焊接機器人在側(cè)架支撐座焊接中的應(yīng)用分析

吳傳利，郝君，李強，朱相磊

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安271000）

1 引言

轉(zhuǎn)向架由多個重要部件組成，其中包括交叉桿裝置，它的存在促進了抗菱剛度的增強，而支撐座又是組成交叉桿的受力點，一般情況下通過焊接連接支撐座與側(cè)架，在車輛正常運行下，焊縫需要承受的動載荷較大，因此，這就對焊接的質(zhì)量提出了更高的要求。實行機器人焊接，如果不按照要求應(yīng)用焊接機器人，焊接過程中將會出現(xiàn)偏焊、氣孔、咬邊等現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合焊接機器人的特點，對焊接程序進行合理編制，以確保焊接質(zhì)量。

2 IGM 焊接機器人系統(tǒng)及焊接特點

2.1 焊接機器人系統(tǒng)

主要由焊接設(shè)備、控制系統(tǒng)、外部軸、機器人本體和軌道軸組成焊接機器人，如圖1 所示。

軌道軸主要包括Z、Y、X軸，它的作用是讓機器人順著Z、Y、X做直線運動；機器人本體是六軸聯(lián)動的機器人，且具有柔性，不僅能實現(xiàn)六軸聯(lián)動的直線運動，也可以做單軸運動，同時，焊槍還能順著圓點在空間位置內(nèi)做任意轉(zhuǎn)動[1]。在各種運動方式的應(yīng)用下，機器人逐步實現(xiàn)對焊槍姿態(tài)的調(diào)整以及對焊接動作的完成；垂向旋轉(zhuǎn)與水平旋轉(zhuǎn)是外部軸的運動方式，外部軸的作用是與機器人運動相配以及調(diào)整工件位置；計算機組合形成了控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與人的大腦有異曲同工之處，主要通過發(fā)出指令，達到操控機器人的目的，讓機器人自動調(diào)整參數(shù)、完成各項任務(wù)。產(chǎn)品的焊接質(zhì)量在很大程度上取決于焊接電源是否完好，特別是對機器人的焊接，IGM 公司大多采用Fronius TPS 系列焊接機作為焊接電源進行機器人焊接，該系列焊接為逆變電源，具有智能化、數(shù)字化的特點。

圖1 IGM 焊接機器人示意

2.2 焊接特點

焊接特點主要包括：

1）焊接質(zhì)量穩(wěn)定。在對不規(guī)則或長焊縫進行焊接時，利用手工焊焊接很難連續(xù)不斷弧，如果焊槍不斷抖動，最后也很難成形，這種方式較容易被環(huán)境和人為因素所影響。而利用機器人進行焊接，則不容易受到外界因素的影響，在對批量產(chǎn)品實施焊接時，因運動姿態(tài)與參數(shù)具有一致性，這也就確保了機器人焊接質(zhì)量的穩(wěn)定。

2）焊接位置最佳。利用機器人實施焊接時，機器人外部軸和本體進行聯(lián)動，以此將工件安放在方便后期操作的位置上，在工件位置和焊槍角度相互配合下，呈現(xiàn)出最佳狀態(tài)。

3）焊接效率高。利用機器人進行焊接效率較高。焊接工作能夠持續(xù)不斷的開展，這樣不僅能避免消耗更多的工時，且能夠輸出較大熱量，加快焊接速度，縮短焊接時間；因最后成形的焊縫較好，也極大地減少了焊后清理工作[2]。

3 K6 側(cè)架支撐座焊接結(jié)構(gòu)

在左支撐座、保持環(huán)、右支撐座以及側(cè)架等部件的組合下，最終形成了K6 側(cè)架。Q235 鍛造件作為支撐座，B+鋼鑄造件作為側(cè)架。左右2 種支撐座組合安裝在側(cè)架的安裝面上，由此和側(cè)架形成了4 條焊縫。該焊縫為T 型，由一圓弧段和兩直線段組成，從圖2 可以看到，焊縫位置不處在同一平面上[3]。

