一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接方法及系统与流程

本发明涉及轨道车辆焊接技术领域，特别是涉及一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接方法及系统。

背景技术：

随着订单量增加以及厂房面积的限制，要求在原有厂房面积不变的条件下来提升单位厂房面积的利用率，达到3辆/天的产能，这要求在不增加机器人占地面积的条件下来提升效率，现有的横梁机械手焊通过双丝焊接来提升焊接效率，双丝焊接对横梁结构、焊接位置要求较高，对于地铁类横梁，由于结构差异，存在大量的50mm钢板件与横梁钢管的环焊缝，该类焊缝较短，焊接空间较小，如采用双丝焊提升效率，难以控制焊接质量。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提升横梁焊接效率，有效控制焊接变形。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接方法，其可以包括如下步骤：

步骤一：确定样板焊缝：通过焊接样板完成横梁结构模拟，根据焊接角度以及焊缝位置确定样板焊缝的具体形式，样板焊缝包括由内到外焊接而成的预处理层、填充层和盖面层；

步骤二：确定焊接顺序：总体焊接遵循船型位置对称焊、先焊填充层后焊盖面层的焊接顺序，采用正面焊接—背面焊接—正面焊接—立焊—立焊的焊接顺序；

步骤三：确定焊接参数：分别确定预处理层、填充层和盖面层的焊接电流、电压、焊接速度和送丝速度；

步骤四：控制预处理质量：包括控制焊道压接质量，控制堆焊接头质量。

步骤一中，采用机械手焊接的样板焊缝位置包括纵向梁组件与横梁钢管焊缝，电机吊座与横梁钢管焊缝，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝，牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管外侧焊缝。

步骤一中，样板焊缝中的预处理层由人工焊接而成，预处理层全部焊接完成后，由机械手焊接填充层，填充层全部焊接完成后，由机械手焊接盖面层。

步骤一中，样板焊缝的具体形式包括：纵向梁组件的上盖板与横梁钢管焊缝包括8道，其中，第1道为预处理层、第2～3道为填充层、第4～8道为盖面层；纵向梁组件的下盖板与横梁钢管焊缝包括5道，其中，第1道为预处理层、第2道为填充层、第3～5道为盖面层；电机吊座前盖板与横梁钢管焊缝包括8道，其中，第1道为预处理层、第2～3道为填充层、第4～8道为盖面层；电机吊座后盖板与横梁钢管焊缝包括8道，其中，第1道为预处理层、第2～3道为填充层、第4～8道为盖面层；牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝、牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管外侧焊缝均包括7道，其中，第1道为预处理层、第2～4道为填充层、第5～7道为盖面层。

步骤二中，采用正面焊接—背面焊接—正面焊接—立焊—立焊的焊接顺序，具体包括：

先将纵向梁上盖板翻转至朝上，采用双机对称、由内至外的焊接顺序，焊接纵向梁组件的上盖板与横梁钢管焊缝；

再将纵向梁下盖板翻转至朝上，采用双机对称、由内至外的焊接顺序，焊接纵向梁组件的下盖板与横梁钢管焊缝，并采用双机交替的焊接方式，焊接电机吊座后盖板与横梁钢管焊缝；

将横梁旋转至正面位置，焊接电机吊座前盖板与横梁钢管焊缝；

将横梁旋转至立焊位置，焊接牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝，并焊接牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管焊缝。

其中，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝由两段半圆焊缝组成，两段半圆焊缝的起始弧和收尾弧处均有部分重叠。

步骤四中，控制焊道压接质量具体包括：多层堆焊时，各焊道间压接，避免焊道间出现尖角，控制焊缝余高及压接角度。

步骤四中，控制堆焊接头质量具体包括：对于由两段半圆焊缝组成的环焊缝来说，前半段焊缝完成后，后半段焊缝的起弧处、收弧处需要从前半段焊缝收弧处、起弧处开始、结束，避免出现接头缺陷。

本发明的实施例中，采用机械手焊接的纵向梁组件与横梁钢管焊缝包括8条，电机吊座与横梁钢管焊缝包括4条，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝包括4条，牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管外侧焊缝包括4条。

