自動焊接小車與專用車制造應(yīng)用研究

于學成

四平市奮進專用汽車有限公司 吉林四平 136000

1 概述

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。

2 焊接小車的現(xiàn)狀及優(yōu)勢

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。

2.1 自動焊接小車分類

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

3 自動焊接小車選型和改善點描述

3.1 自動焊接小車選型

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

3.2 自動焊接小車主要參數(shù)

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 改善點描述

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。

4 現(xiàn)場工藝

4.1 焊接定位

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。

4.2 定位焊接

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。

4.3 鉚接質(zhì)量

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]。

5 焊接工藝試驗及結(jié)果

5.1 焊接樣件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計

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

5.2 焊接參數(shù)設(shè)定

表2 焊接參數(shù)表

5.3 焊接接頭測試結(jié)果

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]

6 現(xiàn)場應(yīng)用和經(jīng)濟效益

6.1 現(xiàn)場應(yīng)用

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

6.2 經(jīng)濟效益

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)。

7 結(jié)語

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。