转向架焊接质量提升：自动化技术确保轨道车辆安全与效率

xinxi1368

1. 概述

转向架是轨道车辆最重要的部件之一。作为转向架结构安装和载荷传递的重要部件之一，焊接时要求操作人员达到稳定可靠的焊接质量，以保证列车的整体强度。确保行车安全。

在过去的半自动化焊接工艺中，由于手工操作的不稳定，不可避免地会出现未熔合、未焊透、气孔、固体夹杂物和裂纹等焊接缺陷。这些焊接缺陷都会不同程度地降低焊接质量，影响焊接质量。接头性能，降低焊接结构的使用寿命，甚至造成重大事故。另外，半自动焊接时，焊工操作水平参差不齐，焊缝外观不美观，熔融金属堆积较多，增加了后续打磨、检验工序的工作量，产生大量焊缝。磨削很容易损坏母材并造成车间冒烟。同时，检验合格率低，由于多次返修、补焊、打磨，产品质量无法保证。当生产量较大时，很难满足生产要求。自动化焊接由于其固定的操作程序，焊接过程稳定，焊缝成型美观，质量可靠，焊后抛光量小，大大减轻了车间的劳动强度，能有效解决因焊接而引起的各种问题。上述半自动焊接。这不仅有利于提高转向架焊接自动化率，也为公司成​​为轨道交通装备行业世界一流企业奠定基础。

2 转向架横梁焊接结构特性分析

横梁结构如图1所示。B型地铁的横梁结构是由两根横梁钢管、两根纵梁、两根电机吊架和两根齿轮箱吊架组成的封闭“井”形。结构。横梁组成中，连接电机悬架座、纵梁、变速箱悬架和梁管的直缝焊缝自动焊接，电机悬架、变速箱悬架和梁管的环向焊缝自动焊接。焊接，其余焊接是半自动化的。整体梁组成中的焊缝大部分为环焊缝和管板T形接头中的直焊缝。其中纵梁组件、齿轮箱悬挂组件、电机悬挂组件与横梁钢管连接的主要槽型有10HY、12HY、15HY。

图1

3.IGM焊接机器人简介

(1)机器人本体及变位机

转向架构架梁部件采用奥地利IGM公司的IGM机器人进行焊接。该焊接机器人采用6轴设计，所有轴均由交流伺服电机驱动，并配备焊枪支架和焊枪碰撞传感器。整个系统采用全数字化控制技术，包括系统各部分、控制柜、焊接电源之间的通讯，全部采用数字化控制。整个系统采用总线连接，需要的连接电缆更少，数据处理更快，控制更精确。焊接B型地铁梁时，采用双联动C型变位机。它可以根据梁的结构和焊缝的相对位置，将焊缝调整到理想的焊接位置。

(2)IGM机器人系统

焊接系统采用奥地利公司全数字控制逆变焊接电源，适用于CO2/MAG/MIG脉冲、MAG和脉冲MIG焊接方法；适用于有效焊接区域的全方位焊接，焊缝达到TB/T 1580-1995及相关标准要求；机械手采用内置蒸馏水与酒精混合的防冻液闭路循环系统，并具有缺水报警装置；焊枪为单丝焊枪，采用一体式水冷焊枪，水冷却到导电杆和喷嘴。可实现数字化焊接过程控制，体现在控制精确、焊接性能可靠、焊接质量好。

4、自动焊梁组成

(1)焊接变形的控制

机械手的焊接部位主要包括纵梁组件、齿轮箱支架组件以及电机支架组件与横梁管之间的直焊缝和环焊缝。梁成型焊接后，主要焊接变形发生在梁垂直方向四个角的高度处。分析原因主要是机器人焊接横梁形成直焊缝的过程造成的。针对这一问题，将机器人焊梁组成的直焊缝的焊接顺序调整为同时打底、填充、覆盖。也就是说，所有焊缝先打底漆，然后填充，最后同时焊接覆盖层。同时，为了减少梁管垂直方向的变形，焊缝选择先中间后两侧圆弧，平面靠近梁中部。

