擺動(dòng)式自動(dòng)焊接小車分析研究

薛俊偉　王德忠　王善俊

摘要：分析了側(cè)墻下部與底架側(cè)梁人工焊接造成的焊接部位油漆起鼓的原因及造成的危害，提出用擺動(dòng)式自動(dòng)焊接小車進(jìn)行焊接作業(yè)，通過(guò)試驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，達(dá)到了很好的效果。

Abstract： This paper analyzes the reason and harm of the paint bulge in the welding part caused by the manual welding between the lower part of the side wall and the side beam of the underframe， and puts forward that the swing automatic welding trolley is used for the welding operation， which has achieved good results through the test and the actual production verification.

關(guān)鍵詞：擺動(dòng)式;焊接小車;自動(dòng)焊;缺陷

Key words： swing type;welding trolley;automatic welding;defects

中圖分類號(hào)：TG4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0138-04

0? 引言

時(shí)速160公里動(dòng)力集中動(dòng)車組是國(guó)家重大項(xiàng)目，屬于“復(fù)興號(hào)”自主標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車系列，是公司的精品工程，更是今后一段時(shí)間大鐵路的主力產(chǎn)品。但近期160公里動(dòng)車組制造過(guò)程中出現(xiàn)了由于人工焊接導(dǎo)致的側(cè)墻下邊梁焊接部位油漆起鼓的質(zhì)量問(wèn)題，嚴(yán)重影響了動(dòng)車的運(yùn)行安全。為了避免出現(xiàn)此類質(zhì)量事故，提高底架邊梁與側(cè)墻焊縫一次試水合格率，提出用擺動(dòng)式自動(dòng)焊接小車進(jìn)行焊接作業(yè)[1，2]，通過(guò)試驗(yàn)及實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，達(dá)到了很好的效果。

1? 原因分析及方案

時(shí)速160km動(dòng)力集中型動(dòng)車組車體為薄壁筒形整體承載結(jié)構(gòu)，主要材質(zhì)為耐候鋼，板厚≤2.5mm時(shí)采用Q310NQL2，板厚為3～6mm時(shí)采用Q345NQR2，型鋼和厚度>6mm的板材采用普通碳素鋼或低合金高強(qiáng)度鋼。底架側(cè)梁采用槽鋼拼焊而成，開(kāi)有17～18mm的刨槽。車體總成時(shí)，側(cè)墻板與底架側(cè)梁刨槽處對(duì)接焊接后磨平。

底架邊梁與側(cè)墻焊縫焊縫長(zhǎng)度長(zhǎng)，每側(cè)焊縫長(zhǎng)度約24m，一直采用人工焊接，焊接工作量極大，且焊接接頭較多。人工焊接由于人員技能水平、工作責(zé)任心等綜合因素導(dǎo)致焊縫存在一定的缺陷，尤其是接頭部位焊接質(zhì)量存在漏水安全隱患，后期處理接頭增加了作業(yè)時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)NDJ3型內(nèi)燃動(dòng)車組（京八車）、尼日利亞鐵路項(xiàng)目、160公里動(dòng)力集中型試制項(xiàng)目等40輛車底架邊梁包槽與側(cè)墻下口組焊質(zhì)量信息統(tǒng)計(jì)分析，得出如下結(jié)果，如圖1所示。

對(duì)組焊質(zhì)量再進(jìn)一步綜合分析，發(fā)現(xiàn)焊縫質(zhì)量占比較大，進(jìn)一步分解分析影響焊縫質(zhì)量差的因素有五類，統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。

通過(guò)表1可得出：側(cè)墻下口與邊梁連接處出現(xiàn)焊縫不良的頻率較高。從焊縫的實(shí)現(xiàn)方式、工裝設(shè)備、組裝工藝流程出發(fā)，對(duì)焊縫進(jìn)行焊接方式優(yōu)化，減少焊接接頭，提高焊縫質(zhì)量，可顯著提高焊縫一次氣密性試驗(yàn)的合格率。采用擺動(dòng)式自動(dòng)焊接小車自動(dòng)焊后，可降低焊縫的缺陷率。通過(guò)查取大量文獻(xiàn)資料，并從可操作性、成本、穩(wěn)定性等因素綜合分析后，得出擺動(dòng)式自動(dòng)焊接小車研制最佳方案[3，4]，如圖2所示。

2? 實(shí)施過(guò)程及驗(yàn)證

擺動(dòng)式自動(dòng)焊接小車研制實(shí)施計(jì)劃對(duì)策如表2所示。

2.1 設(shè)定履帶長(zhǎng)度

通過(guò)計(jì)算，得出了履帶長(zhǎng)度：

實(shí)際案例如圖3所示，履帶長(zhǎng)度采用活動(dòng)式關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)長(zhǎng)度不低于2M。

