焊接转向架典型焊接结构疲劳性能与焊接工艺研究

郭庆华 曲彬彬

摘要：随着自动焊接技术的发展，在制造过程应用也越来越频繁。铁路客车转向架制造因其高质量要求，对自动焊接在实际制造应用提出了更高的要求，而通过对自动焊接制造质量影响因素的细致研究，找到自动焊接在应用过程中的薄弱点，除了可提高制造质量以及成本外，也会同时促进自动焊接设备、程序的进一步开发，使自动焊接技术的实际应用更便捷。通过对转向架自动焊接的实际应用，研究分析影响转向架自动焊接质量的影响因素，并提出可控的質量控制方法。

关键词：IGM;自动焊接;影响因素;实际制造;质量控制

引言

转向架自动焊接技术在现在的铁路客车转向架制造过程中已普遍应用，随着自动焊接应用的广度和深度不断加深，转向架自动焊接的质量保证也要求越来越高。尽管自动焊接的稳定性和生产效率上都有其明显的优势，但因制造过程的精度以及自动焊程序的不灵活性也表现突出，本文对转向架自动焊接方式焊接质量影响的主要因素进行分析研究，并提出可行的控制方法。

1 焊接质量影响因素

1.1 焊接部件的精度

由于转向架主要为板材焊接结构，大部分部件在构架组焊前已经经过较长的工序，包括焊接、加工等工序，部件尺寸已经发生变化，尺寸精度无法达到“精确”的水平。换言之就是部件之间的“互换性”不强，对于程序相对固定的自动焊接来说，部件尺寸变化对程序的稳定性产生较大的影响。

1.2 自动焊接设备的精度

现有自动焊焊缝位置确定是以焊枪端部为基准，以坐标系的形式进行体现，程序是否准确很大程度上取决于这个“坐标系”是否准确。影响这个“坐标系”的硬件因素主要有TCP和机械零位两点。

1.2.1 TCP。TCP又称工具（焊枪）中心点，所有自动焊程序中焊接轨迹都是以此点的坐标而定，此点位置是否正确直接影响了焊枪是否能以预定轨迹运行，对程序的稳定性起到决定性作用。

1.2.2 机械零位。机械零位是编程“坐标系”的零点，所有程序步点的“坐标”都是相对于零位而言。一旦零位发生改变，该设备的程序中所有步点的位置都将同时发生偏移，直接影响程序的准确性。

1.3 寻点定位的影响。程序编制完成后并非完全一成不变，考虑到工件精度以及装夹精度的影响，机器人内部允许对程序进行自动修正，这个修正主要靠焊枪喷嘴的寻踪定位来实现，简单来讲就是利用带电的喷嘴与工件接触来实现对工件的定位，从而对程序进行修正。因此定位是否准确取决于喷嘴与工件接触是否良好，任何影响接触的因素，都会对寻点的精度产生影响。

1.3.1 焊枪喷嘴。焊枪喷嘴是寻踪定位的主要介质，喷嘴表面在焊接过程中会附着灰尘、油污等杂质，这些杂质会造成寻点时喷嘴的导电性，造成喷嘴与工件接触不良，影响寻点的准确性。

1.3.2 导电嘴。正常情况下寻点时仅喷嘴带电，而导电嘴本身并不带电，但是由于焊接时产生的飞溅堵塞在喷嘴内部，有可能使喷嘴与导电嘴连通而使焊丝带电，寻点时可能出现焊丝取代喷嘴与工件接触的情况，影响寻点的准确性。

1.3.3 部件寻点位置异物。同理，部件寻点位置异物对寻点易会造成影响，如飞溅的焊豆等。

1.4 操作监控人员。自动焊接的实际应用中，程序编制的再完美，也会有特殊异常情况，在转向架制造质量高要求、高成本的现实情况下，为减少制造损失以及设备清理维护，按需设定自动焊接设备操作监控人员，自动焊过程是在人的监控下完成。操作者根据实际情况对焊接过程中的异常状况进行应对。涉及控制程序的微调，涉及焊接异常的停止及恢复，涉及焊接缺陷的辨别以及优化等。由于操作者自身技能水平并不完全相同，在异常处理能力以及缺陷判断能力上有所差别，这些差别会对焊接结果产生主观上的影响。

2 质量控制措施

而为了提高部件的精度，我们除了采用正常的工艺手段保证外，还采用了一些“人为”干预而达到我们的需要。我们以转向架焊接的横梁焊接为例，部件焊缝示意图示见下图。 上图中横梁焊接部件自身就是一个结构比较复杂的焊接部件，而为保证构架组成尺寸要求，此焊缝位置必然会存在间隙不统一的情况，而不同的组焊间隙对基于固定点寻点后焊缝的截面位置必然会与实际位置有所偏差，从而造成焊缝坡口未填满，焊宽不足等问题。对此在现有的转向架焊接的工艺制造能力下，要求保证焊接前小部件焊接偏差控制于1mm之内，而保证横梁组焊后组装间隙处于0-2mm，在此条件下，机器人寻点焊接质量可以得到控制。 另外0-2mm的坡口焊接间隙对于机械人来说无法判断，而采用固定参数焊接可能出现焊接未熔透，尤其由于机械人使用的脉冲焊接会出现焊接熔穿的问题。而在此情况下，我们采取了人工底焊预处理的方式，同样的，为保证后序机器人焊接同一性（保证焊接后焊缝的高度），底焊层需要达到标准化。经过实际制造验证，在采取以上措施后，可避免90%异常质量事故，大大减少了自动焊接后的人工返修量，节约了异常事故设备损坏，降低了配件损耗成本。

结论：

转向架构架是铁路客车的主要承载部位，它的疲劳强度对铁路客车行驶的安全性能影响巨大，其疲劳可靠性也受诸多因素的影响。随着铁路客车的速度在不断提高，承载乘客和货物的承载量在不断加大，为了确保铁路客车在行驶过程中的安全我们需要对转向架构架焊接接头疲劳可靠性进行深入研究，尤其在焊接设计阶段，我们要充分考虑分析转向架构架的结构和它焊接成型的特点准确的对焊接疲劳可靠性进行评估，准确的评估出焊接疲劳可靠性有助于提高铁路客车的行驶性能和极大解决铁路客车安全性的问题，对于我国交通运输业的发展也是起到了推动性的作用。

参考文献

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