浅谈自动化焊接在全位置焊接上的应用

张晓峰、郭立明、高国星、李万君

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市 130062

摘要:本文介绍了自动化焊接在横梁管全位置焊接的应用，以及应用的原理和编程方法。

关键词：深圳地铁20号线；横梁管；IGM机械手；编程

前言

一个城市的发展，有许许多多的推动因素!其中一项就是交通的不断发展，而其中地铁的修建更是非常重要，城市轨道交通是惠及千家万户生产生活的系统工程，具有广泛而深刻的社会影响。建成后将具有很大意义:地铁的开通，促进了周边房价的上升-带动了周边一部分经历的发展;地铁的开通，促进了地铁这条线交通的发展，缓解了一带沿线的交通压力;地铁的开通，方便了一部分群体，解决了上下班耗费大量时间的问题;广州深圳地铁20号线正线全长8.36公里，暂设6个站点，是2018年会展中心开展的配套市政项目，深圳地铁20号线的建设对深圳的发展有着重要的战略意义。公司承接深圳地铁20号线项目的设计和生产，为了改善及稳定焊接质量，提高生产效率减少废品和返修量，公司利用IGM焊接机械手进行转向架横梁管等关键部位的焊接。

1 部件介绍

深圳地铁20号线转向架中横梁管管对接焊缝，设计结构为正面U型坡口，背面V型坡口，焊缝要求全熔透，焊缝质量等级PB，探伤方法采用X-Ray射线探伤，不允许气孔、夹渣和未熔合等缺陷存在。焊接质量要求非常高，为了保证焊接质量和生产效率所以采用自动电弧焊IGM机械手焊接。由于焊接角度、焊接方向、焊接参数等因素对焊接质量的影响，对于焊接程序的编制工作和技术应用都存在着很大难度。

2 实施过程

2.1 深圳地铁20号线横梁焊接程序的编制工作：

2.1.1 横梁焊接原理：

深圳地铁20号线转向架中横梁管管对接焊缝，外口焊缝为U型坡口环形焊缝，摒弃传统环形焊接方法（如图1），工件不动焊枪动的全位置焊接方式，利用焊机机器人与外部工装的联动性编制出了一种特殊的焊接方式（如图2），这种焊接方法是通过焊枪不动工件自转的方式，降低了焊机器人对焊接自由度的要求，具有良好的可达性，使焊接过程具有良好的稳定性且熔池铁水均匀，焊缝成形美观。

图1：传统环形焊缝的焊接方法

图2：左图为变位机工装自转方向，右图为焊枪不动工件自转焊接方式

2.1.2 横梁焊接操作法：

经过反复实践，我摸索出了“深圳地铁20号线转向架横梁管管对接MAG自动焊接操作法焊缝，不仅解决了这一焊接难题，还填补了这一焊接项目的空白，并得到外国专家的认定，，在本工序岗位上迅速得到推广使用，为公司完成深圳地铁20号线生产发挥了重要作用。操作法具体步骤如下：

第一步：焊前坡口准备。在坡口清理的时候要仔细认真的擦拭坡口两侧20mm处及根部，将坡口内的锈蚀、油等都清除干净，避免夹渣和气孔的产生（如图3.1）。

第二步：调整焊枪姿态。在焊接过程中始终要注意焊枪的高度和角度，过高会影响气体的保护作用，过低会引起导电嘴部位沾到过多的飞溅，容易影响送丝的流畅。焊枪与焊缝始终要保持在垂直于水平的角度，以防止在焊接的过程中出现烧上流或下流的现象（烧上流时易烧穿，烧下流时易产生未熔合）（如图3.2）。

第三步：正确修磨打底焊缝收弧坑及飞溅。打磨时必须将焊接时的飞溅及熔渣清理干净，防止填充及盖面时出现未熔合的现象，要特别注意弧坑处的打磨。

第四步：填充盖面时人工在线监控修正焊接参数。在焊接的过程中要时刻人工监控焊接参数的变化，保证焊接参数的输出值始终处于稳定的状态，查看电弧的位置是否始终保持在焊缝中心的位置（如图3.3）。在填充至打底层焊道的收弧点处时，要根据熔池状态人工控制适当降低焊接电流，升高电压，采取短而硬的焊接电弧（300A，27V）进行焊接，可以达到更好的熔深，避免在该处出现未熔合缺陷。

图3.1 图3.2 图3.3

2.1.3 横梁焊接程序的改进：

深圳地铁20号线转向架中横梁管属于重要部件，焊缝质量要求高，焊缝质量等级PB，探伤方法采用X-Ray射线探伤，不允许气孔、夹渣和未熔合等缺陷存在。但是环形焊缝起弧点与收弧点重合，形成接头，接头是最容易产生缺陷的部位，由于环焊缝的特殊性，起弧与收弧部分无法切除，所以无法排除接头内部可能存在的缺陷，可能会造成产品报废的成本浪费问题。管管对接焊缝需要打底、填充、盖面三层焊接，每一层都会产生焊接接头，经过反复实践与认真观察，使打底与填充焊接“一枪”化，经过对焊接参数的反复调试后，是的打底层与填充层连续焊接完成（如图4）中间不产生间断，这样两层只产生一个焊接接头，经过打磨处理后完成盖面层焊接。大大提高了产品合格率，降低了生产成本。

图4：打底层与填充层连续焊接成形示意图

这样不仅提高了生产效率还降低了产品产生缺陷的几率，

3 实施效果

到目前为止，深圳地铁20号线型转向架横梁管管对接MAG自动焊接四步操作法已经将横梁管焊接废品率从项目启动之初的10%，降至当前项目的0.5% 。城轨地铁转向架横梁管自动电弧焊焊接程序的编制和改进工作，由于可以满足批量化生产的需求，而且还能达到提效提能的效果，在公司同种生产工序上已经得到广泛的应用和熟练的掌握。

结论

本论文通过对编程的原理和编程方法的浅谈和叙述，可使一名初次接触横梁管焊接的操作者直观化的了解，使操作者尽快上手对设备的操作和对程序的了解，同时便于相关人员查阅机械手焊全位置焊接横梁管的原理和使用方法。提高焊接质量，减少质量缺陷形成的浪费。