智能動車組活動裙板自動焊接工藝方法介紹

智能動車組活動裙板自動焊接工藝方法介紹

Summary：活動裙板結(jié)構(gòu)簡單，由上下兩種型材焊接而成，共內(nèi)外兩條3V的通長焊縫，比較適合用機械手進行自動焊接。本文介紹一種能自動上料、氧化膜打磨、裝卡、焊接、焊縫打磨和鋼印磕打的裙板自動化焊接生產(chǎn)線，使裙板焊接生產(chǎn)工藝實現(xiàn)自動化、數(shù)字化和信息化，提高裙板的焊接效率和焊接質(zhì)量。Keys：活動裙板；自動化；鋁合金焊接0引言活動裙板是智能動車組車體的重要組成部分，活動裙板焊接的好壞不僅影響車體的美觀，而且還會影響動車組的運行安全，所以裙板的焊接質(zhì)量和焊接變形控制顯得尤為重要?；顒尤拱逵缮舷聝煞N型材組焊而成，焊縫采用插接形式大小為3V，裙板組成共內(nèi)外兩道焊縫，長度為1000-2000mm，結(jié)構(gòu)比較簡單，但是對焊接工藝要求比較高。目前大多數(shù)活動裙板焊接都是手工焊，手工焊的缺點是焊接質(zhì)量不穩(wěn)定、焊接效率低而且人工成本越來越高，而焊接機械手能夠很好的解決以上問題。裙板自動焊接工藝流程裙板自動焊接的整體流程如圖1.1所示，除了人工上下料外，基本實現(xiàn)全部自動化控制。焊接前需要人工將已經(jīng)鋸好長度的裙板型材放入物料托盤中，第一步機械手用吸盤抓取裙板進行激光清洗。清洗完畢旋轉(zhuǎn)機械臂將裙板型材放入焊接工裝胎位1，然后機械手重復(fù)前一步的動作抓取與上一塊裙板型材對應(yīng)的裙板進行激光清洗并放入工裝，第二步，兩塊裙板型材放入工裝后限位塊對兩塊型材進行插接裝配并壓卡，于此同時機械手會抓取下一塊裙板型材進行激光清洗并放入胎位2。第三步，焊接機械手對胎位1中已經(jīng)裝配好的裙板進行焊接，先進行反裝焊接，焊接完成后胎位旋轉(zhuǎn)180°進行正裝焊接，焊接完成后工裝壓卡松開，機械手抓取裙板送至打磨工位，同時工裝變位機旋轉(zhuǎn)將胎位2旋轉(zhuǎn)至原胎位1位置，焊接機械手對第二塊裙板進行焊接。第四步焊縫打磨，機械手將焊接后的裙板放置打磨工裝，打磨機械手進行打磨，先正面后反面。第五步鋼印磕打，機械手將打磨好的裙板放到鋼印磕打胎位，鋼印磕打器進行自動磕打，磕打完成后機械手將裙板放置物料托盤中，最后人工將裙板搬運下來進行裙板弧度檢測和PT檢測。圖1.1裙板自動焊接產(chǎn)線的主要部件及技術(shù)參數(shù)裙板自動焊接產(chǎn)線占地面積約20m×9.5m，裙板生產(chǎn)節(jié)拍：3輛車/8小時（60件/8小時），轉(zhuǎn)產(chǎn)時間為4小時，能連續(xù)工作24h且狀態(tài)良好、裙板焊接合格，本產(chǎn)線能同時兼容350標(biāo)動、250標(biāo)動和CRH380B/BL動車組活動裙板。2.1激光清理系統(tǒng)活動群板焊接之前需要對焊縫破口區(qū)域進行打磨，打磨的目的不光是去除雜物和油污，最重要的是去除型材表面的氧化膜，鋁合金型材如果不去除表面的氧化膜會影響焊接質(zhì)量。人工用千葉片打磨效率低而且容易打磨過量傷及木材。本產(chǎn)線運用激光對焊縫破口表面進行清理，激光清理系統(tǒng)主要包括電源、激光頭和固定工裝組成等。主要用于裙板焊前的油污及氧化物的清理，圖2.1為激光對工藝評定用試板進行焊前清理，激光清洗機功率為100W，清理深度約0.1mm，清洗后表面類似磨砂效果，不會出現(xiàn)強反光現(xiàn)象。圖2.1工藝評定試板激光打磨2.2自動焊接系統(tǒng)自動焊接系統(tǒng)主要包括搬運機器人及軌道系統(tǒng)、雙工位伺服變位機、自動壓卡工裝、打磨工裝、焊接機器人、焊接電源和傳感器系統(tǒng)等。焊接機器人采用igm的RTE496系列機器人，該系列機器人專門為電弧焊而設(shè)計，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)式設(shè)計（具有≥6個自由度），每個軸臂都采用堅固的鑄鋁結(jié)構(gòu)。主軸傾斜式設(shè)計，在其最大的工作范圍內(nèi)均能保證最佳的焊接角度[1]。焊接電源采用福尼斯智能化逆變電源，具有脈沖、PMC多元化脈沖、CMT冷金屬過渡等多種焊接方法，能夠有效適用于鋁合金薄板焊接。焊接電源采用觸摸電阻屏，屏幕尺寸不低于7英寸，分辨率不低于800*480像素，可佩帶手套進行操作。焊接電流范圍控制再30-500A，焊機在環(huán)境溫度為40℃，暫載率為100%情況下，焊接電流要求不小于360A。焊機具備恒熔深功能，焊接過程中送絲速度可根據(jù)干伸長的變化自動調(diào)整，以保證焊接電流的穩(wěn)定，從而保證焊接能量的穩(wěn)定，實現(xiàn)焊接熔深恒定。自動送絲速度范圍最大不小于10m/min。3裙板自動焊接工藝試驗3.1裙板母材激光清潔的焊接試驗分析3.1.1試驗方法：選取長度3米的裙板焊接型材，焊接前采用激光對焊接坡口進行清潔，清潔后進行型材組對并點固。按照焊接工藝規(guī)程：G/TS-AL1-100-61027進行3V焊縫的焊接，焊接后取L=50mm金相試樣兩塊，一塊制備宏觀金相，一塊制備微觀金相。3.1.2試驗結(jié)果：

