轨道车辆不锈钢波纹板自动缝焊工艺开发分析

轨道车辆不锈钢波纹板自动缝焊工艺开发分析

赵月红

天津中车唐车轨道车辆有限公司天津300300

摘要：轨道车辆不锈钢车体的车顶波纹板采用分段搭接的通长薄壁结构，电弧焊接工艺性差，手工焊接效率低，焊接过程控制不当容易造成塌陷、烧穿等焊接缺陷；而且焊后的波浪变形无法满足后工序的装配要求。为提高波纹板焊后的外观质量和尺寸精度，避免电弧焊接造成的变形大、成型差等质量问题，满足后工序的装配要求；该处结构的连接方法确定为自动化程度高、焊接变形小、可实现永久密封的电阻缝焊工艺。电阻缝焊应用于轨道车辆车体制造，试验标准体系尚不完善。本研究的主要内容是建立波纹板缝焊的试验标准体系，结合产品结构特点制定缝焊生产工艺，完成轨道车辆不锈钢波纹板电阻缝焊的工艺开发。

关键词：轨道车辆；不锈钢；波纹板；自动焊缝；分析

1导言

在不锈钢车体的轨道车辆中，车顶的用料是一种用于装饰的波纹板材料，其应用于车顶形成了分段搭接的通长薄壁结构。在波纹板的应用中，一般会采用焊接的形式处理车辆与板料的连接，而通常采用的焊接形式是电弧焊接和手工焊接，由于这两种焊接形式的效率不高，工艺性又较差，所以在进行焊接的控制过程中，很容易造成烧穿、塌陷等严重的现象，这也就为焊后的修补工作带来了很大的麻烦，再加之焊后所形成的波浪变形也会很大程度上对后续的装配工作造成了大的影响。为了解决波纹板焊接过程中遇到的这些问题，提高工后成品的尺寸精度和外观质量，避免因电弧焊接的应用而形成的焊缝成形差和焊接变形大的质量问题的发生，达到工序装配的各项要求，在该结构的焊接中，已逐步形成了一种较为有效地焊接工艺，即电阻焊工艺。

2对于设备改造的论证

固定式缝焊机是从国外引进的一种焊接设备，但对于结构长、大的工件而言，要实现焊接的的自动化，是比较困难的。因此，就必须对原有的设备进行改造。而现有的改造方案有两种：一是固定式设备改造成为移动式设备，并次用驱动、导向系统对整个焊接过程进行控制，其工件是固定的；二是在原有固定式设备的基础上，只对设备焊接的连续能力进行了提升，其工件是移动式的。如果在设备的改造中，采取第一种改造方案，将传统的设备改造为移动式的缝焊机，并对固定式的配套工装进行增加，以此实现电阻缝焊的自动焊接，其不仅能够节约资源，还能利于焊接的稳定。而如果采取第二种方案，就无需对原有设备进行大的改良，但在进行长、大工件的焊接中，效果就不够明显。除此以外，场地还必须满足工件面积的两倍，这就很大程度上降低了作业面积的利用率，增加了制作移动工装的成本。再由于大型工装的移动会对焊缝质量造成严重的影响，无法满足结构的连续焊接，因此在实践中，此方案的应用使比较困难的。

3工艺装备的自动化改造

3.1固定式缝焊机改造为移动式缝焊机

为满足通长缝焊要求,设备改造项目如下：一是波纹板缝焊机改造原则上不改变缝焊机本身的结构。新增缝焊机走行部、采用滑触线式的受电装置、外部冷却系统、随动的供风管路。二是为满足通长件自动缝焊的作业要求,实现焊接小车的行进速度与缝焊滚轮线速度同步并进行精确的数字化控制,工进速度在0.4～3.0m/min无级可调,铺设通长轨道,采用齿轮、齿条传动,交流伺服电机驱动的形式,22m导轨全长定位精度±1mm、重复定位精度±0.5mm。高精度的导轨保证改造后的缝焊机运行平稳,满足波纹板自动缝焊的要求。三是缝焊滚轮随着使用磨损,滚轮直径逐步减小,使得小车行进速度和缝焊滚轮之间的线速度产生偏差。增加焊接小车控制系统中的可调代码和微调代码,实现焊接小车速度与焊接滚轮线速度保持同步,从而保证焊接质量稳定。四是为保证缝焊机移动时受电良好,在厂房原有梁柱的基础上沿工装全长方向架空铺设三相滑触线式的受电装置,简化了设备布线,有效利用了厂房空间,增加了台位作业面积。

