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(jī)械手進(jìn)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(yùn)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。活動裙板由上下兩種型材組焊而成，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(diǎn)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(jī)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(jī)械手用吸盤抓取裙板進(jìn)行激光清洗。清洗完畢旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂將裙板型材放入焊接工裝胎位1，然后機(jī)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(jìn)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(jìn)行插接裝配并壓卡，于此同時機(jī)械手會抓取下一塊裙板型材進(jìn)行激光清洗并放入胎位2。第三步，焊接機(jī)械手對胎位1中已經(jīng)裝配好的裙板進(jìn)行焊接，先進(jìn)行反裝焊接，焊接完成后胎位旋轉(zhuǎn)180°進(jìn)行正裝焊接，焊接完成后工裝壓卡松開，機(jī)械手抓取裙板送至打磨工位，同時工裝變位機(jī)旋轉(zhuǎn)將胎位2旋轉(zhuǎn)至原胎位1位置，焊接機(jī)械手對第二塊裙板進(jìn)行焊接。第四步焊縫打磨，機(jī)械手將焊接后的裙板放置打磨工裝，打磨機(jī)械手進(jìn)行打磨，先正面后反面。第五步鋼印磕打，機(jī)械手將打磨好的裙板放到鋼印磕打胎位，鋼印磕打器進(jìn)行自動磕打，磕打完成后機(jī)械手將裙板放置物料托盤中，最后人工將裙板搬運(yùn)下來進(jìn)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(jìn)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(yùn)用激光對焊縫破口表面進(jìn)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(jìn)行焊前清理，激光清洗機(jī)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(qiáng)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(yùn)機(jī)器人及軌道系統(tǒng)、雙工位伺服變位機(jī)、自動壓卡工裝、打磨工裝、焊接機(jī)器人、焊接電源和傳感器系統(tǒng)等。焊接機(jī)器人采用igm的RTE496系列機(jī)器人，該系列機(jī)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(jìn)行操作。焊接電流范圍控制再30-500A，焊機(jī)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(jī)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(jìn)行清潔，清潔后進(jìn)行型材組對并點(diǎn)固。按照焊接工藝規(guī)程：G/TS-AL1-100-61027進(jìn)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(jìn)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(jìn)行清理后在焊接平臺上進(jìn)行裝夾，焊縫下方裝配永久鋁墊板焊接。焊接后進(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析，排除焊絲和保護(hù)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(hù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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