轨道客车转向架自动焊接技术应用现状分析
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摘要：随着轨道交通业的迅猛发展，国内外市场对高铁、动车组、地铁等各类轨道车辆产品的需求急剧增大。通过对国内外轨道客车生产企业应用自动焊接技术的现状及发展趋势进行分析，指出自动焊接技术的应用向设备规模化、排布集中化、作用主导化、生产节拍化、管理信息化方向发展，只要能够解决设计结构、工艺水平和操作水平方面的难题，自动焊接技术的应用和推广将存在较大的空间。
关键词：焊接机器人；轨道客车转向架；构架；应用现状
引言
轨道客车转向架构架的生产，总体上呈现出批量大、种类多、周期紧的特点。一方面要大幅提高转向架构架的焊接生产效率，另一方面作为轨道客车重要的承载结构，必须保证批量产品焊接质量的稳定性，并且逐步对构架外观质量也提出了更高的要求。因此，采用自动化焊接生产方式成为了一种可行的途径。对轨道客车转向架自动焊接技术的发展趋势进行预测，为进一步提升焊接自动化率，确保自动化焊接质量水平具有重要意义。
1轨道客车转向架构架焊接结构特征
与车体结构长直焊缝多、对接焊缝多、母材壁薄、双面焊接结构相比，转向架构架的焊接结构呈现出截然不同的特征：
（1）工件尺寸相对车体较小，长直焊缝极少短焊缝居多。在构架结构中，一般侧梁外侧立板与上下盖板的4条长焊缝是最长的焊缝，且沿着上下盖板的轮廓处出现拐弯。由于构架结构中多加强肋结构，受加强肋板阻隔以及部件尺寸较小原因，短焊缝数量大。在这种情况下，需要频繁地熄弧和引弧焊接，不易实现连续焊接，不利于发挥自动化焊接连续长时间、大批量焊接的优势。
（2）由于构架中加强肋结构普遍，因此焊接接头形式以T形接头为主，焊缝形式以角焊缝或单边Y形+角焊缝居多。为了保证自动焊接参数的可重复性，相比于对接焊缝，对坡口组装间隙和焊角尺寸提出了更加严格的要求。另一方面肋板结构较多，使得多处焊缝焊接可达性差，焊枪容易被阻隔而不能接近焊接位置，且由于构架及其部件焊接位置较多，为了调整至平焊、平角焊、船形焊等最佳的位置焊接，需要频繁变换焊接位置，这使得自动焊接设备的编程更加复杂。
（3）构架中以12mm以上的中厚板为主，在定位座牵引拉杆座等部件中的座块板板厚度可達50mm，必要时须进行预热，不利于实现自动化流水线焊接作业方式。中厚板坡口普遍采用多层多道焊接，变形相对不明显，易于保证空间点的定位，从而实现全自动化焊接。
（4）构架材质以低合金钢（如Q235，Q345）和耐候钢（如S355）为主，且由于多为中厚板，因此焊接变形相对铝合金车体部件焊接变化不明显，加之焊接工装夹具固定到位，易于保证焊接机器人作业程序中各空间点的位置，从而保证作业程序的通用性，实现批量化应用。
2轨道客车转向架自动焊接技术的应用现状
2.1转向架自动焊接技术工艺要求及特点
通过对转向架构架结构特征进行分析得出，采用自动焊接方法比较适合的作业方式是：多位置变换、频繁起停弧、焊接过程全自动化。因此，自动焊接技术的工艺要求也呈现出与车体迥异的特点。用于转向架构架焊接的自动焊接设备一般要求操作灵活，能够适应多位置变换的要求，易于实现焊接过程的全自动化，设备本身一般自带变位机，作为自动焊接设备的外部轴而实现内外轴联动，以达到最佳的焊接位置。
基于焊接过程的可达性和灵活性要求，自动焊接设备一般只使用单焊枪焊接，而不采用双焊枪；自动焊接的导向方式不采用车体焊接时常用的激光跟踪方式和导向杆机械跟踪方式，而一般采用电弧跟踪方式。为了实现更大的填充量，可采用单丝或双丝焊，但是双丝焊接应用较少。
由于转向架构架结构较复杂，平直焊缝少，钢材质比铝合金的导热性、高温黏性等均较差，因此一些新型的焊接方法难以实现，熔化焊接技术仍占据绝对的主导地位。
2.2轨道客车转向架自动焊接技术应用水平
