HXD2機(jī)車低位牽引橫梁的機(jī)械手焊接工藝

陳勝來，趙志偉

HXD2機(jī)車低位牽引橫梁的機(jī)械手焊接工藝

陳勝來，趙志偉

（中車大同電力機(jī)車有限公司，山西 大同 037000）

使用KUKA機(jī)械手焊接低位牽引橫梁的外漏焊縫，對低位牽引銷座與立板探傷焊縫及4個(gè)安裝座在原來人工焊接的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)械手焊接可行性分析，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。

KUKA機(jī)械手；牽引銷座；吊臂；接觸傳感器

1 引言

HXD2型機(jī)車是大同電力機(jī)車公司生產(chǎn)的干線貨運(yùn)用雙節(jié)重聯(lián)的八軸大功率交-直-交流傳動(dòng)電力機(jī)車，最大功率為10 000 kW，機(jī)車標(biāo)準(zhǔn)軸重為23 t，并可以通過增加壓鐵提高到25 t。最高運(yùn)行速度為120 km/h。只需2臺(tái)就可以滿足一列2萬噸組合列車的牽引要求，采用“1+1”的方式運(yùn)行。低位牽引橫梁（如圖1所示）每臺(tái)機(jī)車4個(gè)，是整個(gè)車體的主要部件之一，它的組對、焊接的質(zhì)量的好壞直接影響車體的使用性能。

圖1 HXD2低位牽引橫梁

2 設(shè)備簡介

焊接機(jī)器人是由昆山華恒焊接股份有限公司生產(chǎn)，按公司要求設(shè)計(jì)制造的。焊接系統(tǒng)是由龍門架、變位機(jī)、焊接機(jī)器人、焊接工裝、變位機(jī)尾架及地軌、控制屏（KCP）等組成。該系統(tǒng)用德國KUKA ARC MATE 120IB六軸關(guān)節(jié)型機(jī)器人進(jìn)行焊接，此型號機(jī)器人采用高性能交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，重復(fù)定位精度高，具有極高的可靠性與穩(wěn)定性。焊接電源用一套奧地利福尼斯產(chǎn)TPS5000焊接電源，該焊機(jī)是完全數(shù)字化的，由微電腦控制。內(nèi)部控制系統(tǒng)采用的是數(shù)字信號處理器，統(tǒng)一控制焊機(jī)和調(diào)節(jié)整個(gè)焊接過程，實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)際參數(shù)值，對任何變化都能及時(shí)反饋，因此可達(dá)到極高的精度、極佳的重復(fù)一致性和完美的焊接特性。

3 低位牽引橫梁的焊接工藝

3.1 焊縫形式

低位牽引橫梁的焊縫形式主要有2道6Y6、8道4Y4、2道a6、2道6Y6MT焊縫。

3.2 焊接機(jī)械手在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題及解決措施

3.2.1 機(jī)械手槍纜彎曲半徑小的問題

一直以來，機(jī)械手焊接的焊縫在工件上固定的位置頻繁出現(xiàn)焊縫成型不良的慣性質(zhì)量現(xiàn)象，如圖2所示，經(jīng)過對多臺(tái)工件焊接過程中焊槍移動(dòng)軌跡、槍纜彎曲半徑大小的仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)槍纜在重力的作用下，自然下垂，在焊接槍纜靠近槍徑末端的一段形成較小的彎曲半徑，如圖3所示兩個(gè)不同的焊接角度，焊絲在槍纜里面被動(dòng)地也形成了較小的彎曲弧度，從導(dǎo)電嘴出絲后，焊絲擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)形成的熔池均勻不一致。

圖2 現(xiàn)場圖

圖3 兩個(gè)不同的焊接角度

3.2.2 自制水平旋轉(zhuǎn)的吊臂

做成一個(gè)可以水平自由旋轉(zhuǎn)吊臂，通過吊臂的前端掛上一個(gè)可以自由拉緊的彈簧收縮器，掛在槍纜的合適位置，使槍纜形成較大的彎曲半徑。增加焊絲的挺直性，減少焊絲在軟管里面出絲的阻力。

4 低位牽引橫梁的焊接

4.1 機(jī)械手焊接難點(diǎn)一

公司自2006年引進(jìn)機(jī)械手時(shí)，當(dāng)時(shí)已經(jīng)施焊過低位牽引橫梁的4個(gè)安裝座，安裝座為長方形帶兩個(gè)圓弧拐角外圍施焊，如圖4所示。由于安裝座的鋼板厚度為6 mm，且與彎板組對時(shí)間隙不同，低位牽引橫梁的彎板厚為12 mm，以及受機(jī)械手電弧跟蹤和雙絲焊槍的影響，經(jīng)常在安裝座的圓弧拐角處電弧跟蹤焊偏燒穿6 mm的鋼板，形成穿孔、焊瘤等缺陷。從此以后改為手工焊接。

