转向架空簧座板自动化焊接工艺开发

樊亚斌，毕越宽，付 瑶，胡文浩

（1.中车唐山机车车辆有限公司 转向架厂，河北 唐山 063035；2.中车唐山机车车辆有限公司 转向架技术中心，河北 唐山 063035）

转向架空簧座板自动化焊接工艺开发

樊亚斌1，毕越宽2，付 瑶2，胡文浩2

（1.中车唐山机车车辆有限公司 转向架厂，河北 唐山 063035；2.中车唐山机车车辆有限公司 转向架技术中心，河北 唐山 063035）

以转向架生产中的直径320mm空簧座板与侧梁上盖板周圈a4焊缝的自动化焊接为例，从空簧座板使用机械手焊接过程中的难点入手，总结出自动化焊接空簧座板等类似圆形焊缝时的4个难点：①焊枪6轴变化角度大，容易缠绕焊接电缆造成焊接过程中电弧不稳；②工作步点难以分布均匀，按顺序的步点添加方式无法达到理想效果；③焊接参数的选择范围较小；④焊缝接头位置易产生焊接缺陷。通过选择合理的起弧收弧位置、改进工作步点添加方式、调整接头位置的过焊距离以及选择合理的焊接参数，提升该部位自动化连续焊接的质量，为其他圆形焊缝的自动化焊接提供参考。

自动化焊接；圆形焊缝；空簧座板

0 前言

空气弹簧能够保证车辆自适应载荷，更好地隔离路面的冲击、振动和噪声，提高舒适性。空簧座板与侧梁上盖板的连接焊缝为a4周圈角焊缝，如图1所示，质量等级为CPC1级，需要进行100%磁粉探伤。由此可见，空气弹簧座板需要很高的焊接质量。在以往半自动化焊接过程中，由于手工操作的不稳定性，难免会出现单边未熔合、未焊透、固体夹杂和裂纹等焊接缺陷，而这些焊接缺陷均会不同程度地降低焊接质量，影响接头性能，减少焊接构架的使用寿命，甚至会造成重大事故。此外，半自动化焊接时焊工操作水平参差不齐，焊缝成形不够美观，熔化金属堆积较多，增加了后续修磨交验等工序的工作量，而且大量的打磨容易伤及母材并造成车间烟尘。同时，交验合格率低下，多次修磨、补焊、再修磨重复工作，无法保证产品质量，在生产量较大的情况下难以满足生产要求。

图1 空气弹簧座板与侧梁上盖板连接焊缝示意

1 焊接难点分析

转向架空簧座板与侧梁上盖板连接焊缝的形式为a4角焊缝，要求一层一道，自动化焊接完成。机械手焊接空气弹簧座板有4个焊接难点，分析如下。

（1）难点1。机械手6轴变化角度大，缠绕焊接电缆造成电弧不稳定。为了保证在焊接过程中焊枪的行走角和工作角始终保持一致，提高焊接过程稳定性[1]，机械手的6轴需要进行360°旋转。CLOOS机械手是6轴外置焊接电缆式机械手，即焊接电缆会随着6轴角度变化而旋转。但焊接过程中经常出现焊接电缆缠绕机械手的情况，如图2所示，导致出丝不稳定的现象，从而造成电弧不稳，产生焊接缺陷。

图2 焊接电缆缠绕示意

（2）难点2：工作步点很难分布均匀。由于空簧座板的直径为320 mm，所以在编程时至少加入9个工作步点才能保证焊接过程的稳定性。但是如何将9个工作步均匀分布在圆环焊缝上，操作者肉眼观察难免会因观察角度受限造成视觉误差。若工作步点分布不均匀，会导致焊缝成形不美观，乃至产生焊接缺陷。

（3）难点3。焊接电流参数的选择范围较小。空气弹簧座与侧梁上盖板的边缘距离只有10 mm，如图3所示，对焊接参数的要求比较严格。电流参数过大会造成侧梁纵向咬边；若焊接参数较小，则会造成熔深不够，焊脚大小达不到要求。

图3 焊缝距板边距离10 mm示意

（4）难点4。焊缝接头位置易产生焊接缺陷[2]。焊接缺陷往往出现在焊缝的起弧、收弧接头等位置，由于空气弹簧座板的焊缝起弧收弧接头在同一位置，所以焊接缺陷出现的几率相当高。

2 解决方案

2.1 焊接电缆缠绕问题

2.1.1 调整起弧位置

将机械手内部1～6轴合理摆放至最佳位置，然后垂直下降外部的RS轴，使焊枪可以顺利完成焊接。通过观察机械手6轴在旋转360°前后焊接电缆未过紧缠绕机械手的位置，确定此道焊缝的起弧位置。起弧和收弧位置示意如图4所示，通过大量的模拟试焊，将此道焊缝的起弧位置定在空簧座板相对于构架2点钟的位置最为合适。

