半自動焊接工裝在翼箱焊接中的應用

劉建銳，何維國，孟顯利

（柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

翼箱是裝載機前車架的主要部件（見圖1），翼箱生產(chǎn)效率的高低，直接影響前車架的拼搭。為提高翼箱焊接效率，滿足前車架拼搭需求，自行設(shè)計了半自動焊接工裝，翼箱背縫、圓搭子與加強板的焊縫，實現(xiàn)了半自動焊，縮短了翼箱焊接時間，提高了焊接品質(zhì)。

圖1 翼箱部件圖

1 結(jié)構(gòu)特點分析

翼箱由內(nèi)外側(cè)板、后板、搭子、加強板和支撐板組成，是一個箱型結(jié)構(gòu)。主要的焊縫如圖2 所示。

圖2 翼箱結(jié)構(gòu)主要焊縫圖

其中，翼箱背縫是兩條最主要的焊縫，且焊縫平行，平焊時有一個上坡焊和一個下坡焊，只要解決這兩個位置的焊接，則很容易實現(xiàn)半自動焊接；搭子與加強板可以焊接后作為翼箱的部件，且焊縫為規(guī)則的圓形，容易實現(xiàn)半自動焊接；其他焊縫在翼箱內(nèi)側(cè)，而且焊縫不規(guī)則，實現(xiàn)半自動焊很困難。

2 翼箱背縫半自動焊接工裝

2.1 工裝的組成

翼箱背縫半自動焊接工裝如圖3 所示。

圖3 翼箱背縫半自動焊接工裝照片

該工裝由焊接小車、支撐架和隨動機構(gòu)組成。焊接小車可以購買，支撐架也比較簡單，只要能夠支撐翼箱使之平穩(wěn)就可以。翼箱背縫為兩條平行的焊縫，因此需要安裝雙焊槍同時焊接，提高焊接效率。因為要實現(xiàn)翼箱背縫上的上坡和下坡焊，因此隨動機構(gòu)的設(shè)計是此工裝的難點，焊槍必須要能夠隨著焊縫抬起或者降低。

我們是采用在安裝焊槍的機構(gòu)內(nèi)加裝壓縮彈簧的方式來實現(xiàn)的（如圖4）。

圖4 加裝壓縮彈簧示意圖

而且在上坡和下坡的部位，各安裝了2個調(diào)速限位塊，用以控制焊接速度，實現(xiàn)了上坡和下坡焊接過程。

2.2 工裝特點

該半自動焊接工裝具有如下特點：

（1）焊接小車輕巧，方便，人工即可隨意搬動；

（2）體積小，占地少；

（3）該工裝工作前，調(diào)節(jié)好焊接的相關(guān)參數(shù)，通過小車帶動雙焊槍，能同時焊接兩條平行焊縫，焊接品質(zhì)好，焊縫美觀；

（4）工人勞動強度小，相比人工焊接，工作輕松；

（5）焊槍的位置、角度等參數(shù)，可以通過調(diào)節(jié)支架來調(diào)整。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

翼箱半自動焊接采用的是MAG 焊，應用（80%Ar+20%CO2）混合氣體作為保護氣體的熔化極氣體保護焊。由于MAG 焊熔滴過渡均勻和穩(wěn)定，所以焊縫成形均勻、美觀。MAG 焊的綜合機械性能好[1]。經(jīng)過多次試驗確定的技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 半自動焊接工裝焊接參數(shù)表

3 圓搭子半自動焊接工裝

3.1 工裝的組成

翼箱搭子與補強板的半自動焊接工裝如圖5。

圖5 翼箱搭子與補強板的半自動焊接工裝

工裝的設(shè)計主要由以下部分組成：

（1）傳動部分。由電動機經(jīng)過V 帶傳動，第一次減速到減速器，再經(jīng)過減速器錐齒輪減速輸出到減速器軸，再通過鍵連接，將運動傳遞到工件裝載旋轉(zhuǎn)軸（圖紙中命名為軸承軸）。

此處關(guān)鍵的是軸承軸與軸承套的設(shè)計。因為有軸承支撐，必須考慮軸承的裝配、預緊力、運動時的周向受力與徑向受力、潤滑與密封[2]。

其一，從裝配方面來看，軸應該設(shè)計為兩端向中間裝配或者向同一個方向裝配，此處選擇的是兩個圓錐滾子軸承背靠背裝配，空轉(zhuǎn)時該軸不受軸承徑向力和周向力，裝工件旋轉(zhuǎn)時只受軸承周向力（工件和軸的自重除外）；

