚板坡口普遍采用多層多道焊接，變形相對(duì)不明顯，易于保證空間點(diǎn)的定位，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化焊接。

（4）構(gòu)架材質(zhì)以低合金鋼（如Q235，Q345）和耐候鋼（如S355）為主，且由于多為中厚板，因此焊接變形相對(duì)鋁合金車體部件焊接變化不明顯，加之焊接工裝夾具固定到位，易于保證焊接機(jī)器人作業(yè)程序中各空間點(diǎn)的位置，從而保證作業(yè)程序的通用性，實(shí)現(xiàn)批量化應(yīng)用。

2軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)工藝要求及特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析得出，采用自動(dòng)焊接方法比較適合的作業(yè)方式是：多位置變換、頻繁起?；　⒑附舆^(guò)程全自動(dòng)化。因此，自動(dòng)焊接技術(shù)的工藝要求也呈現(xiàn)出與車體迥異的特點(diǎn)。用于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接的自動(dòng)焊接設(shè)備一般要求操作靈活，能夠適應(yīng)多位置變換的要求，易于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的全自動(dòng)化，設(shè)備本身一般自帶變位機(jī)，作為自動(dòng)焊接設(shè)備的外部軸而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外軸聯(lián)動(dòng)，以達(dá)到最佳的焊接位置。

基于焊接過(guò)程的可達(dá)性和靈活性要求，自動(dòng)焊接設(shè)備一般只使用單焊槍焊接，而不采用雙焊槍；自動(dòng)焊接的導(dǎo)向方式不采用車體焊接時(shí)常用的激光跟蹤方式和導(dǎo)向桿機(jī)械跟蹤方式，而一般采用電弧跟蹤方式。為了實(shí)現(xiàn)更大的填充量，可采用單絲或雙絲焊，但是雙絲焊接應(yīng)用較少。

由于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，平直焊縫少，鋼材質(zhì)比鋁合金的導(dǎo)熱性、高溫黏性等均較差，因此一些新型的焊接方法難以實(shí)現(xiàn)，熔化焊接技術(shù)仍占據(jù)絕對(duì)的主導(dǎo)地位。

2.2軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)應(yīng)用水平

轉(zhuǎn)向架的主要焊接部件是構(gòu)架，構(gòu)架主要由側(cè)梁組成、橫梁組成、縱向梁組成以及附件等結(jié)構(gòu)組焊而成。目前，在國(guó)內(nèi)外軌道車輛生產(chǎn)企業(yè)中，自動(dòng)焊接技術(shù)在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架生產(chǎn)中的應(yīng)用水平不盡相同，但是側(cè)梁外側(cè)長(zhǎng)焊縫的焊接最為普遍，幾乎所有主要的生產(chǎn)主機(jī)廠均實(shí)現(xiàn)批量化焊接生產(chǎn)。側(cè)梁內(nèi)腔的自動(dòng)化焊接，由于受到內(nèi)腔結(jié)構(gòu)以及焊接設(shè)備和操作水平的影響，目前僅在長(zhǎng)客、四方、龐巴迪等部分企業(yè)中應(yīng)用。而對(duì)于橫梁鋼管對(duì)接結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)圓周焊縫的自動(dòng)化焊接，要求焊接過(guò)程中鋼管沿軸向旋轉(zhuǎn)，而焊槍姿勢(shì)保持固定，并保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量，屬于工藝較獨(dú)特，質(zhì)量要求高的自動(dòng)化焊接工藝，目前長(zhǎng)客公司、株電公司、唐車公司等企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接。鋼管結(jié)構(gòu)的橫梁組成的主焊縫焊接，在長(zhǎng)客公司、四方公司、唐車公司等企業(yè)，已經(jīng)率先應(yīng)用。另外，北京地鐵車輛裝備有限公司、唐車公司等企業(yè)，也在構(gòu)架組成自動(dòng)焊接方面展開了深入的研究。諸如縱向梁、制動(dòng)吊梁、定位座、電機(jī)吊座、齒輪箱吊座、牽引梁等其他部件，也根據(jù)結(jié)構(gòu)不同實(shí)現(xiàn)了不同程度的自動(dòng)化焊接。