2.1.2 合理选取6轴的变化区间

机械手的6轴旋转空间理论为-360°～360°。但由于焊接电缆为外置式，随机械手的旋转而旋转，旋转角度特别大时会导致焊接电缆缠绕在机械手手臂上，造成出丝不畅，影响电弧的稳定性。为了保证焊接过程中电弧的稳定，焊接电缆必须时刻保证正常的伸展[3]。完成此道焊缝的焊接，机械手6轴需要变化约365°。通过大量的模拟试焊，决定将机械手6轴的变化区间确定在-180°～185°，确保焊接电缆的实时舒展，进而保证焊接的稳定性。

2.2 工作步点的加入方式

空簧座板直径较大（320 mm），在编程中至少需要9个工作步点。以往的编程方法是将工作步点1～9逐一添加到程序中，如图5所示，但视觉误差和观察位置的局限性会导致工作步点分布不均匀，从而产生焊接缺陷。通过反复研究采用新的选点方法，如图6所示。改进后工作步点是先选取4个特征点，4点即可确定一个圆，剩下的工作步点通过机械手模拟运行来确定，利用机械手的插入命令将几个工作步点添加到程序中，成功解决了工作步点分布不均匀的问题。

图4 起弧和收弧位置示意

图5 以往工作步点添加顺序

图6 改进后工作步点添加顺序

2.3 焊接工艺参数的匹配

空气弹簧座板焊接设备采用CLOOS ROMAT 350焊接机械手，配合CLOOS电焊机。焊接工艺参数主要包括焊接速度、电流、电压等[4]，焊接线能量一定的情况下，电流主要影响焊缝熔深，电流越大，熔深越大，越有利于焊缝的熔透，但是过大的电流会导致焊穿。电压主要影响焊缝宽度及成形，电压越高，焊缝宽度越大[5]。通过不断尝试新的焊接参数，得到参数如表1所示。

表1 焊接工艺参数

2.4 接头位置的处理

2.4.1 调整接头位置的过焊距离

过焊距离过小会产生焊缝接不上缺肉等缺陷，需要进行补焊再打磨处理。过焊距离过大会出现过焊位置铁水下坠，产生接头位置焊缝厚度过大的缺陷。根据焊脚尺寸为a4，结合起弧位置的成型，最终确定此道焊缝的接头位置过焊距离为8 mm。

2.4.2 改变过焊位置焊接参数

过焊位置的焊接参数过小会出现层间未熔合缺陷，需要返修处理；过大则同样会出现铁水下坠，造成焊缝厚度过大。结合过焊距离以及观察焊后成形，指定收弧接头过焊位置的焊接参数如表2所示。

表2 收弧接头过焊位置的焊接参数

3 结论

（1）通过调整起弧位置和合理选取6轴的变化区间，解决焊接电缆焊接过程中由于旋转角度大缠绕在机械手手臂上，造成出丝不畅，影响电弧的稳定性的问题。

（2）采用新的工作步点编辑方式，并运用机械手的插入功能，解决以往工作步点编辑方式容易出现视觉误差和观察位置的局限性导致出现工作步点分布不均匀的问题。

（3）选取合理的焊接参数为焊接出高质量的焊缝提供保证。

（4）通过调整过焊距离和改变过焊位置焊接参数，减少焊缝接头位置的焊接缺陷，保证焊接质量。

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[2]卢峰华，刘志平，刘春宁，等.高速列车铝合金车体焊接检测计划的制定与实施[J].焊接技术，2009，38（3）：53-55.

[3]王慧.自动控制和数控技术在焊接设备中的应用[J].河南科技，2014（17）：128-129.

[4]王开龙.关于对化工设备焊接工艺规程的分析[J].民营科技，2013（12）：110.

[5]李晋梅，雷毅.用数值模拟方法研究焊接工艺参数对熔池几何形状的影响[J].电焊机，2008，38（5）：50-52.

Development of automatic welding technology for air spring bed plate on bogie

FAN Yabin1，BI Yuekuan2，FU Yao2，HU Wenhao2
（1.Bogie factory，CRRC Tangshan Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China；2.Bogie Technical Center，CRRC Tangshan Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

Based on automatic welding of air spring bed plate with a diameter of 320 mm and a4 fillet welds that are circumferential on the side beam upper cover plate in the production of the bogie，starting with the difficulties in the welding process of air spring bed plate with manipulator，there are four difficulties in the automatic welding of air spring bed plate and similar circular welds are summarized and solved.These difficulties are:1.angle change of six-axis welding gun is too large to easily wind around the welding cables，which leads to instable arc in the welding process.2.It is hard for work step points to distribute uniformly，and it can not achieve ideal effect with the addition method of work step points in the order.3.Narrow select range of the welding parameters.4.Welding defects are easily generated in the position of weld joints.Through choosing reasonable position of arc strike and arc extinction，improving the addition method of work step points，adjusting the over weld distance of joint positions and selecting reasonable welding parameters，the automatic welding quality is improved and an reference is provided for automatic welding of other circular welds.

automatic welding；circular weld；air spring bed plate

TG409

A

1001-2303（2017）09-0098-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.21

本文参考文献引用格式：樊亚斌，毕越宽，付瑶，等.转向架空簧座板自动化焊接工艺开发[J].电焊机，2017，47（09）：98-100.

2017-03-16；

2017-05-10

樊亚斌（1984—），男，高级技师，本科，主要从事转向架机器人焊接编程的研究工作。E-mail：chouya 521@163.com。