转向架的主要焊接部件是构架，构架主要由侧梁组成、横梁组成、纵向梁组成以及附件等结构组焊而成。目前，在国内外轨道车辆生产企业中，自动焊接技术在转向架构架生产中的应用水平不尽相同，但是侧梁外侧长焊缝的焊接最为普遍，几乎所有主要的生产主机厂均实现批量化焊接生产。侧梁内腔的自动化焊接，由于受到内腔结构以及焊接设备和操作水平的影响，目前仅在长客、四方、庞巴迪等部分企业中应用。而对于横梁钢管对接结构内外侧圆周焊缝的自动化焊接，要求焊接过程中钢管沿轴向旋转，而焊枪姿势保持固定，并保证焊缝内部质量，属于工艺较独特，质量要求高的自动化焊接工艺，目前长客公司、株电公司、唐车公司等企业已经实现了自动化焊接。钢管结构的横梁组成的主焊缝焊接，在长客公司、四方公司、唐车公司等企业，已经率先应用。另外，北京地铁车辆装备有限公司、唐车公司等企业，也在构架组成自动焊接方面展开了深入的研究。诸如纵向梁、制动吊梁、定位座、电机吊座、齿轮箱吊座、牵引梁等其他部件，也根据结构不同实现了不同程度的自动化焊接。
总之，国内外主要的轨道客车生产企业都比较重视自动焊接技术在转向架制造方面的应用和推广。目前，我国主要转向架生产企业应用的焊接机器人数量均达到30～40台之间，形成了一定规模的自动化焊接生产线，焊接自动化率已达到50%～60%，在长度较长的焊缝、劳动强度大以及质量要求高的焊缝上已大量采用了焊接机器人焊接生产。
3轨道客车转向架自动焊接技术发展趋势
3.1轨道客车转向架自动焊接技术的发展趋势
轨道客车转向架自动焊接技术呈现出以下发展趋势：
首先，自动焊接技术的应用逐步向设备规模化、排布集中化、作用主导化方向发展，根本目的是最大程度地发挥自动化焊接的优势，大幅提升焊接自动化率。比如，西门子格拉茨工厂提出了将转向架机械手焊接比例提高到75%的目标。
可以预料，今后转向架的焊接将形成以自动化焊为主导，手工焊为辅助的焊接生产格局。从而对焊接生产线的长远规划及工位设置、组焊工艺的准备、手工焊工和机械手焊接操作工的比例设置等方面都提出了新的要求。 为了适应今后精益生产的要求，自动焊工序也将最大程度地满足节拍化生产的要求。焊接作业应实现全过程无人盯控作业，即实现焊接过程的全自动化。除此之外，自动焊接作业的辅助工序，如物流运输、工件装卡也向自动物流、自动装卡方向发展。例如：南车四方机车车辆公司拥有自动焊生产线，实现了全自动焊接，工件装夹、焊接、装卸、运输全部实现自动化；长春轨道客车公司现有10套机械手装备了自动化夹具，實现了全部构架梁自动装夹，大大提高了生产效率和产品质量。
信息化是自动化焊接生产作业管理的发展方向。为了保证自动化批量焊接生产的产品质量，国内外生产企业针对不同品牌的焊接机器人设备，均引入了焊接信息化管理系统，能够实现焊接机器人作业的在线监控、作业记录、结果统计、故障报告、数据传输等功能，从而实现对自动化焊接作业的全过程管控。
3.2轨道客车转向架自动化焊接待解决的问题
由于转向架产品结构复杂，焊缝种类繁多，存在较多的厚板长焊缝、可达性不良的焊缝、变换位置的焊缝以及数量较多的附件焊缝，因此，为了提高焊接自动化率，必须扩展焊接机器人的应用范围，这就需要从设计、工艺、操作和设备不同层面上解决自动焊接的具体问题。
4结束语
通过轨道客车转向架自动焊接技术发展趋势的分析，得出以下结论：
目前，我国主要的转向架生产企业都在一定程度上应用了自动焊接技术，形成了规模化的生产，自动化焊接率达到50%～60%以上。
基于轨道客车转向架构架尺寸具有相对较小、结构复杂、中厚板多、焊缝可达性差等特点，适合采用多位置变换、频繁起停弧、焊接过程全自动化的一般作业方式。
自动焊接技术的应用逐步向设备规模化、排布集中化、作用主导化、生产节拍化、管理信息化方向发展，只要能够解决设计结构、工艺水平和操作水平方面的难题，自动焊接技术的应用和推广仍存在较大的空间。
参考文献
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（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司
吉林省长春市 130062）
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