其二，軸承的預緊，采用的是軸上的螺母預緊；

其三，運動時的受力，將工件傳來的徑向壓力傳遞到了整個設(shè)備的外殼上，使得該軸只受周向的旋轉(zhuǎn)力；

其四，潤滑與密封，采用的是氈圈密封，潤滑脂潤滑。雖然設(shè)計時考慮了潤滑與密封，但從目前的情況來看，該軸運轉(zhuǎn)的速度非常慢，不需要很高的要求。

上述這4個方面，是從該軸的功能要求考慮如何設(shè)計的，還有工藝方面的要求，主要是鍵槽設(shè)計時考慮如何對刀。

一般有兩種方法做到順利對刀：一是當軸受力不大時在鍵槽末端開槽；二是在鍵槽末端鉆孔，切鉆孔的直徑應該大于鍵槽的寬度。表2 是傳動部分各零件的型號。

表2 傳動部分各零件型號表

（2）結(jié)構(gòu)部分。結(jié)構(gòu)部分是整個設(shè)備的基礎(chǔ)部分。分由3個部分組成：電動機與減速器的連接以及整體的框架部分；焊槍的參數(shù)調(diào)節(jié)支架；支架的與整體框架的連接部分。

其一，整體框架部分考慮到主要是電動機與減速器的中心距，從而涉及到整體布局的問題；另外要考慮中心距的可調(diào)節(jié)，方便裝配和使用后的張緊，這里做了一個長形孔的設(shè)計解決這一問題。

其二，焊槍的參數(shù)調(diào)節(jié)支架，采用的是半自動氣割的支架，為外購件。該外購件能滿足焊接時3個空間參數(shù)的調(diào)節(jié)。

其三，支架與整體框架的連接，此處考慮的問題，是焊接時工件與支架等各部分的干涉問題。

（3）控制部分。控制部分主要是采用時間繼電器，做到焊接完成后自動停止。最先是考慮用行程開關(guān)，但用行程開關(guān)有兩個問題無法解決：一是焊接收尾時無法超過焊接的接頭；二是每次焊接開始時，不可能剛好調(diào)節(jié)到行程開關(guān)的開始位置，即使能調(diào)節(jié)那也是非常繁瑣。

控制電路如圖6。

圖6 控制電路圖

控制電路的各元件型號如表3 所列。

表3 控制電路元件型號表

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

經(jīng)多次試驗，最后確定的焊接參數(shù)、電機速度和時間參數(shù)如表4 所列。

表4 半自動焊接工裝焊接參數(shù)

工件要求：外表面不能有銹、油、氧化皮和其他雜質(zhì)。

4 實施效果

50 C 型裝載機翼箱背面焊縫長1 100 mm，根據(jù)表1 的焊接速度，可以算出焊接一個翼箱背面焊縫需要的時間為

1 100/400+1 100/330=6.08 (min)。

比機械手焊接翼箱背面焊縫20 min ，縮短了13.9 min，大大提高了焊接效率。

由表4 的數(shù)據(jù)可知：60 mm 的圓搭焊接時間為124 s，每個翼箱有兩個60 mm 的圓搭，焊接時間為124×2 = 248 s，75 mm 的圓搭焊接時間為184 s，每個翼箱有兩個75 mm 的圓搭，焊接時間為184×2=368 s。

每個翼箱4個圓搭的焊接總時間為

248+368=616 s ≈10.3 min，

比工人手工焊翼箱圓搭的平均時間25 min，縮短了14.7 min，提高了焊接效率。

5 結(jié)束語

翼箱半自動焊接工裝結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，使用方便，且可靠性好，經(jīng)過1年時間應用，焊接品質(zhì)穩(wěn)定，焊接效率比原來手工焊接提高了24.8%，經(jīng)濟效益顯著。該工裝適用于厚板長直焊縫和圓形焊縫的焊接，在諸多結(jié)構(gòu)件中均可推廣應用。

[1]邱葭菲，蔡郴英.CO2焊、MAG 焊焊接對比試驗及其在工程機械制造中的應用[J].熱加工工藝，2006，（1）：11.

[2]李世軍，王曉明. 網(wǎng)架桿件專用半自動焊接機床的設(shè)計與實踐[J].機床與液壓，2004，(3)：72-73.