摆动式自动焊接小车分析研究

薛俊伟　王德忠　王善俊

摘要：分析了侧墙下部与底架侧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，提出用摆动式自动焊接小车进行焊接作业，通过试验及实际生产验证，达到了很好的效果。

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.

关键词：摆动式;焊接小车;自动焊;缺陷

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

中图分类号：TG4                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0138-04

0  引言

时速160公里动力集中动车组是国家重大项目，属于“复兴号”自主标准动车系列，是公司的精品工程，更是今后一段时间大铁路的主力产品。但近期160公里动车组制造过程中出现了由于人工焊接导致的侧墙下边梁焊接部位油漆起鼓的质量问题，严重影响了动车的运行安全。为了避免出现此类质量事故，提高底架边梁与侧墙焊缝一次试水合格率，提出用摆动式自动焊接小车进行焊接作业[1，2]，通过试验及实际生产验证，达到了很好的效果。

1  原因分析及方案

时速160km动力集中型动车组车体为薄壁筒形整体承载结构，主要材质為耐候钢，板厚≤2.5mm时采用Q310NQL2，板厚为3～6mm时采用Q345NQR2，型钢和厚度>6mm的板材采用普通碳素钢或低合金高强度钢。底架侧梁采用槽钢拼焊而成，开有17～18mm的刨槽。车体总成时，侧墙板与底架侧梁刨槽处对接焊接后磨平。

底架边梁与侧墙焊缝焊缝长度长，每侧焊缝长度约24m，一直采用人工焊接，焊接工作量极大，且焊接接头较多。人工焊接由于人员技能水平、工作责任心等综合因素导致焊缝存在一定的缺陷，尤其是接头部位焊接质量存在漏水安全隐患，后期处理接头增加了作业时间和劳动强度。通过对NDJ3型内燃动车组（京八车）、尼日利亚铁路项目、160公里动力集中型试制项目等40辆车底架边梁包槽与侧墙下口组焊质量信息统计分析，得出如下结果，如图1所示。

对组焊质量再进一步综合分析，发现焊缝质量占比较大，进一步分解分析影响焊缝质量差的因素有五类，统计分析如表1所示。

通过表1可得出：侧墙下口与边梁连接处出现焊缝不良的频率较高。从焊缝的实现方式、工装设备、组装工艺流程出发，对焊缝进行焊接方式优化，减少焊接接头，提高焊缝质量，可显著提高焊缝一次气密性试验的合格率。采用摆动式自动焊接小车自动焊后，可降低焊缝的缺陷率。通过查取大量文献资料，并从可操作性、成本、稳定性等因素综合分析后，得出摆动式自动焊接小车研制最佳方案[3，4]，如图2所示。

2  实施过程及验证

摆动式自动焊接小车研制实施计划对策如表2所示。

2.1 设定履带长度

通过计算，得出了履带长度：

实际案例如图3所示，履带长度采用活动式关节实现移动长度不低于2M。

2.2 集成电器单元

选用高质量的硅管，在电路中引入负反馈，稳定静态工作点，实现漂移零点≤0.03Q，集成控制盒如图4所示。

2.3 显极同步电机

①预先设定焊枪的摆幅。

根据预先设定焊枪的摆幅士25mm，确定滑块的有效行程为60mm，摆速为0～200cm/min，确定了焊枪高度调节机构由一个步进电机驱动的滑块机构组成，该机构用于在高、低方向上调节焊枪，高度调节范围为50mm，位置精度为±0.5mm。

②通过焊枪夹持机构与滑块相连。

通过采用H62黄铜夹块利用螺栓夹紧将焊枪固定在滑块上，实现可调范围在2～12mm。

采用直线轨道和T型螺杆的连接，可实现十字滑块行程的自由调节，如图5所示，实现有效行程达到150mm。

2.4 MAG焊

选用80%Ar+20%CO2混合气集装格供气，选用合适的流量计。焊接工艺要求：气瓶内的气体压力大于1 MPa，工作温度在-30℃～55℃，工作流量在5～40L/min，插电式供电流量计。故选用CF-2503型电加热OTC流量计，气体流量达到14L/min。

2.5 选用送丝轮的结构型式——采用四轮式送丝机构（表3）

2.6 采用导轨式运行方式

①采用X型铝型材。铝型材的密度仅为2.70g/cm3，且X型的承载力可满足500N的技术要求，故选用X型铝型材。

②导轨采用齿条式，如图5所示。齿条式导轨具有传动力大，传动速度快，定位准确，偏差度≤0.5mm，可拼接得到任意长度。

采用X型铝型材支撑的齿条式导轨，可满足运行直线度≤1mm的要求。

2.7 磁性吸附

增加了控制调节开关后，方便磁极的使用，在闭合状态磁极不会吸附杂质。对于工件过程表面温度小于55°的要求，选用N38型钕铁硼强磁磁铁。磁铁吸力=体积×密度×600=5860×0.0075×600=26370g=26.37kg，满足单个磁铁吸附力≥25kg的要求。

2.8 模拟验证

现场对生产160公里动力集中型项目100辆车跟踪测量，两侧墙板七个区域（一、二、三、四位角、侧门位置、一位侧中部和二位侧中部）14个项点共140组（980单个）数据，通过整车统计汇总，利用“Mini tab”软件仿真分析，如图6所示。160公里动力集中型动车组侧墙下口与底架焊缝一次气密性试验合格率达成，并得到提高，如图7所示。

3  實际结果

采用摆动式自动焊焊接小车焊接焊缝成型美观，如图8所示;焊接接头大大减少，焊接质量稳定。现场对生产160公里动力集中型动车组项目实物验证和调阅100辆车车体边梁焊缝试水状态确认表，如表4所示，实测焊缝渗漏处为平均每车4处，且后续打磨工作量降低，打磨效率提升50%。160公里动力集中型动车组侧墙下口与底架焊缝满足检验标准。

4  结论

通过以上实施及验证，采用摆动式自动焊焊接小车进行焊接，不仅焊缝外观美观，焊缝质量极大地提高，完全满足焊接要求;同时已将试验中采用的行之有效的经验和方案纳入了组装作业指导书和焊接工艺规范等技术工艺文件中，并长期贯彻执行。

参考文献：

[1]林尚扬，陈善本，李成桐.焊接机器人及其应用[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]郑国云.移动机器人角焊缝轨迹跟踪仿真及智能控制系统[C].南昌大学硕士论文，2005.

[3]王彬.中国焊接生产机械化自动化技术发展回顾[J].焊接技术，2000，29（3）：38-41.

[4]张华，谷争时，潘际銮.爬行全位置焊接机器人半履带小车 [P].中国专利：02265203.5.2003-5-14.