半自动焊接工装在翼箱焊接中的应用

刘建锐，何维国，孟显利

（柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

翼箱是装载机前车架的主要部件（见图1），翼箱生产效率的高低，直接影响前车架的拼搭。为提高翼箱焊接效率，满足前车架拼搭需求，自行设计了半自动焊接工装，翼箱背缝、圆搭子与加强板的焊缝，实现了半自动焊，缩短了翼箱焊接时间，提高了焊接品质。

图1 翼箱部件图

1 结构特点分析

翼箱由内外侧板、后板、搭子、加强板和支撑板组成，是一个箱型结构。主要的焊缝如图2 所示。

图2 翼箱结构主要焊缝图

其中，翼箱背缝是两条最主要的焊缝，且焊缝平行，平焊时有一个上坡焊和一个下坡焊，只要解决这两个位置的焊接，则很容易实现半自动焊接；搭子与加强板可以焊接后作为翼箱的部件，且焊缝为规则的圆形，容易实现半自动焊接；其他焊缝在翼箱内侧，而且焊缝不规则，实现半自动焊很困难。

2 翼箱背缝半自动焊接工装

2.1 工装的组成

翼箱背缝半自动焊接工装如图3 所示。

图3 翼箱背缝半自动焊接工装照片

该工装由焊接小车、支撑架和随动机构组成。焊接小车可以购买，支撑架也比较简单，只要能够支撑翼箱使之平稳就可以。翼箱背缝为两条平行的焊缝，因此需要安装双焊枪同时焊接，提高焊接效率。因为要实现翼箱背缝上的上坡和下坡焊，因此随动机构的设计是此工装的难点，焊枪必须要能够随着焊缝抬起或者降低。

我们是采用在安装焊枪的机构内加装压缩弹簧的方式来实现的（如图4）。

图4 加装压缩弹簧示意图

而且在上坡和下坡的部位，各安装了2个调速限位块，用以控制焊接速度，实现了上坡和下坡焊接过程。

2.2 工装特点

该半自动焊接工装具有如下特点：

（1）焊接小车轻巧，方便，人工即可随意搬动；

（2）体积小，占地少；

（3）该工装工作前，调节好焊接的相关参数，通过小车带动双焊枪，能同时焊接两条平行焊缝，焊接品质好，焊缝美观；

（4）工人劳动强度小，相比人工焊接，工作轻松；

（5）焊枪的位置、角度等参数，可以通过调节支架来调整。

2.3 主要技术参数

翼箱半自动焊接采用的是MAG 焊，应用（80%Ar+20%CO2）混合气体作为保护气体的熔化极气体保护焊。由于MAG 焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观。MAG 焊的综合机械性能好[1]。经过多次试验确定的技术参数如表1。

表1 半自动焊接工装焊接参数表

3 圆搭子半自动焊接工装

3.1 工装的组成

翼箱搭子与补强板的半自动焊接工装如图5。

图5 翼箱搭子与补强板的半自动焊接工装

工装的设计主要由以下部分组成：

（1）传动部分。由电动机经过V 带传动，第一次减速到减速器，再经过减速器锥齿轮减速输出到减速器轴，再通过键连接，将运动传递到工件装载旋转轴（图纸中命名为轴承轴）。

此处关键的是轴承轴与轴承套的设计。因为有轴承支撑，必须考虑轴承的装配、预紧力、运动时的周向受力与径向受力、润滑与密封[2]。

其一，从装配方面来看，轴应该设计为两端向中间装配或者向同一个方向装配，此处选择的是两个圆锥滚子轴承背靠背装配，空转时该轴不受轴承径向力和周向力，装工件旋转时只受轴承周向力（工件和轴的自重除外）；

其二，轴承的预紧，采用的是轴上的螺母预紧；

其三，运动时的受力，将工件传来的径向压力传递到了整个设备的外壳上，使得该轴只受周向的旋转力；

其四，润滑与密封，采用的是毡圈密封，润滑脂润滑。虽然设计时考虑了润滑与密封，但从目前的情况来看，该轴运转的速度非常慢，不需要很高的要求。

上述这4个方面，是从该轴的功能要求考虑如何设计的，还有工艺方面的要求，主要是键槽设计时考虑如何对刀。

一般有两种方法做到顺利对刀：一是当轴受力不大时在键槽末端开槽；二是在键槽末端钻孔，切钻孔的直径应该大于键槽的宽度。表2 是传动部分各零件的型号。

表2 传动部分各零件型号表

（2）结构部分。结构部分是整个设备的基础部分。分由3个部分组成：电动机与减速器的连接以及整体的框架部分；焊枪的参数调节支架；支架的与整体框架的连接部分。

其一，整体框架部分考虑到主要是电动机与减速器的中心距，从而涉及到整体布局的问题；另外要考虑中心距的可调节，方便装配和使用后的张紧，这里做了一个长形孔的设计解决这一问题。

其二，焊枪的参数调节支架，采用的是半自动气割的支架，为外购件。该外购件能满足焊接时3个空间参数的调节。

其三，支架与整体框架的连接，此处考虑的问题，是焊接时工件与支架等各部分的干涉问题。

（3）控制部分。控制部分主要是采用时间继电器，做到焊接完成后自动停止。最先是考虑用行程开关，但用行程开关有两个问题无法解决：一是焊接收尾时无法超过焊接的接头；二是每次焊接开始时，不可能刚好调节到行程开关的开始位置，即使能调节那也是非常繁琐。

控制电路如图6。

图6 控制电路图

控制电路的各元件型号如表3 所列。

表3 控制电路元件型号表

3.2 主要技术参数

经多次试验，最后确定的焊接参数、电机速度和时间参数如表4 所列。

表4 半自动焊接工装焊接参数

工件要求：外表面不能有锈、油、氧化皮和其他杂质。

4 实施效果

50 C 型装载机翼箱背面焊缝长1 100 mm，根据表1 的焊接速度，可以算出焊接一个翼箱背面焊缝需要的时间为

1 100/400+1 100/330=6.08 (min)。

比机械手焊接翼箱背面焊缝20 min ，缩短了13.9 min，大大提高了焊接效率。

由表4 的数据可知：60 mm 的圆搭焊接时间为124 s，每个翼箱有两个60 mm 的圆搭，焊接时间为124×2 = 248 s，75 mm 的圆搭焊接时间为184 s，每个翼箱有两个75 mm 的圆搭，焊接时间为184×2=368 s。

每个翼箱4个圆搭的焊接总时间为

248+368=616 s ≈10.3 min，

比工人手工焊翼箱圆搭的平均时间25 min，缩短了14.7 min，提高了焊接效率。

5 结束语

翼箱半自动焊接工装结构简单，造价较低，使用方便，且可靠性好，经过1年时间应用，焊接品质稳定，焊接效率比原来手工焊接提高了24.8%，经济效益显著。该工装适用于厚板长直焊缝和圆形焊缝的焊接，在诸多结构件中均可推广应用。

[1]邱葭菲，蔡郴英.CO2焊、MAG 焊焊接对比试验及其在工程机械制造中的应用[J].热加工工艺，2006，（1）：11.

[2]李世军，王晓明. 网架杆件专用半自动焊接机床的设计与实践[J].机床与液压，2004，(3)：72-73.