刮板運輸機溜槽中板雙絲機器人自動焊接修復技術研究與應用

胡亞芳

（大同煤炭職業(yè)技術學院 山西大同037003）

1 前言

現(xiàn)代化礦井的各種刮板運輸機使用量大，磨損的溜槽數(shù)量也多，在基體強度不降低的前提下，可進行多次強化耐磨處理，該循環(huán)過程稱謂“再制造工藝”。但如果全部外包維修，產生的維修費用過高，因此為了節(jié)約資金，公司內部進行自主維修，是最好的辦法，也是大勢所趨。因此，為了延長溜槽的使用壽命，需要對溜槽的磨損處進行焊接。

目前主要的焊接方法是手工氣保焊，手工進行堆焊時，存在勞動強度大、速度慢、焊接面溫度過高導致操作人員無法長時間進行連續(xù)焊接，并且無法對溜槽下層進行焊接等缺點。為了保證焊接質量和控制焊接變形，許多公司都采用手工氣體保護焊進行多層焊接，因人工操作誤差大，需要對每一層焊縫進行變形測量，這種方法效率低、重復性差，勞動強度太大，嚴重傷害操作工人身體健康。后來發(fā)展到了半自動焊接，但打底焊接還是需要手工焊接，并且每層焊縫的變形還是需要人工實時監(jiān)控，速度并沒有提升多少，并且對于重型溜槽來說其體積大，重量大，固定裝夾翻轉都是非常大的工作量，且難以操作。這些如果采用手工來完成不僅會對人體造成極大的焊接傷害,而且很難獲得同等規(guī)格的高質量產品，這些問題都對目前的焊接方式提出了極大的挑戰(zhàn)[1]。本文采用了雙懸臂雙槍雙數(shù)控氣保焊接機器人對刮板輸送機溜槽底板進行焊接，旨在發(fā)揮自動化焊接的優(yōu)勢，節(jié)約溜槽修復成本和時間。既可以批量維修刮板運輸機溜槽，也可以為新進購的溜槽進行批量的耐磨焊接，延長溜槽的使用壽命。

2 礦用刮板輸送機的焊接修復技術與工藝

溜槽磨損修復及大面積耐磨花紋堆焊工藝的關鍵是在提高堆焊層的韌性、耐磨性等性能的同時，還要防止和減小溜槽的變形，大型刮板輸送機溜槽的強度高，不會輕易發(fā)生扭曲變形，但是會出現(xiàn)中板的橫向翹曲現(xiàn)象[2]。因此一定要做好焊前準備、焊前預熱、焊后變形控制工作。

2.1 焊前準備

2.1.1 焊接工具

以16 mm厚鐵板、10 m槽鋼為原料，采用雙懸臂雙槍雙數(shù)控氣保焊接機器人一臺，配有工作平臺，采用耐磨焊絲，二氧化碳氣瓶。

2.1.2 坡口的加工制作

焊接前要清除坡口附近的鐵銹、油污，確保坡口整潔干凈;選擇合適的坡口，并在焊接前完成機械加工，坡口準備要求所有的機械加工都要完成，若通過氣割進行制備，一定要打磨露出坡口表面，坡口的平面度要確定在0.5 mm以內；中板要開雙面J形焊接坡口，坡口平整，兩邊一致。

2.1.3 焊前預熱

預熱可以防止工件產生冷裂紋，并且能減緩冷卻速度，降低工件的焊接內應力，因此在焊接前應進行適當溫度的預熱。將組件固定夾持運送到中板火焰預熱裝置上，采用氧氣-乙炔氣體整體預熱，2支固定式多頭預熱槍向上分別指向中板下面兩道焊縫2支移動式多頭預熱槍放置在中板上面，向下分別指向中板上面焊縫;對中板進行火焰預熱，中板預熱溫度控制在150℃～175℃，達到預熱溫度后由火焰控制系統(tǒng)自動熄火，保溫1 h～1.5 h熱透后待焊。預熱溫度應進行適當?shù)目刂?，溫度過低起不到作用，溫度過高導致冷卻速度過慢，容易造成脆性裂紋。

2.2 焊材的選擇

為防止焊接裂縫，減少焊縫藥皮，按母材強度同焊絲強度相等原則，選用耐磨焊絲，焊絲直徑1.6 mm。

2.3 焊接過程

中板、底板的焊接是保證中部槽焊接質量，提高生產效率的關鍵，溜槽的自動焊接工序首先是上中板的打底焊和多層焊接，中板焊接完成后再進行上底板的焊接。整個工件的焊接由機器人自動焊接程序通過協(xié)調機器人和焊機等部件來實現(xiàn)[1]。焊接工藝在溜槽中板和底板焊接中扮演著舉足輕重的角色，通過對中板和底板進行材料分析，選定了合理的焊接工藝，焊接工藝參數(shù)如表1、表2所示。

表1 中板焊接工藝參數(shù)

表2 底板焊接工藝參數(shù)