總之，國(guó)內(nèi)外主要的軌道客車生產(chǎn)企業(yè)都比較重視自動(dòng)焊接技術(shù)在轉(zhuǎn)向架制造方面的應(yīng)用和推廣。目前，我國(guó)主要轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用的焊接機(jī)器人數(shù)量均達(dá)到30～40臺(tái)之間，形成了一定規(guī)模的自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線，焊接自動(dòng)化率已達(dá)到50%～60%，在長(zhǎng)度較長(zhǎng)的焊縫、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及質(zhì)量要求高的焊縫上已大量采用了焊接機(jī)器人焊接生產(chǎn)。

3軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：

首先，自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用逐步向設(shè)備規(guī)模化、排布集中化、作用主導(dǎo)化方向發(fā)展，根本目的是最大程度地發(fā)揮自動(dòng)化焊接的優(yōu)勢(shì)，大幅提升焊接自動(dòng)化率。比如，西門子格拉茨工廠提出了將轉(zhuǎn)向架機(jī)械手焊接比例提高到75%的目標(biāo)。

可以預(yù)料，今后轉(zhuǎn)向架的焊接將形成以自動(dòng)化焊為主導(dǎo)，手工焊為輔助的焊接生產(chǎn)格局。從而對(duì)焊接生產(chǎn)線的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃及工位設(shè)置、組焊工藝的準(zhǔn)備、手工焊工和機(jī)械手焊接操作工的比例設(shè)置等方面都提出了新的要求。

為了適應(yīng)今后精益生產(chǎn)的要求，自動(dòng)焊工序也將最大程度地滿足節(jié)拍化生產(chǎn)的要求。焊接作業(yè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程無(wú)人盯控作業(yè)，即實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的全自動(dòng)化。除此之外，自動(dòng)焊接作業(yè)的輔助工序，如物流運(yùn)輸、工件裝卡也向自動(dòng)物流、自動(dòng)裝卡方向發(fā)展。例如：南車四方機(jī)車車輛公司擁有自動(dòng)焊生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)焊接，工件裝夾、焊接、裝卸、運(yùn)輸全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；長(zhǎng)春軌道客車公司現(xiàn)有10套機(jī)械手裝備了自動(dòng)化夾具，實(shí)現(xiàn)了全部構(gòu)架梁自動(dòng)裝夾，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

信息化是自動(dòng)化焊接生產(chǎn)作業(yè)管理的發(fā)展方向。為了保證自動(dòng)化批量焊接生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)不同品牌的焊接機(jī)器人設(shè)備，均引入了焊接信息化管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)焊接機(jī)器人作業(yè)的在線監(jiān)控、作業(yè)記錄、結(jié)果統(tǒng)計(jì)、故障報(bào)告、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽瑥亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化焊接作業(yè)的全過(guò)程管控。

3.2軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)化焊接待解決的問(wèn)題

由于轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫種類繁多，存在較多的厚板長(zhǎng)焊縫、可達(dá)性不良的焊縫、變換位置的焊縫以及數(shù)量較多的附件焊縫，因此，為了提高焊接自動(dòng)化率，必須擴(kuò)展焊接機(jī)器人的應(yīng)用范圍，這就需要從設(shè)計(jì)、工藝、操作和設(shè)備不同層面上解決自動(dòng)焊接的具體問(wèn)題。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)軌道客車轉(zhuǎn)向架自動(dòng)焊接技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的分析，得出以下結(jié)論：

目前，我國(guó)主要的轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)企業(yè)都在一定程度上應(yīng)用了自動(dòng)焊接技術(shù)，形成了規(guī)模化的生產(chǎn)，自動(dòng)化焊接率達(dá)到50%～60%以上。

基于軌道客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架尺寸具有相對(duì)較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、中厚板多、焊縫可達(dá)性差等特點(diǎn)，適合采用多位置變換、頻繁起?；?、焊接過(guò)程全自動(dòng)化的一般作業(yè)方式。

自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用逐步向設(shè)備規(guī)?；?、排布集中化、作用主導(dǎo)化、生產(chǎn)節(jié)拍化、管理信息化方向發(fā)展，只要能夠解決設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝水平和操作水平方面的難題，自動(dòng)焊接技術(shù)的應(yīng)用和推廣仍存在較大的空間。

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（作者單位：中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司

吉林省長(zhǎng)春市 130062）