本发明还提供一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接系统，其包括两台六轴焊接机械手，以及焊接变位机；所述六轴焊接机械手采用倒挂方式安装在水平梁上，并可沿水平梁轴向移动；焊接变位机采用头尾架式，通过所述焊接变位机带动横梁翻转，所述六轴焊接机械手配套设有焊机和送丝系统。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接方法及系统，该方法通过采用双机协同焊接工艺，两组焊接机械手协同作业，将每组横梁的焊接时间由5.5h，降低至3.5h，达到3辆/天的产能(两班制)，解决了生产能力瓶颈问题，提升了厂房单位面积的利用率；并且采用双机协同、对称焊接，使焊接热输入更加合理，有效的降低了焊接变形，减少了后续焊接调修量，节省了时间成本、提升了效率。通过该系统更加便于该方法的实施，操作可靠性高。

附图说明

图1为本发明一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接方法中采用机械手焊接的样板焊缝位置示意图；

图2为本发明的方法中焊接纵向梁组件的上盖板与横梁钢管焊缝的示意图；

图3为本发明的方法中焊接纵向梁组件的下盖板与横梁钢管焊缝及焊接电机吊座后盖板与横梁钢管焊缝的示意图；

图4为本发明的方法中焊接电机吊座前盖板与横梁钢管焊缝的示意图；

图5为本发明的方法中焊接牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝及焊接牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管焊缝的示意图；

图6为本发明的方法中控制焊道压接质量的示意图；

图7为本发明的方法中控制堆焊接头质量的示意图；

图8为本发明处理由两段半圆焊缝组成的环焊缝的方式示意图；

图9为本发明一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接系统的结构示意图；

图10为本发明的方法中焊接位置、焊角和样板焊缝的对应关系示意图；

图中：1：横梁钢管；2：牵引拉杆及齿轮箱吊座；3：牵引拉杆座；4：电机吊座；5：纵向梁组件；6：水平梁；7：六轴焊接机械手；8：焊接变位机；9：焊机；10：翻转地坑；1-1、2-1：协同工作的机械手；1-2、2-2：协同工作的机械手；1-3、2-3：协同工作的机械手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接方法，其可以包括如下步骤：

步骤一：确定样板焊缝：通过焊接样板完成横梁结构模拟，本发明中，以某型地铁横梁为例进行说明，如图1所示，横梁主要由横梁钢管1、牵引拉杆及齿轮箱吊座2、牵引拉杆座3、电机吊座4、纵向梁组件5这五类件组成；根据焊接角度以及焊缝位置确定样板焊缝的具体形式，样板焊缝包括由内到外焊接而成的预处理层、填充层和盖面层；采用机械手焊接的样板焊缝位置包括：纵向梁组件的上盖板与横梁钢管焊缝，纵向梁组件的下盖板与横梁钢管焊缝，电机吊座前盖板与横梁钢管焊缝，电机吊座后盖板与横梁钢管焊缝，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝、牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管外侧焊缝。

步骤二：确定焊接顺序：为了最大限度的采用双机协同焊接提升焊接效率，控制焊接变形，提高焊接质量，总体焊接遵循船型(pa)位置对称焊、先焊填充层后焊盖面层的焊接顺序，采用正面焊接—背面焊接—正面焊接—立焊—立焊的焊接顺序，填充层、盖面层采用相同的焊接顺序；

步骤三：确定焊接参数：分别确定预处理层、填充层和盖面层的焊接电流、电压、焊接速度和送丝速度，如下表所示；

步骤四：控制预处理质量：包括控制焊道压接质量，控制堆焊接头质量；预处理层在人工台位进行焊接，为了避免层间出现夹渣、熔合不良，要求预处理层焊缝不能与坡口出现锐角，如图6左图所示，如出现锐角，需按图6右图所示方式进行处理。