本文对梁组成的焊接顺序调整有两个原则：①对称焊接的原则是控制焊接变形最小。 ②定位器反转次数最少的原则是为了提高生产效率。

通过对梁管机械手焊接后的变形进行统计分析，决定将焊接顺序调整为：立面底座→平面底座→平面填充→平面覆盖→立面填充→立面覆盖。

如图2所示，自动焊接梁直焊缝时，调整焊接方向，从梁中间位置起弧；如图3所示，在焊接梁垂直环向焊缝时，将焊接方向调整为从横梁管外侧向纵梁起弧，可以有效减少焊接变形的发生。

图2

图3

调整梁构件机器人焊接顺序后，梁构件焊接变形在3毫米以内，焊接变形得到有效控制。 99%的横梁构件只需一次火焰调整即可达到所需尺寸并移交给下一道工序。

(2)焊接缺陷的控制

机器人焊枪角度的调整：焊接过程中，焊枪的角度对焊缝的成型影响很大。以束管与电机吊架之间的环形焊缝为例，焊枪存在于垂直于束管的方向（即焊枪的行走角）。在一定角度时，保护气会将电弧向与焊枪倾斜方向相反的方向吹出，不利于焊缝根部的熔合。如果焊枪与束管方向平行的角度α（即焊枪的工作角）过大，过多的填充材料会在束管的一侧凝固，造成一侧咬边缺陷。束管的一侧和电机悬架一侧的凹槽。未填满；反之，如果焊枪工作角度太小，则汽车吊一侧的填充材料会凝固过多，造成梁管一侧未熔合，汽车吊一侧的铁水会凝固。跌倒并导致不融合。

试焊后，观察焊缝成型，得出结论：焊接基层时，将焊枪运行角度调整为90°，工作角度调整为70°（见图4）。这样的焊枪角度可以实现理想的基层熔透和焊缝成型，为二、三、四层的焊接打下坚实的基础。焊接二、三、四层时，焊枪的行走角度始终保持不变。 90°。在平行于束管的方向逐渐增大焊枪与束管的距离b，同时适当减小焊枪工作角的角度α。当到达覆盖层时，工作角度减小至约45°。这样的焊接覆盖层的焊枪角度可以满足焊脚的要求，并且形状美观，无焊接缺陷。

图4

焊接参数控制：①适当增大电流：在其他参数一定的条件下，电流与焊缝熔深成正比。因此，适当增大电流可以保证焊缝的熔深和熔合质量。 ②提高覆盖层电压：在其他参数一定的情况下，电压与焊缝宽度成正比。然后向覆盖层添加适当的电压可以确保覆盖层的宽度满足要求。 ③调整弧长修正量：适当减小基层中的弧长修正值，保证基层的熔深满足要求；适当增大覆盖层中的弧长修正值，使焊缝看起来美观。 ④适当提高焊接速度：在其他参数一定的条件下，焊接速度与焊缝强化程度成正比。针对改进前焊缝存在的补强过高、打磨量过大等缺点，可通过提高焊接速度来实现减量。残留高度过高、磨削量过多的缺点。 ⑤开启“脉冲焊接”方法：优点是焊接飞溅少，焊缝形状美观。

通过多次试焊和外观检查，总结出构成福州地铁转向架梁的梁管与电机支架焊缝的焊接参数，如附表所示。

5. 结论

(1)焊接机器人的使用可以稳定提高焊接质量，保证焊接质量的均匀性。在大体积工件的焊接中，机器人的优越性就明显体现出来。焊接机器人可以连续生产，改善工人的劳动条件，同时解放劳动力，集中更多优势焊工攻克其他困难，从而提高劳动生产率。

(2)通过调整焊接顺序、控制层间温度，解决了焊接变形大的问题。不仅减少了焊后调整和修复的工作量，而且减少了热输入，增强了转向架的整体强度。

(3)通过改进焊枪姿态和焊接参数，有效避免焊接缺陷的发生。降低了梁构件的返修率，节省了车间的生产成本，提高了产品的质量。

作者简介：付耀，中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心；中车唐山机车车辆有限公司转向架厂 范亚斌