圖4 安裝座示意圖

4.2 工藝改進(jìn)

低位牽引橫梁的組對質(zhì)量完全滿足機(jī)械手的焊接要求。筆者經(jīng)過多年學(xué)習(xí)編程，焊接機(jī)械手掌握程度提高，獲得了一手實(shí)際焊接數(shù)據(jù)，程序編輯方面取得了很大的提高，并積累了豐富經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)做參考，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要以及實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)械化奠定了基礎(chǔ)。KUKA機(jī)械手為小尺寸單絲焊槍，受空間的局限范圍較小，并且拐角處轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，利用接觸傳感器對拐角處精確尋找位置精確定位，避免使用電弧跟蹤焊偏燒穿的現(xiàn)象。施焊處的背面焊縫提前用人工焊接完成，消除間隙造成的缺陷問題。

4.3 焊接難點(diǎn)二

厚度為40 mm的低位牽引銷座和12 mm鋼板225°斜對接磁粉探傷焊縫，如圖5所示。

圖5 焊接示意圖

低位牽引銷座V形內(nèi)腔的背面焊縫已經(jīng)手工焊完，能防止機(jī)械手打底焊時(shí)焊縫燒穿，在焊前預(yù)熱情況下滿足機(jī)械手施焊的條件，且機(jī)械臂受外部因素的影響較小，焊接質(zhì)量和外觀成形均勻一致。程序編程好焊接填充量恒定，效率及穩(wěn)定性大大優(yōu)于手工焊接。

5 工藝參數(shù)及焊接順序

KUKA機(jī)械手焊接低位牽引橫梁工藝參數(shù)如表1所示，焊接位置平焊（PA），焊接前對焊接坡口進(jìn)行檢查和清理，去除銹蝕、油污，再對探傷焊道或開坡口的焊縫定位焊，在第一道焊縫施焊前，坡口根部的定位焊縫必須進(jìn)行打磨，定位焊縫的打磨應(yīng)不影響鋼板坡口的現(xiàn)狀，且定位焊縫的位置應(yīng)該在容易清理的位置。

表1 KUKA機(jī)械手焊接低位牽引橫梁工藝參數(shù)

焊縫焊道焊接方法焊絲規(guī)格電流強(qiáng)度/A電弧電壓/V電流極性焊接速度/（m/min） 6Y61135φ1.2240～26024～27DCEP/+0.3 2135φ1.2250～27025～28DCEP/+0.26 a61135φ1.2250～27025～28DCEP/+0.26 6Y6MT1135φ1.2260～28025～28DCEP/+0.4 2135φ1.2250～27025～28DCEP/+0.28

焊接順序?yàn)楹附觾傻?Y6，打底、蓋面完成后，再以相同的順序焊接兩道a6焊縫，焊接前預(yù)熱40 mm厚的低位牽引銷座到150～250 ℃。在預(yù)熱期間，應(yīng)采用數(shù)字溫度計(jì)或合適的溫度傳感色筆對零件進(jìn)行溫度檢查。焊接過程中，如果道間溫度低于預(yù)熱溫度，則需重新預(yù)熱至所需的預(yù)熱溫度，然后焊接兩道6Y6MT的探傷焊縫，同樣控制掌握好預(yù)熱溫度及焊道層間溫度，打底、蓋面層起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)錯(cuò)開，對于機(jī)械手焊接無法達(dá)到的兩端封頭由人工下來焊接。對于四個(gè)安裝座的焊接按照從里向外先后對稱焊接。

6 結(jié)語

人工焊接時(shí)起弧和收弧的次數(shù)比較多，焊接速度、焊絲干伸長度等都是變化的，因此很難達(dá)到一致，很容易產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋、焊瘤、弧坑、應(yīng)力集中等缺陷，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。

機(jī)械手在焊接過程中，焊接參數(shù)的電流、電壓、送絲速度及干伸長度等參數(shù)對焊接結(jié)果起決定性作用。焊接質(zhì)量受人為因素影響較小，因此焊接質(zhì)量穩(wěn)定。使用機(jī)械手焊接的焊縫，焊接穩(wěn)定。焊縫外觀質(zhì)量高，容易控制產(chǎn)品質(zhì)量。焊接飛濺小、焊渣少，減少了后續(xù)清渣打磨的工序時(shí)間。產(chǎn)品周期明確，可縮短產(chǎn)品改型換代的周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資。

TP241

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.023

2095－6835（2020）08－0060－02

〔編輯：王霞〕