2.2 集成電器單元

選用高質(zhì)量的硅管，在電路中引入負(fù)反饋，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)漂移零點(diǎn)≤0.03Q，集成控制盒如圖4所示。

2.3 顯極同步電機(jī)

①預(yù)先設(shè)定焊槍的擺幅。

根據(jù)預(yù)先設(shè)定焊槍的擺幅士25mm，確定滑塊的有效行程為60mm，擺速為0～200cm/min，確定了焊槍高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滑塊機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)用于在高、低方向上調(diào)節(jié)焊槍，高度調(diào)節(jié)范圍為50mm，位置精度為±0.5mm。

②通過(guò)焊槍夾持機(jī)構(gòu)與滑塊相連。

通過(guò)采用H62黃銅夾塊利用螺栓夾緊將焊槍固定在滑塊上，實(shí)現(xiàn)可調(diào)范圍在2～12mm。

采用直線軌道和T型螺桿的連接，可實(shí)現(xiàn)十字滑塊行程的自由調(diào)節(jié)，如圖5所示，實(shí)現(xiàn)有效行程達(dá)到150mm。

2.4 MAG焊

選用80%Ar+20%CO2混合氣集裝格供氣，選用合適的流量計(jì)。焊接工藝要求：氣瓶?jī)?nèi)的氣體壓力大于1 MPa，工作溫度在-30℃～55℃，工作流量在5～40L/min，插電式供電流量計(jì)。故選用CF-2503型電加熱OTC流量計(jì)，氣體流量達(dá)到14L/min。

2.5 選用送絲輪的結(jié)構(gòu)型式——采用四輪式送絲機(jī)構(gòu)（表3）

2.6 采用導(dǎo)軌式運(yùn)行方式

①采用X型鋁型材。鋁型材的密度僅為2.70g/cm3，且X型的承載力可滿足500N的技術(shù)要求，故選用X型鋁型材。

②導(dǎo)軌采用齒條式，如圖5所示。齒條式導(dǎo)軌具有傳動(dòng)力大，傳動(dòng)速度快，定位準(zhǔn)確，偏差度≤0.5mm，可拼接得到任意長(zhǎng)度。

采用X型鋁型材支撐的齒條式導(dǎo)軌，可滿足運(yùn)行直線度≤1mm的要求。

2.7 磁性吸附

增加了控制調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)后，方便磁極的使用，在閉合狀態(tài)磁極不會(huì)吸附雜質(zhì)。對(duì)于工件過(guò)程表面溫度小于55°的要求，選用N38型釹鐵硼強(qiáng)磁磁鐵。磁鐵吸力=體積×密度×600=5860×0.0075×600=26370g=26.37kg，滿足單個(gè)磁鐵吸附力≥25kg的要求。

2.8 模擬驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)160公里動(dòng)力集中型項(xiàng)目100輛車跟蹤測(cè)量，兩側(cè)墻板七個(gè)區(qū)域（一、二、三、四位角、側(cè)門位置、一位側(cè)中部和二位側(cè)中部）14個(gè)項(xiàng)點(diǎn)共140組（980單個(gè)）數(shù)據(jù)，通過(guò)整車統(tǒng)計(jì)匯總，利用“Mini tab”軟件仿真分析，如圖6所示。160公里動(dòng)力集中型動(dòng)車組側(cè)墻下口與底架焊縫一次氣密性試驗(yàn)合格率達(dá)成，并得到提高，如圖7所示。

3? 實(shí)際結(jié)果

采用擺動(dòng)式自動(dòng)焊焊接小車焊接焊縫成型美觀，如圖8所示;焊接接頭大大減少，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)160公里動(dòng)力集中型動(dòng)車組項(xiàng)目實(shí)物驗(yàn)證和調(diào)閱100輛車車體邊梁焊縫試水狀態(tài)確認(rèn)表，如表4所示，實(shí)測(cè)焊縫滲漏處為平均每車4處，且后續(xù)打磨工作量降低，打磨效率提升50%。160公里動(dòng)力集中型動(dòng)車組側(cè)墻下口與底架焊縫滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

4? 結(jié)論

通過(guò)以上實(shí)施及驗(yàn)證，采用擺動(dòng)式自動(dòng)焊焊接小車進(jìn)行焊接，不僅焊縫外觀美觀，焊縫質(zhì)量極大地提高，完全滿足焊接要求;同時(shí)已將試驗(yàn)中采用的行之有效的經(jīng)驗(yàn)和方案納入了組裝作業(yè)指導(dǎo)書和焊接工藝規(guī)范等技術(shù)工藝文件中，并長(zhǎng)期貫徹執(zhí)行。

參考文獻(xiàn)：

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