圖2 K6 側(cè)架組成示意

4 K6 側(cè)架支撐座焊接程序編制

4.1 焊接質(zhì)量要求

焊縫的縫腳約8mm，焊接質(zhì)量與GB 47014—2011《焊接規(guī)程》要求相符，完成焊接24h 后，再將磁粉懸浮在載液中進行磁粉探傷[4]。

4.2 焊接程序編制分析

將側(cè)架垂直向上進行擺放，這種方式下焊縫位置將不處在同一平面上，焊接過程中容易出現(xiàn)上坡焊或下坡焊的情況，進而造成焊縫難以成形、溶合不良、溶深淺等現(xiàn)象。如果將側(cè)架按水平方向進行擺放，焊縫位置將處在同一平面上，平角焊由此形成，但焊接過程中也容易出現(xiàn)焊縫凸起、咬邊、偏焊等現(xiàn)象[5]。而借助外部軸和機器人所具備的聯(lián)動功能，采用工件的坐標(biāo)系，將支撐座與側(cè)架的焊縫轉(zhuǎn)動到船型位置，然后進行焊接，這樣呈現(xiàn)出的焊接接頭是平滑美觀的。

組裝好支撐座的K6 側(cè)架后，因裝配誤差和工件誤差的產(chǎn)生，可能會導(dǎo)致焊縫的實際位置與示教的編程步點出現(xiàn)一定偏差，這樣在實施焊接時，焊縫就很難按照當(dāng)初的軌跡完成焊接。通過IGM 機器人所具備的電弧傳感以及噴嘴傳感功能，可以對焊接位置可以實現(xiàn)過程跟蹤和精確定位。

兩支撐座與K6 側(cè)架組合而成后，4 條T 型的焊縫也由此形成，在焊接順序編制過程中，在考慮焊接質(zhì)量的同時，也要考慮到焊接效率。B+鋼鑄造件作為K6 側(cè)架，Q235 鍛造件作為支撐座，因母材的強度偏高，帶有一定淬硬性，編程過程中，可以實施2 條焊縫、1 個支撐座的連續(xù)焊縫，這樣有利于緩慢冷卻、避免急熱，從而降低淬硬性。

4.3 焊接程序步點設(shè)置

利用機器人進行焊接時，通過尋找組對起始位置進行明確。在編程過程中，要求必須輸入工作步點、運動模式和焊接參數(shù)等。焊接時，焊縫的過程跟蹤主要根據(jù)電弧擺動來實現(xiàn)的，以保障機器人與焊接方向保持一致。

4.4 機器人姿態(tài)控制

在焊接過程中，機器人本體主要維持著六軸聯(lián)動的運動方式。機器人的各個關(guān)節(jié)都圍繞著一定范圍運動，運動期間為了防止機器人發(fā)生限位，編程過程中要加強對軸參變化的監(jiān)控，以確保手臂姿態(tài)能夠隨意舒展，這也有利于焊槍在焊接期間進行角度變化。

焊接質(zhì)量會受到多種因素的影響，包括焊接過程中焊槍的角度。除了要選擇正確的焊接參數(shù)，也要保證焊槍角度的精確度。焊接K6 側(cè)架時，工件與焊槍之間的夾角應(yīng)維持在約45毅，焊絲與焊縫中心相對，以防止出現(xiàn)偏焊情況。另外，工件與焊槍之間的傾角應(yīng)維持在80毅～90毅，一旦焊槍的傾斜度過大，熔化鐵液就很容易被電弧吹力往焊縫前方推動，這種情況下焊接根部自然就很難熔合。

5 結(jié)語

綜上所述，利用機器人對側(cè)架支撐座實施焊接，焊接機器人所具備的效率高、質(zhì)量穩(wěn)定以及焊縫位置佳的優(yōu)勢得到了充分發(fā)揮，確保了側(cè)架焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，焊接接頭平滑美觀，探傷達到了100%的合格率，使轉(zhuǎn)向架更加可靠。