铁路客车制造中焊接机械手的应用研究
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）08-0055-02
作为一种自动焊接技术，焊接机械手在欧美工业发达国家中的应用十分广泛，与手工焊和其他焊机相比可以获得更为稳定的焊接质量和更快的工作效率。我国铁路客车制造中引入焊接机械手是在九五期间，提升了客车制造的质量和效率，获得了较大的经济效益。焊接机械手的应用是一个复杂的系统性工业工程，与其他相关工业的技术水平的关系比较密切，因此焊接机械手的应用也经历了一个较长时期的发展过程。本文就铁路客车制造中焊接机械手的应用情况、存在的问题和对策进行探讨。
1 铁路客车制造中焊接机械手的应用
铁路客车制造中常用的焊接机械手有下面两种类型，一是无外围装置的焊接机械手，二是添加变位机和传感器设备的焊接机械手，下面进行具体探讨。
1.1 无外围装置的焊接机械手的应用
无外围装置的焊接机械手就是标准的焊接机械手本体，其不包含任何变位机和传感器系统，通常有6轴机械手，该系统适合焊接长度在1.2 m以下的需要较大焊接量的机车部件，铁路客车转向架的横梁具有方形的几何结构，有4道焊缝，板材厚度在16 mm，每个焊缝的长度大约1.1 m，具有V字形状的坡口，需要焊接3层，因此所需要的焊接量非常大，在其焊接中配合使用焊接变位机，可以实现与机械手的协同工作，这样可以以最小的投资实现对构架衡量的自动焊接工作。
1.2 添加变位机和传感器设备的焊接机械手的应用
1.2.1 龙门配头尾架变位器的焊接机械手的应用
该机械手的结构为龙门架上悬挂标准的焊接机械手，龙门支持机械手可以在其上移动6 m左右，龙门下面是一个可以调节行程的头尾架变位器，同时配置有电弧传感器、接触传感器、自动清理焊枪的外围配置等，该机械手多用于客车构架直侧梁的焊接，直侧梁厚度为16 mm，长度约4 m左右，每道焊缝的长度为4 m，焊接层为3层，这种较大的焊接量为机械手的使用提供了空间，也显示了机械手使用的优越性。
1.2.2 龙门配框架式双轴变位机的焊接机械手的应用
客车准高速构架侧梁焊缝是曲线与直线的组合，而要保证机械手焊接的质量，所有的焊缝应该在水平位置进行焊接，如果使用单轴变位器进行焊接，就必须在曲线位置实施立焊，否则不能保证焊接的质量。因此对于这样的客车准高速构架侧梁，应该采取框架式变位机和龙门机构相配合，使焊接机械手和焊接工件实现协同移动，从而保证焊缝在水平位置进行焊接，为了确保焊接作业以一定的速度效率进行，使用效率比单丝焊高一倍的双丝焊进行焊接。
1.2.3 配置L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手的应用
动车侧梁、客车构架的摇枕等工件的焊缝是一个闭环式的焊缝，如果使用头尾架或框架式的焊接变位机，就会在卡具夹持部分形成一个焊接盲区，这种情况下使用L型双轴变位器，以工件中心空位进行夹紧固定，就可以实现水平焊接，由于焊接工件的长度在3米左右，因此使用L型双轴变位器的悬臂式焊接机械手对工件进行焊接时，必须将工件两端锁死。
1.2.4 配置悬臂式行走机构焊接机械手的应用
铁路客车的车顶需要2条25 m长纵横焊缝和28条3 m长的环焊缝，因此需要的焊接量很大，使用手工方式对车顶腰横缝进行焊接时，其质量很难保证，为此需要使用在一个悬臂式行走机构上悬挂2个焊接机械手，悬臂可以在地面上前后移动30 m的距离，悬臂上的2个焊接机械手就可以自动地完成车顶所有的纵横焊缝的焊接，使用激光传感器对焊缝进行跟踪，这样可以很好的保证焊接质量。
1.2.5 铝合金客车部件焊接机械手的应用
铝合金客车的牵引梁、枕梁等工件中引入了焊接机械手进行焊接，设备的基本组成为一个悬臂式焊接机械手固定在长度为10米的轨道上并且可以移动行走，在轨道和焊接机械手的下方搭建焊接平台，铝合金工件使用气动卡具固定在平台上，配备激光传感器的机械手负责对铝合金工件进行焊接，这样可以获得稳定的焊接质量和可观的焊接速度。
2 铁路客车制造中焊接机械手应用中应注意的问题
作为一个复杂的综合系统工程，焊接机械手的顺利应用要求在应用对象、工件结构设计、设备配置、工序质量、人员素质等方面做好必要的配置和配备，这样才能保证工件焊接的质量、速度和效益。下面进行具体分析。
2.1 应用对象
焊接机械手适合焊接工作量大、辅助时间较短的工件的焊接，或者使用手工焊接或其他焊接方法无法保证焊接质量的工件的焊接，这样才能突显使用焊接机械手的优势。如果焊接对象所需的焊接量较小、辅助时间较长，特别是一些具有复杂几何构型、传感器使用困难的工件，这时使用焊接机械手进行焊接可能会比手工进行焊接更慢，这时就不应该选择使用焊接机械手，因此焊接机械手的应用对象选择上一定要注意工件的焊接量大小和辅助时间长短，同时应该确保使用焊接机械手可以完成对工件的全部焊接工作。要提高焊接机械手的工作适应性和柔性，机械手上的卡具安装更换应该保持一定的灵活性，以便可以为不同结构形式的工件进行焊接。
2.2 工件结构设计
要使用焊接机械手进行焊接，应该在工件结构设计时给机械手的焊接作业留出充足的空间，这是因为在实际的焊接作业中，更换焊枪或更改机械手焊枪设计要比优化工件结构的设计困难。使用机械手焊接时，电弧跟踪传感器对角接焊缝和V型坡口比较有效，而对打底焊缝和J型坡口封面焊缝的跟踪要差一些，所以在工件结构设计上应该尽量采用V型坡口角接焊缝。
2.3 设备配置
使用焊接机械手焊剂比较厚的板材时，一般使用电弧传感器和接触传感器，接触传感器多用于焊接初始点的寻找，电弧传感器多用于焊接过程中焊缝的跟踪，接触传感器使用过程中容易收到工件表面油污、底漆等的影响而导致焊接初始点寻找困难或不准确，所以在焊接机械手使用过程中，焊接初始点的位置应该事先予以准确定位，或者在产品设计之初就预留出弧点距离，使用电弧传感器进行跟踪。
2.4 工序质量
焊接机械手使用中要处理好工件的组对质量，根据实际情况灵活使用，要重点保证起弧处的组对质量和定位，对于特别的焊接位置进行特殊处理，适当的调整焊接程序，人工参与介入改变机械手自动化运行的模式，这在整体工业化水平不配套的情况下是十分有用的使用方法。
2.5 人员素质
焊接机械手在大部件的焊接中很难完全采用国外的模式，不可避免地要求焊接操作者灵活地使用焊接程序，因此焊接作业者的技能和素质要求也就相应的提高了，因此不但需要精通焊接工艺，还要学会机械手编程，并对焊接机械手的操作进行全程现场跟踪。
