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新聞資訊
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焊接機械手在鍛制管件構架生產(chǎn)中的工藝研究
        五軸數控機床加工高壓管件的精度建模
        鍛制管件構架作為鍛制管件轉向架設備安裝的鋼結構骨架,其主要承受鍛制管件上部重量、傳遞鍛制管件運行中的鍛制管件牽引力及各種振動(dòng),構架質(zhì)量直接決定鍛制管件運行是否安全、可靠。機械手焊接方法具有獲得高且穩定的產(chǎn)品質(zhì)量、美觀(guān)的焊縫成形,高效等優(yōu)點(diǎn),其正在鍛制管件產(chǎn)品焊接中取代傳統的手工焊接方法。本文主要介紹焊接機械手在鍛制管件構架框架生產(chǎn)中的焊接工藝研究及實(shí)際運用情況,為推廣到其他鍛制管件構架焊接生產(chǎn)提供借鑒。
1.概述
焊接機器人在焊接自動(dòng)化生產(chǎn)中占有重要的位置,該方法在西方先進(jìn)國家焊接領(lǐng)域中的應用日趨成熟。根據我國工業(yè)“2025”目標,鍛制管件車(chē)輛行業(yè)中正由手工半自動(dòng)焊接向焊接智能制造轉化,焊接機器人是鋼結構產(chǎn)品焊接智能制造的主要執行設備之一。焊接機械手作為焊接機器人的主要設備,其在產(chǎn)品焊接質(zhì)量穩定性、效率、焊縫外觀(guān)等方面大大優(yōu)于人工焊接,同時(shí)采用機械手焊接其生產(chǎn)周期相對固定和勞動(dòng)強度小,可以24h不停歇工作,是制造行業(yè)人工智能發(fā)展方向的必備設備。在鍛制管件車(chē)輛制造行業(yè)中,鍛制管件底架及構架框架的單梁部件雖引入機械手焊接已二十余年,考慮鍛制管件轉向架構架框架(本文簡(jiǎn)稱(chēng)構架,下同)結構的復雜性、工藝性及重要性,只有少數制造單位正在研究構架的機械手焊接工藝。機械手焊接工藝在我公司的鍛制管件底架及構架的單梁部件中也已成功應用多年,公司具有成熟的機械手焊接經(jīng)驗。本文重點(diǎn)介紹我公司在一種鍛制管件構架焊接生產(chǎn)中進(jìn)行的焊接機械手方面的工藝研究及應用情況,以期為后續焊接機器人在鍛制管件構架中的工藝推廣提供具有價(jià)值的借鑒。
2.鍛制管件構架的結構及焊接工藝性分析
(1)鍛制管件構架(見(jiàn)圖1)按EN15085體系設計,由左右側梁、橫梁和前、后端梁等箱型梁組成“日”字形框架。構架焊縫分別以“X”、”Y”軸對稱(chēng)分布,位于各梁之間的連接處:主要是V形坡口對接、對接加角接構成的復合T型接頭;焊縫數量多且長(cháng)度在200~500mm范圍;位置在空間位置;按EN15085體系規定,焊縫質(zhì)量等級均為CPB,焊接質(zhì)量要求高,要求焊后通過(guò)UT超聲波探傷+MT磁粉探傷+VT外觀(guān)檢查。
(2)構架材質(zhì)為我國鍛制管件行業(yè)廣泛采用的的16MnDR低合金高強度鋼,該鋼碳當量Ceq低于0.4%,焊接性好。鋼板厚度范圍在8~20mm,其焊接工藝需采用多層多道進(jìn)行焊接。
(3)構架焊接工序內容 首先,構架側梁上下蓋板與中間橫梁上下蓋板、前、后端梁下蓋板的對接焊縫。其次,構架側梁與前后端梁的單邊Y形+角焊縫。最后,構架側梁與各橫梁立板間的單邊Y形+角焊縫。
(4)接頭統計 根據構架產(chǎn)品焊縫結構形式及接頭統計,構架需進(jìn)行6項焊接工作試件
3.焊接工藝
(1)設備選型
考慮:①構架焊縫對稱(chēng)分布。②構架大部分焊縫施焊空間受限,焊槍的可達性要求高。③焊縫截面均為帶坡口的V型對接焊縫和單Y型角焊縫,機械手擺動(dòng)中焊絲尖端電弧電流/電壓波動(dòng)明顯。④存在構架組裝的尺寸及位置偏差和雙絲焊槍兩絲的不同步問(wèn)題。我們決定采用:帶電弧跟蹤方式(而不能采用常見(jiàn)的激光或其他附加的跟蹤系統)+單絲加長(cháng)焊槍的公司正在使用的IGM雙槍滑軌式焊接機械手RT1330S能滿(mǎn)足要求。該焊接機械手設備需通過(guò)模擬工作試件焊接后方能實(shí)施焊接工作。
