构架机器人自动焊气孔缺陷分析及解决方案

2016-06-27张永杰张福瑞

轨道交通装备与技术 2016年4期

关键词：焊枪构架转向架

张永杰张福瑞

(1.青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司山东青岛 266111；2.山东省莱阳市农机监理大队山东烟台 265200)

构架机器人自动焊气孔缺陷分析及解决方案

张永杰1张福瑞2

(1.青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司山东青岛 266111；2.山东省莱阳市农机监理大队山东烟台 265200)

CRH1A-250型高速列车转向架构架主要焊缝都是采用机器人焊接工作站完成。在前期试验及生产中，出现了多例气孔缺陷，文中研究了气孔缺陷产生的原因，并提出了解决方案。

机器人自动焊；气孔缺陷；解决方案

CRH1A-250型高速列车转向架是庞巴迪集团为中国高速铁路设计的转向架，基于机器人自动焊接优点[1]，该转向架构架上的主焊缝都采用了机器人自动焊接。在前期试验及生产中，通过无损检测发现，气孔缺陷的发生频率很高，出现气孔缺陷后需要消耗大量的人力物力进行返修，同时也降低了自动焊的生产效率，所以必须找到气孔缺陷产生的原因并加以解决。

1 机器人自动焊接气孔缺陷

CRH1A-250型高速列车转向架构架主焊缝采用奥地利生产的IGM焊接机器人配合L型变位机组成的工作站进行焊接(见图1)，在前期的试验及生产中，经常出现如图2所示的气孔缺陷。

图1 机器人焊接工作站

图2 气孔缺陷

2 气孔原因分析及解决方案

根据气孔在焊缝上的位置，气孔缺陷通常分为3类：起弧气孔、整条焊缝出现气孔及不定位置的偶发气孔。

2.1 起弧气孔

起弧气孔的典型特点是在起弧处产生气孔(见图3)，经过一段时间后气孔消失。

图3 起弧气孔

原因分析：(1) 开机后焊接第1条焊缝时保护气体管路中存在空气等其他杂质；(2)机器人在撞枪后水冷喷嘴漏水，外部很难看到，起弧焊接时水汽进入熔池产生气孔，经过一段时间焊接后，水汽被高温蒸发，焊缝不再产生气孔缺陷；(3)起弧时焊枪姿态不佳造成保护气体作用不良，未起到有效保护熔池的作用。

解决措施：(1) 机器人开机后在焊接前打开焊机预送气功能，同时增加延迟起弧功能，焊接第1条焊缝时，机器人控制延迟起弧2 s，而焊机预送气也设置为2 s，在2 s内气体管路中的空气等杂质被吹除，起弧气孔缺陷消失；(2)机器人在撞枪后，正式焊接工件前先在试板上进行试焊，以去除焊枪中残存的水汽；(3)调整起弧处焊枪姿态，保证保护气体发挥作用。

2.2 整条焊缝气孔

整条焊缝气孔的特点是焊缝从起弧至收弧存在气孔缺陷，且气孔较密(见图4)。

图4 焊缝气孔

原因分析：(1)机器人焊枪喷嘴由于飞溅发生堵塞，造成保护气体出口不畅，易使得整条焊缝产生气孔；(2)气体不纯，由于机器人焊接效率高，需要使用管路气体，而非常规瓶装气体，若气体管路中存在杂质或者存在漏气现象，则容易出现整条焊缝气孔缺陷；(3)机器人焊枪密封不良导致水冷焊枪漏水，由于机器人焊接电流大，焊接暂载率高，需要使用水冷焊枪，水冷焊枪与机器人连接轴处采用密封圈密封，若密封处漏水，则整条焊缝肯定出现气孔缺陷。

解决措施：(1)针对机器人焊枪喷嘴易被堵塞的问题，增加机器人焊枪自动清枪装置，在焊接程序中增加定时自动清枪功能，有效解决了喷嘴堵塞导致的气孔缺陷；(2)针对气体不纯导致的气孔，在管路中气体进入机器人之前，增加气体过滤设备，以保护气体纯度，同时定期对气体管路进行清理，可消除由此导致的气孔缺陷；(3)针对漏水原因导致的气孔，设备部门根据统计情况编制机器人密封件定期维修更换计划，以防止由于漏水导致的气孔缺陷。

2.3 不定位置的偶发气孔

不定位置的偶发气孔的特点是气孔不一定发生在什么位置，但气孔产生的规律相同(见图5)，即刚开始出现几个气孔，随着焊接的进行，气孔产生的数量越来越多，到最后出现簇状气孔后，后面的焊缝又恢复至正常无气孔状态。