焊接机械手在地铁转向架制造中的应用

任建

摘要 我国城市轨道发展迅速，也在不断扩大地铁网络。转向架作为地铁中极为重要的一个组件，如果出现问题将直接影响地铁正常行驶，发生安全事故。转向架的焊接主要采用焊接机械手来完成，焊接机械手能在高温、有毒等恶劣环境下作业，极大地提高了转向架加工制造的水平和质量。本文主要介绍焊接机械手在地铁转向架制造中的具体应用，总结出其应用在地铁转向架制造中的优点。

关键字：焊接机械手；地铁制造；转向架焊接

1.地铁发展及焊接机械手概述

我国人口数量众多，人口超过100万的城市近数百个，作为世界地铁的最大市场，我国地铁制造业也发展迅速，并且前景广阔。地铁十分重要的一个组件是转向架，因为地铁要稳速前进、停止、转弯，操作频繁，如果转向架质量不够好，将直接导致地铁运行出现事故。目前，地铁转向架的焊接主要采用焊接机械手。机械手主要运用于高温、危险、高温的作业环境中，随着经济发展迅速，机械手广泛的应用于医疗、搬运、卸料等行业中，由于运动灵活、操作方便，在各行各业中运用更加广泛。焊接是装备制造业中最常见的一项作业，焊接机械手可在烟雾较多和火花飞溅的环境中正常工作，并且能高效的完成焊接作业，在地铁转向架的制造过程中应用效果良好。

2.焊接机械手在地铁转向架中的具体应用

2.1 转向架组成

转向架主要有侧梁、横梁、构架、电动机吊架等工作部件焊接而成。转向架的主要材料是16MnR、Q345、Q235等低合金钢，由于转向架由众多部件焊接而成，其各部分所用到的焊接工艺也不同。转向架的焊缝较多，钢板材料较厚，达到8mm以上的钢板，其焊接工艺主要用多层多道焊接。转向架中侧梁外部的部分采用的是焊接机械手，部分小弧焊和环形焊缝采用的是小型自动焊接机械手，剩下较难或者细微的部分依靠技术较高的焊工进行焊接。

2.2 焊接工艺流程

（1）焊前准备

焊接机械手工作前，要检查转向架侧梁上的焊缝是否在20mm的范围内打磨光滑；焊缝位置是否干净、无碎渣、无油污等；还要检查焊接机械手的程序设定，其设定的工艺参数是否符合此次焊接作业，同时检查其启动是否正常。

（2）焊接参数

转向架中侧梁的焊接采用的是IGM焊接机械手焊接侧梁的打底层、填充层和盖面层，侧梁的材料是Q345R，其焊缝为10HY+a4的T型接头，主要焊接侧梁内外板、上下盖之间的四条焊缝。焊接的方法是采用熔化极活性气体保护焊，保护气体用富氩混合气体。

2.3 焊接机械手解决的问题

侧梁在焊接过程中容易出现的最大的问题是，焊接发生变形，实际生产过程中，构架侧梁焊接后经常出现扭曲变形的情况，造成后期和其他组件无法正常装配，影响正常的整机装配。侧梁发生扭曲的主要原因是，侧梁焊接时采用的多层多道焊接，在焊接时不容易控制层间温度，从而导致侧梁受高温而变形。而采用焊接机械手，则可以避免此类问题的发生。焊接机械手根据设定的编程，及自身安装多个温度传感器，以检测焊接过程中的温度，从而对焊接时焊弧温度进行调整控制。

人工焊接由于焊工技术水平不一，出现焊接不够精准的问题，影响焊接部件的性能。焊接机械手有追踪定位的功能，主要采用的是光学传感器和电弧传感器，可定位跟踪电弧，以确定其行程正确，保证焊接的精度。

2.4 焊后处理

侧梁焊接完成后，对高温焊接的位置可进行捶打，保证其硬度；对焊接机械手焊接过得地方，人工进行检查，对于边角处可进行打磨；检查侧梁的弯曲度，保证弯曲度在合理的范围之内；对焊缝进行标准的焊缝质量检测。

3.焊接机械手在地铁转向架制造中的优点

目前，国内地铁转向架制造中用到的焊接主要采用焊接机械手，其性能稳定，焊接质量较高。转向架在地铁行驶过程中，承受较大的外力，转向架的焊接质量是十分重要。传统的人工焊接，容易出现焊接不精准和不均匀的问题，机械焊接则可以有效解决这个问题。随着自动化时代的到来，越来越多的机械手技术也走进各行各业，焊接机械也逐渐走向智能化的方向，其中激光焊机和搅拌摩擦焊机能高质量的焊接厚度较小的材料。其中IGM焊接机械手操作稳定，同时机械手内安装有电弧传感器，是根据焊接时两焊接摆动点之间的瞬时电流差及时进行轨迹修正，实现了实际跟踪焊接的功能。焊接后，观察焊接处可知，通过IGM焊接机械手焊接后，无宏观裂纹、层间未熔合和夹渣等缺陷。焊接机械手在地铁转向架制造中具体发挥的优点如下：

（1）提高生产效率：焊接速度快，焊缝成型好，焊后处理时间减少，提高了整個部件组装的效率；

（2）焊接质量稳定：在焊接侧梁的长焊缝和不规则焊缝时，焊接机械手可以按照程序设定完成各项要求，焊接过程中焊接工艺参数设定后，可使每次焊接运动状态一致，在批量生产中焊接质量更加稳定，且具有一致性；

（3）改善工人的劳动条件：人工焊接时，容易受到弧光的灼伤和烟雾的闷呛，机械焊接则可以有效的避免人工操作时面临的恶劣的环境。

4.结论

通过上文的分析，可知，焊接机械手在地铁转向架的侧梁焊接中发挥着重要的作用，其焊接技术效率高、位置准确、质量高，转向架侧梁焊接质量良好，转向架的质量也有所保证，最终将直接提高地铁制造的质量。在使用焊接机械手过程中，工艺符合安全生产的条例，并且运用智能化跟踪监控，还可以进行焊接模拟，在地铁转向架中制造中应用较好。

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