由表可見，由于母材較容易熔化到第一層焊縫金屬中，所以在前兩層焊縫焊接時，采用了較小電流、較慢的焊接速度，以減小母材的在掐面焊縫的損耗。

2.3.1 中板打底焊

將產品裝到雙工位焊接機器人變位機上進行打底焊接，工件裝夾在變位機上，中板正面的焊接電流I=220 A～260 A，電壓U=22 V～24 V,中板反面的焊接電壓電流I=200 A～240 A,電壓U=24 V～26 V兩面的焊接速度應保持一致,焊接速度在400 mm/min～500 mm/min范圍內。若中板與槽幫之間的單面對接間隙≤2 mm時，跳過此工序直接進行中板焊接工序。

2.3.2 中板焊接

從機器裝夾中取下產品，去除點對焊縫，去除墊板，再重新進行加熱，接著再重新裝夾中板開始進行中板焊接。中板焊接在中板底板機器人焊接工作站進行在C形機架上倒掛的兩臺焊接機器人分別夾持一套雙絲彎頭焊槍，從工件上方對準中板兩條焊縫,同時對中板的兩條焊縫進行焊接，中板正反兩面各焊3層，并按照中板反面的第一層→第二層→正面的第一層→第二層→反面的第三層→正面的第三層的順序進行焊接，兩個機器人采用相同的焊接參數(shù)設置，焊接正反兩面第一、二層時參數(shù),第1絲電流I=180 A～220 A,電壓U=26 V～28V,第2絲電流I=240 A～300 A，電壓U=27 V～30 V,焊接速度240 mm/min～300 mm/min焊槍與中板平面成40°～45°角并指向槽幫一側，焊正反兩面第三層蓋面時,第1絲電流I=180 A～220 A,電壓U=27 V～29 V，第2絲電流I=240 A～320 A,電壓U=27 V～30 V,焊接速度280 mm/min～350 mm/min，見表1。

2.3.3 底板焊接

上中板焊接完成后，此時不需要對溜槽進行移動，接著進行底板的焊接。底板的焊接工藝方法是:底板與槽幫間的焊接坡口采用單面半V形搭接坡口,采用火焰預熱裝置對底板焊道進行預熱，預熱溫度150℃～175℃，并在達到預定溫度后用時間繼電器自動熄火。預熱后工件不動，C形機架移動過來，機器人采用表2所示的焊接工藝參數(shù)進行設置，對底板的兩條焊道依次各焊3層，焊接第一層時,第1絲電流I=200 A～240 A,電壓U=26 V～28 V,第2絲電流I=240 A～300 A,電壓U=27 V～30 V,焊接速度300 mm/min～380 mm/min,焊第二、三層時第1絲電流I=240 A～260 A，電壓U=26 V～28 V，第2絲電流I=260 A～300 A，電壓U=27 V～32 V，焊接速度350 mm/min～450 mm/min，保護氣體為二氧化碳富氬混合氣體(80%Ar+20%CO)。

3 焊接質量的檢驗

焊后效果見圖1，由圖可知，自動機器人焊接后的焊縫平整美觀，同時經檢驗，修復后的溜槽達到【GB/T11345-89】級(鋼焊縫手工超聲波探傷方法及探傷結果分級)保證焊縫內無裂紋未熔合、未焊透、不咬邊，溜槽焊接變形小于等于3mm，焊接完成后測定中板彎曲卷翹程度在要求范圍之內，后續(xù)就不再需要進行火焰矯正。

圖1 焊接后溜槽

4 結論

（1）通過實驗發(fā)現(xiàn)焊接過程中選用的參數(shù)合理，焊接過程中弧光小，煙霧小，飛濺小，對人體傷害小。與傳統(tǒng)需人工操作的手工氣體保護焊相比，這種焊接方式頗具優(yōu)點，整個焊接過程安全可靠，數(shù)控氣保機器人焊接技術數(shù)控程序簡單，操作方便，當溜槽擺放位置固定后，具有可批量進行維修等優(yōu)點，焊接中不需要操作工專門進行操作，大大減輕了操作工的工作量和強度。僅需一個操作工起輔助作用，操縱多臺機機器人。

（2）因為雙絲焊接的原因，焊接前絲時對后絲起到一定的預焊作用，因此焊縫紋路均勻、表面平滑美觀、焊縫質量穩(wěn)定可靠，大大提高了溜槽焊接的可靠性，并且焊接時間大大縮短，速度要比普通焊接高出幾倍

（3）該研究中進行了小批量實驗，每節(jié)溜槽焊接消耗耐磨焊絲約1包半，使用二氧化碳氣瓶1瓶，二氧化碳富氬氣瓶約1瓶，乙炔-氧氣瓶1瓶，產生的維修費用僅為3 000元；而將溜槽外包維修，每節(jié)溜槽費用為49 000元，所以每節(jié)溜槽維修能節(jié)省46 000元，目前小批量試驗中已經維修了20節(jié)溜槽，共計節(jié)約了80多萬元，可為企業(yè)節(jié)約大量的資金。

綜上所述，利用合理的數(shù)控氣保機器人焊接技術和焊接工藝進行再制造修復，不僅能提高中部槽的使用壽命和性能，減輕操作工的勞動強度，還取得了良好的經濟效益和社會效益。