(2)構架機械手焊接前的工藝質(zhì)量要求 ①?lài)栏窨刂茦嫾芸蚣軉瘟撼叽缂靶挝还顫M(mǎn)足圖紙要求。②組裝后要求對接焊縫間隙控制在3±1 mm、T型角焊縫間隙控制在0-2mm。③組裝后各焊縫位置坐標相對基準點(diǎn)的偏差在2mm以?xún)。④為消除組裝誤差給機械手打底焊接時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題,確保根部焊接質(zhì)量,對所有焊縫進(jìn)行采用人工MAG(135)方式打底焊,打底層厚度不超過(guò)3mm。
(3)焊工資質(zhì)要求 焊工均需在取得相應的ISO9606-1及EN1418資質(zhì)鑒定,同時(shí)通過(guò)焊接模擬工作試件后上崗。
(4)焊接工藝評定及試驗 為保證機械手焊接質(zhì)量,我們通過(guò)工作試件進(jìn)行工藝評定以確定機械手焊接參數。
第一,工作流程:按ISO 15614-1要求,需對機械手焊接工藝進(jìn)行評定,主要工藝流程為:焊接接頭統計→確定工藝評定項目→下達工藝評定試板→編制預焊接規程(PWPS)→機械手焊接并記錄實(shí)時(shí)數據→試件外觀(guān)檢查(100%VT)→無(wú)損檢測探傷(100%MT+100%UT(對接焊縫))→進(jìn)行破壞性試驗(金相+拉伸+正反彎曲試驗)→正式的焊接工藝規程(WPS)
第二,焊接工藝規范(WPS) 經(jīng)過(guò)焊接工藝評定,我們確定以下焊接工藝規范(WPS)。首先,對接焊縫:焊接位置PA,焊道布置為3層5道。
最后,角焊縫:焊接位置PC,焊道布置為2層4道,焊接參數如表4所示。
表4 角焊縫,PC焊接位置的工藝參數
第三,為進(jìn)一步驗證產(chǎn)品實(shí)物焊接質(zhì)量和機械手焊槍操作的可達性,我們進(jìn)行了實(shí)物模擬試驗。由于構架整體焊縫布置為對稱(chēng)結構,實(shí)物模采用半邊構架進(jìn)行,對構架上的局部可能影響機械手可達性的產(chǎn)品附件采用鋼板代替模擬。
根據以上工藝參數編制焊接工藝文件焊接,焊后對模擬試件焊縫按圖紙要求進(jìn)行無(wú)損檢測(NDT)并進(jìn)行解剖取樣(同種類(lèi)型焊縫每種兩段),并進(jìn)行金相和HV10硬度試驗,結果滿(mǎn)足要求。第四,模擬試驗后,發(fā)現各橫梁立板與側梁翼板、立板之間三聯(lián)焊縫拐角處,由于轉角太小,機械手無(wú)法進(jìn)行連續焊接,我們該處焊縫采用胎下人工進(jìn)行焊接處理。
4.構架機械手焊接的編程
構架機械手焊接的編程采用示教模式進(jìn)行。
(1)合理利用尋蹤定位系統,對焊縫的起弧位置進(jìn)行有效確認,如圖3所示,通過(guò)對三個(gè)方向進(jìn)行重復定位,重新定位焊接起弧點(diǎn)
(2)合理利用機械手外部軸與內部軸之間的聯(lián)合協(xié)動(dòng),焊做到雙槍對稱(chēng)施焊,如圖4所示,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下兼顧生產(chǎn)效率,首次填充層焊接單層后進(jìn)行翻面對稱(chēng)接,其他填充層按每次焊接2層進(jìn)行。
(3)由于構架上對接焊縫設計采用了引熄弧板,對接焊縫按正常焊接步進(jìn)行焊接,其余連接焊縫均需采用回焊處理,降低焊接接頭缺陷。
5.應用情況
我們在完成鍛制管件構架的機械手焊接工藝評定試驗及實(shí)物模擬試驗后,編制了該車(chē)型的焊接參數及規范,在通過(guò)首臺構架疲勞試驗驗證后進(jìn)行了該型鍛制管件構架的小批量生產(chǎn),該批構架已投入鍛制管件運行,用戶(hù)無(wú)質(zhì)量問(wèn)題反饋,說(shuō)明機械手焊接工藝應用于構架的焊接生產(chǎn)是可行的。截止目前為止,我公司在類(lèi)似的國內內燃、電力鍛制管件的轉向架構架產(chǎn)品中,共實(shí)現了11種不同車(chē)型構架的機械手焊接生產(chǎn)。
6.結語(yǔ)
我們選擇具有典型代表的一種鍛制管件構架進(jìn)行機械手焊接工藝評定試驗及實(shí)物模擬試驗,通過(guò)試驗獲得了合理的焊接參數及規范。其后進(jìn)行首臺驗證及小批量生產(chǎn),表明焊接機械手能滿(mǎn)足鍛制管件構架的焊接生產(chǎn),工藝可靠,為后期類(lèi)似的結構進(jìn)行機械手焊接工藝的編制及實(shí)施提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗,同時(shí)也為后期鍛制管件構架實(shí)現智能制造進(jìn)行一定的探索。
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