四個宏觀金相面的結(jié)果見圖3.1。根據(jù)宏觀金相結(jié)果可以看出焊縫側(cè)壁熔合良好，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖3.1宏觀金相結(jié)果微觀金相結(jié)果如圖3.2所示，圖a）、圖b）分別為焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)的微觀金相，圖c）為母材微觀金相，圖d）為焊縫區(qū)域的微觀金相。

a）熱影響區(qū)（墊板側(cè)）

b）熱影響區(qū)（非墊板側(cè)）

c）母材區(qū)

d）焊縫區(qū)圖3.2微觀金相結(jié)果焊縫區(qū)域為柱狀樹枝晶，熱影響區(qū)為柱狀晶，晶粒比焊縫區(qū)略大，為典型的鋁合金熔化焊焊縫金相組織。熔化線附近未見鋁合金氧化膜，與常規(guī)熔化焊焊接接頭的微觀金相比較未見異常情況。因此可以采用激光清理對坡口進行焊前處理。3.2工藝評定試驗采用4mm的6082-T6鋁板，開單邊35°坡口，焊前用激光對坡口進行清理后在焊接平臺上進行裝夾，焊縫下方裝配永久鋁墊板焊接。焊接后進行射線檢測確認(rèn)焊縫內(nèi)部是否有缺陷。前兩組試板焊接完成后進行射線檢測，發(fā)現(xiàn)焊縫中部存在超標(biāo)的氣孔如圖3.3所示，試驗不合格[2]。圖3.3焊縫內(nèi)部氣孔的試板根據(jù)試驗結(jié)果進行分析，排除焊絲和保護氣體以及激光清理的因素，結(jié)合以往生產(chǎn)經(jīng)驗分析有以下兩項原因：1）試板坡口不足，經(jīng)測量試板坡口角度為60°，為工藝評定坡口要求的下限，坡口小不利于焊接時氣孔上浮和排出。2）焊接速度較快，焊縫冷卻速率快，熔池凝固時氣孔未排出焊縫。針對此兩項問題，制定以下工藝優(yōu)化方案1）將試板坡口由單邊30°加工為單邊35°，保證焊接裝配70°的坡口，并焊前預(yù)制5°反變形如圖3.4所示，這樣更加利于氣體排出。圖3.4裝配2）優(yōu)化工藝參數(shù)，主要是通過改善焊接過程中熔池的凝固速度，保證焊接過程中產(chǎn)生的氣體能散逸到母材表面，避免氣體停留在根部。優(yōu)化后工藝參數(shù)為180A，電壓21V，焊接速度60cm/min。優(yōu)化焊接參數(shù)后焊縫成型均勻穩(wěn)定，氣體保護較好且焊縫兩側(cè)有較寬的清潔區(qū)，如圖3.5所示。對裙板進行射線檢測后無超標(biāo)氣孔，射線檢測結(jié)果如圖3.6。圖3.5焊縫外觀圖3.6射線檢測結(jié)果3.3活動裙板輪廓度焊接實驗取14組裙板型材進行裙板輪廓度實驗，使用圖4.1所示的離弧檢測樣板對輪廓度進行檢測，活動那個裙板的輪廓度要求為≤±1，實驗結(jié)果如表1所示。表中數(shù)據(jù)顯示，前4組裙板焊后輪廓度局部超差，且變形不穩(wěn)定，超過裙板要求輪廓度要求。根據(jù)經(jīng)驗對焊接工裝進行優(yōu)化，增加壓卡并預(yù)制反變形，經(jīng)過工裝優(yōu)化后第5-14個裙板焊后輪廓度均滿足圖紙要求，且變形趨勢趨于一致。

表1裙板輪廓度測量表截面1截面2截面3裙板1-1-3-2裙板22-2-1裙板320.5-3裙板42-2-3裙板50.510.5裙板6-0.5-0.5-1裙板710.5-0.5裙板8-1-0.5-1裙板9-0.5-2-2裙板10-0.5-0.5-1裙板11-1-10裙板1210.5-1裙板13-0.5-1-1裙板140.510.54.結(jié)論經(jīng)過試驗驗證可以得出活動裙板自動焊接工藝能夠滿足焊接強度和裙板輪廓度要求，能夠?qū)崿F(xiàn)從焊縫清理到鋼印磕打的全自動化工藝流程，節(jié)省了人力，大幅度提高了生產(chǎn)效率。對動車組其他部件自動化生產(chǎn)有良好的參考意義。Re