3.2增设配套工装

为满足波纹板组装、连续缝焊的作业要求,新增配套工装,并重点考虑工装自动避让、通长工件组装时自动对正调整等功能。具体如下：一是为避免焊接过程中缝焊机的机臂与工装支承架相碰,待焊波纹板的支承架支腿为可伸缩的气缸,当缝焊机施焊需通过支承架时,支腿提前缩回,缝焊机走过后,支腿又伸出支承工件。这些动作的实现是通过安装在轨道上的红外线传感器自动感应距设备位置,然后将感应信号通过线路传输到主控制器,通过主控制器控制气缸的伸缩实现支承架的动作。二是配置自动横向送料装置实现通长波纹板横向移动、定位,减轻人工的作业强度,同时保证两块通长板的装配精度。

4焊接工艺试验

为验证固定式点焊机改造能否满足自动缝焊的要求,同时制定现车生产的焊接作业规程,按照JISZ3141缝焊的检查方法对改造后的缝焊机进行焊接性能鉴定以及焊接条件的确定。具体测试项目及验证内容如下：一是为验证波纹板自动缝焊缝的密封性,采取泄露试验法进行验证,测试结果为五个试件的水压均满足大于0.15MPa的密封要求标准值。二是在长500mm的波纹板缝焊试件中部300mm长度的区域内取焊缝纵向断面和焊缝横向断面各1个,计算熔透率均在50%左右,熔深和熔宽偏差均在5%以内,满足JISZ3141中熔透率20%～90%的标准要求。

5工艺制定

5.1通长波纹板组装

一是吊装波纹板至工装支架上,起动自动横向送料装置将波纹板横向传送至焊接作业区,采用活动卡兰刚性固定通长波纹板,保证波纹板放正放平。二是根据缝焊原理,缝焊是由一排连续焊点重叠搭接而形成的连续焊缝,因此单个缝焊点可用于工件组对点固。既减少了焊接变形,又为后续的连续缝焊提供了条件。利用焊接滚轮沿波纹板通长方向间隔1.2m从一端至另一端依次进行波纹板点固缝焊,点固缝焊参数与自动缝焊参数一致,通过控制缝焊滚轮的压紧通电时间为单个焊接周期,实现单个缝焊点的点固。

5.2开工前质量确认试验

自动缝焊机开工前需进行质量确认试验,以验证当前供电网压、焊机性能和预设的焊接条件等能否满足作业要求。根据现车使用的波纹板厚度,准备试板,制作试件,试板规格按照JISZ3141测试标准确定为50mm×250mm,搭接后进行缝焊,焊后试件采用凿子从侧面切入,观察焊缝是否熔合良好。如果从母材撕裂,则认为缝焊熔合良好。如果焊缝开裂,则需要调整参数,重新进行试验。

6结论

总之首先对传统的固定式缝焊机进行改造，能够实现缝焊机性能的提高和改良，改造之后的移动式设备能够满足波纹板的焊接要求，使焊接自动化的水平得到有效地；其次移动式的缝焊机设备具有稳定的焊接质量，其设备的性能非常的良好，同时也提高了车体的制造水平；最后在原有缝焊机的基础上，对其设备进行改造，可在很大程度上节省设备的投资资金，并促使经济效益的有效提高。

参考文献：

[1]于春洋,王悦东,丁陈.轨道交通车辆制造企业业务外包供应商评价体系研究[J].现代商贸工业,2019(16):30-33.

[2]周华龙,蒋建政,周昌盛,王小韬,袁玄成.减振轨道对地铁车辆动力学性能的影响研究[J/OL].铁道标准设计:1-7[2019-05-23].

[3]方黎明.新型跨坐式单轨车辆的主要特点及应用[J].科技风,2019(13):150-152.

[4]冯军.轨道车辆钢结构减重优化设计方法研究[J].内燃机与配件,2019(08):201-202.

[5]安博,徐伟,张晓军,崔岩,胡文浩.无损检测技术在轨道车辆转向架焊接生产中的应用[J].铁路技术创新,2019(02):19-22.

[6]韩晓辉,高瑞全,肖雪峰.不锈钢轨道车辆波纹板与侧顶板搭接接头焊接工艺试验研究[J].热加工工艺,2013,42(07):169-170+174.