于學成
四平市奮進專用汽車有限公司 吉林四平 136000
伴隨社會經(jīng)濟發(fā)展和工程、城建的不斷提升及完善,高品質(zhì)的專用車制造需求日益顯現(xiàn)。但與此同時,日益增長的高品質(zhì)產(chǎn)品的需求和行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀之間由于存在著一定的矛盾和問題,急需得到解決。這些矛盾和問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面:一方面,智能焊接機器人系統(tǒng)、產(chǎn)線投入要求較高,目前還處于對專用車多批量、小品種、個性化的靈活性需求等方面的適應(yīng)性研發(fā)之中;另一方面,傳統(tǒng)的專用車制造焊接工藝仍依靠大量的焊接工人和CO2焊接的施焊模式,這需要大量的焊接工人加班來滿足生產(chǎn)需求。此外,專用車企業(yè)還面臨著人員流動量大、勞動力相對不足等問題。
在這種情況之下,自動焊接小車應(yīng)運而生。該設(shè)備是一種自動化焊接設(shè)備,它是提高專用車制造自動化率的一種有效方法,可大范圍地推廣應(yīng)用。某專用車企業(yè)受制造現(xiàn)狀和投資制約等因素的影響,引進了自動焊接小車。通過對自動化小車在焊接應(yīng)用的驗證,并與CO2手工焊效率進行對比之后,將其應(yīng)用于專用車產(chǎn)品的焊接中,該企業(yè)發(fā)現(xiàn)它能有效提高專用車制造焊接的質(zhì)量和效率。
自動焊接小車是將焊接小車、焊縫跟蹤器、焊接擺動器、焊接滾輪架、變位機、焊接操作機集成的自動化焊接專用設(shè)備,可實現(xiàn)水平對接、平角接、立對接、立角接、環(huán)縫管道焊接、橫對接、橫角焊等不同的焊接工藝。通過實際應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)它具有以下優(yōu)勢:a.操作自動焊接小車不需要區(qū)分焊工類別,只要經(jīng)過短期培訓就可上崗操作,實現(xiàn)自動化焊接,可解決熟練焊工資源匱乏、招工難的問題;b.自動焊接小車工作時,具有電弧燃燒穩(wěn)定,連接處成分均勻,焊縫成型好、接頭少,填充金屬熔敷率高,能夠保證焊接參數(shù)的準確性,確保特殊要求的實現(xiàn)和質(zhì)量等優(yōu)勢。
相對于垂直氣電焊,自動焊接小車還具有設(shè)備輕便、易操作的特點,但實際上這種自動焊接小車在專用車制造過程中并未得到廣泛應(yīng)用,所以更需要在行業(yè)內(nèi)進行推廣。
自動焊接小車針對性較強,小車輕便、操作靈活,目前主要按照焊接位置來進行分類,即專用立角焊小車和軌道式立焊小車兩種。
2.1.1 專用立角焊小車
專用立角焊小車如圖1、圖2所示。專用立角焊小車的焊槍夾頭可自動感應(yīng)跟蹤,通過焊槍起弧、收弧控制小車行走;擺動器傳動無間隙,可保證焊槍擺動的精確性;小車有磁性吸附離合手柄,安裝調(diào)試方便,高性能強磁性增加了垂直焊接的可靠性。
圖1 專用立角焊小車
圖2 專用立角焊小車
2.1.2 軌道式焊小車
軌道式焊接小車如圖3所示。它采用軟軌道導向,實現(xiàn)了曲面中的角焊、對接焊。由于軟軌道的柔性,所以按照鋼板成形狀態(tài)輕松安裝柔軌,軌道采用了開關(guān)磁鐵,便于拆卸和安裝。軌道式焊接小車配有高精度的減速齒輪,使得焊接小車行走穩(wěn)定,因此大幅度提高了焊接質(zhì)量,延長了設(shè)備的使用壽命。
圖3 軌道式焊接小車
2.1.3 軌道焊機小車軌道適應(yīng)性延伸
基于專用車制造常用的CO2氣體保護焊焊接工藝,以及多品種、小批量、焊縫類型雜的專用車產(chǎn)品特性,可用硬軌、軟軌軌道和擺動器結(jié)合實現(xiàn)平縫、立縫、直縫、環(huán)縫、雙面縫等多種位置復合焊接。例如應(yīng)對管道焊接采用的卡圈式軌道焊接小車(見圖4),其外觀平滑過渡,焊接小車運行軌跡、接頭平穩(wěn)。
圖4 卡圈式軌道焊接小車
KA-HE8型自動焊接小車(見圖5),是一種可以廣泛應(yīng)用于平面對接焊縫、角焊縫、平面立對接焊縫、角焊縫以及仰焊的多功能焊接設(shè)備。其特點可歸納為:a.采用增置變壓器直接從電焊機輸出端取電,無需額外電源;b.焊槍夾頭可沿著焊接方向偏轉(zhuǎn)一定角度,滿足各種位置焊接要求;c.擺動器傳動無間隙,保證了焊槍的精確擺動;d.小車帶有磁吸附離合手柄,安裝調(diào)試方便;e.可以配置軟軌道、硬軌道,以滿足不同位置焊接需求。
圖5 KA-HE8自動焊接小車
自動焊接小車主要參數(shù)見表1。
