天津市金桥焊材集团有限公司

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自动焊接技术在铁路货车制造中的应用

编辑:天津市金桥焊材集团有限公司  时间:2012/05/18  字号:
摘要:自动焊接技术在铁路货车制造中的应用
    1     前    言
    铁路货车C70A型敞车两端的端墙与端梁组对完成后,分别形成一条长度为2700mm的仰角焊缝(工艺要求焊角为4mm)。由于这两条焊缝分别位于长达13.53m的C70A型敞车车体的两端,所以无法使用焊接变位器将这两条仰角焊缝转变为位置适合的平角焊缝。在铁路货车制造行业中,C70A 型敞车车体表面的主要焊缝基本都已实现自动焊接,只有端墙与端梁的这两条仰角焊缝的焊接一直是由电焊操作工以手工仰焊的方式完成。
    2     原因分析
    经分析,C70A型敞车车体两端仰角焊缝的焊接质量不稳定的主要原因在于电焊操作工以仰焊方式进行焊接时,必须要同时满足焊枪与垂面成40°~50°的夹角、保持焊丝前端与焊缝中心距离为2mm左右、在起弧点至收弧点区间内进行速度均匀的横向移动三个条件才能保证仰角焊缝成形良好。这对于电焊操作工的技术水平要求非常高,而且焊接效率低、劳动强度大。
    3     解决方案
    为了提高焊接质量和焊接效率、减轻工人的劳动强度,必须采用自动焊接方式。为了使用自动焊接方式代替手工焊接方式完成C70A敞车端墙与端梁仰角焊缝的焊接,自动焊接装置必须能够在空间三维坐标系OXYZ,图1示出X轴、Y轴、Z轴三个方向协调运动,并且能够绕Z轴旋转。因此,自动焊接装置由“焊接运行控制系统”和“焊缝跟踪系统”两部分组成。
    “焊接运行控制系统”控制X轴方向上的焊接坐标和焊接速度等参数,其原理见图2。焊接运行控制系统采用开环控制,开环控制方式具有系统稳定性好、响应及时的特点,其运行精度可高达0.01mm。因此能够满足沿焊缝X轴方向按设定焊接速度和点位坐标进行精确运动的要求。
    由于C70A敞车端墙与端梁组对完成后形成的仰角焊缝沿X轴方向长度为2700mm,并且因组对误差和零部件尺寸误差的影响焊缝会在Y轴和Z轴方向发生偏移。因此“焊缝跟踪系统”必须能够及时的对焊缝沿X轴方向每一点在Y轴和Z轴方向的偏移量进行跟踪,并根据偏移量的大小带动焊枪在Y轴和Z轴方向进行相应的位移补偿,以保持焊丝前端与焊缝中心距离始终为恒定数值。“焊缝跟踪系统”采用激光焊缝跟踪器,其工作原理如图3所示。焊缝的位置特征和几何轮廓经激光焊缝跟踪器摄入并处理,然后送入图像采集卡经过A/D转换后成为8bit数字信号, 该数字信号以中断方式送入工业PC 的内存。工业PC调用图像处理程序进行图像预处理(滤波、增强)和图像后期处理(抽取焊缝中心线、检测特征信号点),得到偏差信号后,经控制算法得到控制信号,由控制器控制伺服装置做上、下、左、右四个方向的运动,调整焊枪自动对准焊缝。
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