表1 自動焊接小車主要技術(shù)參數(shù)
3.3.1 自動焊接小車的電源改善
自動焊接小車如果直接采用220 V電壓供電,供電過程由于電壓過高存在安全隱患,因此須設(shè)保護或報警裝置,但即使如此也無法保證施工人員的生命安全。
技術(shù)人員通過改進,采取在220 V的基礎(chǔ)上增加了變壓器,直接從電焊機輸出端去電,使電壓降到了安全電壓24 V,從而簡化了電源配置及電源接線等眾多繁雜工作,使焊接小車能更好地服務(wù)于不同作業(yè)場合(見圖6)。
圖6 自動焊接小車的電源
3.3.2 自動焊接小車的擺動電機改善
自動焊接小車的擺動裝置電動機采用BLDC電動機,其使用壽命為常規(guī)有刷電動機的5倍,同時擺動BLDC電動機輸出的轉(zhuǎn)子位置反饋信號可直接作為焊接擺動裝置的擺動角度控制信號,簡化了外設(shè)位置傳感器,有效杜絕了因多余外設(shè)引入的故障率及壽命問題。
為利于焊接小車自動焊需求,采用門式反變形定位壓緊,以釋放由馬板定位不便施焊影響焊縫成形不良。若對接焊縫非用馬板進行固定,要求馬板固定在非焊接面;焊道兩側(cè)300 mm范圍內(nèi),裝配馬腳須磨平。
采用CO2氣體保護焊定位焊接,使其與CO2焊融合施焊充分,克服焊接焊縫表面凸起,成型不良。
專用車輕量化趨勢明顯,制造材料已然升級為高強鋼、耐磨鋼,母材厚度多小于10 mm,且少多層多道焊要求,不采用坡口式焊接工藝。但在鉚接裝配時應(yīng)對間隙、角度、直線度等指標有嚴格要求,需滿足GB/T 19804-2005《焊接結(jié)構(gòu)的一般尺寸公差和形位公差》,這樣可使焊接小車作業(yè)后焊接成型、熔深等性能更為理想[1]。
試驗選用KA-HE8型自動焊接小車進行了焊接工藝驗證,焊接材料選用NM450TP+700L,焊口形式如圖7所示。按照表2所示焊接參數(shù),選用厚度為5 mm的NM450TP+700L板作為樣板,進行工藝評定試驗。
圖7 焊口形式示意
表2 焊接參數(shù)表
通過操作,自動焊接小車焊接的焊縫質(zhì)量滿足焊接工藝規(guī)程。從表3的試驗結(jié)果可知,對焊縫各個位置進行對接接頭力學性能測試,從試驗結(jié)果看完全滿足要求值。對接接頭顯微硬度測試結(jié)果如表4所示。
表3 對接接頭力學性能檢測結(jié)果
表4 對接接頭顯微硬度HV0.2測試結(jié)果
5.3.1 對接接頭力學性能 檢測結(jié)果[2-3]
5.3.2 對接接頭顯微硬度測試結(jié)果[4]
在專用車制造過程中,采用自動焊接小車可完成分段立角焊、立對接焊,橫對接縫等重要位置的焊接,焊后成形美觀,對接焊縫UT探傷合格率高于90%?,F(xiàn)場應(yīng)用的各種焊接位置的焊縫成形情況如圖8~圖11所示。
圖8 橫對縫焊接過程與焊縫成型
圖9 立縫焊接過程與焊縫成型
圖10 立對接焊接過程與焊縫成型
圖11 環(huán)縫焊接過程與焊縫成型
現(xiàn)場采用自動焊接小車和CO2半自動焊立焊施工進行經(jīng)濟效益比較,效果對比如表5所示。
表5 自動焊接小車和CO2半自動焊接效率比較
從表5可見,自動焊接小車可以提高焊接生產(chǎn)效率,在相同的時間內(nèi),焊接效率提高約25%,改變了原來裝配等電焊的格局,同時也降低了工人的勞動強度。
通過現(xiàn)場應(yīng)用和經(jīng)濟效果對比,自動焊接小車的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在:a.焊接效率高,可實現(xiàn)一人操作多臺設(shè)備;b.焊縫質(zhì)量有保障,成型美觀,減少了返工及打磨的工作量,降低了質(zhì)量成本;c.設(shè)備連續(xù)工作時間長,即使在高溫環(huán)境下,也可長時間作業(yè);d.降低了焊接作業(yè)對員工技能的要求,只需操作設(shè)備即可完成作業(yè)。
通過對自動焊接小車的應(yīng)用及工藝驗證,自動焊接小車可應(yīng)用于專用車制造的各種位置。
現(xiàn)場應(yīng)用證明,使用自動焊接小車可以提高焊接過程機械化率,降低半自動焊接過程中可能產(chǎn)生的焊接缺陷,從而減少了焊后返工、打磨工作量。自動焊接小車的應(yīng)用,對于提高產(chǎn)品焊接質(zhì)量、降低施工人員工作強度、提高專用車焊接效率都起到了積極的作用。
自動焊接小車可實現(xiàn)機械化、自動化焊接,改變了傳統(tǒng)的專用車焊接工藝,減少了焊接用工數(shù)量和CO2焊接的全人工施焊模式,同時減緩了智能設(shè)備引進的過高投資壓力,可進行大范圍的推廣應(yīng)用。