步骤一中，样板焊缝中的预处理层由人工焊接而成，预处理层全部焊接完成后，由机械手焊接填充层，填充层全部焊接完成后，由机械手焊接盖面层。

步骤一中，样板焊缝的具体形式包括：纵向梁组件的上盖板与横梁钢管焊缝包括8道，其中，第1道为预处理层、第2～3道为填充层、第4～8道为盖面层；纵向梁组件的下盖板与横梁钢管焊缝包括5道，其中，第1道为预处理层、第2道为填充层、第3～5道为盖面层；电机吊座前盖板与横梁钢管焊缝包括8道，其中，第1道为预处理层、第2～3道为填充层、第4～8道为盖面层；电机吊座后盖板与横梁钢管焊缝包括8道，其中，第1道为预处理层、第2～3道为填充层、第4～8道为盖面层；牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝、牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管外侧焊缝均包括7道，其中，第1道为预处理层、第2～4道为填充层、第5～7道为盖面层。

步骤二中，采用正面焊接—背面焊接—正面焊接—立焊—立焊的焊接顺序，具体包括：

先将纵向梁上盖板翻转至朝上，如图2所示，采用协同工作的机械手1-1、2-1和协同工作的机械手1-2、2-2双机对称、由内至外的焊接顺序，焊接纵向梁组件的上盖板与横梁钢管焊缝，图中箭头所示方向为焊接方向；

再将纵向梁下盖板翻转至朝上，如图3所示，采用协同工作的机械手1-1、2-1和协同工作的机械手1-2、2-2双机对称、由内至外的焊接顺序，焊接纵向梁组件的下盖板与横梁钢管焊缝，为了保证在船型位置焊接，无法双机同时焊接，采用协同工作的机械手1-3、2-3双机交替的焊接方式，焊接电机吊座后盖板与横梁钢管焊缝，船型位置是指由倾斜焊缝旋转为水平焊缝；

将横梁旋转至正面位置，如图4所示，采用协同工作的机械手1-1、2-1焊接电机吊座前盖板与横梁钢管焊缝；

将横梁旋转至图5所示立焊位置，采用协同工作的机械手1-1、2-1焊接牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝，并采用协同工作的机械手1-2、2-2焊接牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管焊缝。为了控制层间温度及接头质量，填充焊接2、3、4道焊缝须顺序焊接，如机械手先焊接牵引拉杆及齿轮箱吊座第2道焊缝，再焊接牵引拉杆座第2道焊缝，然后顺次完成第3、4道焊缝。

其中，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝由两段半圆焊缝组成，两段半圆焊缝的起始弧和收尾弧处均有部分重叠，以避免接头处出现缺陷。

步骤四中，控制焊道压接质量具体包括：多层堆焊时，各焊道间压接，避免焊道间出现如图7左图所示的尖角，造成尖角处熔合不良，出现探伤缺陷，应如图7右图所示，控制焊缝余高及压接角度。

步骤四中，控制堆焊接头质量具体包括：对于由两段半圆焊缝组成的环焊缝来说，如图8所示，前半段焊缝完成后，后半段焊缝的起弧处、收弧处需要从前半段焊缝收弧处、起弧处开始、结束，避免出现接头缺陷。

本发明的实施例中，采用机械手焊接的纵向梁组件与横梁钢管焊缝包括8条，电机吊座与横梁钢管焊缝包括4条，牵引拉杆座与横梁钢管环焊缝包括4条，牵引拉杆及齿轮箱吊座与横梁钢管外侧焊缝包括4条；其余焊缝由于结构原因或空间受限，采用手工焊接。

如图9所示，本发明还提供了一种轨道车辆横梁双机协同自动焊接系统，其包括两台六轴焊接机械手7，以及焊接变位机8；所述六轴焊接机械手7采用倒挂方式安装在水平梁6上，并可沿水平梁6轴向移动；焊接变位机8采用头尾架式，通过所述焊接变位机8带动横梁翻转，焊接变位机8的底座固定设置在翻转地坑10中，使得翻转过程中更加平稳，所述六轴焊接机械手配套设有焊机9和送丝系统。通过模块化设计，采用快速更换接口，实现系统的柔性化。具体如图10：其中，焊角10×45中的10，表示纵向梁组成上盖板板厚为10mm，45表示焊接角度为45度，依次类推，10×35的10，表示纵向梁组成下盖板板厚为10mm，35表示焊接角度为35度，14×45的14，电机吊座前盖板板厚为14mm，45表示焊接角度为45度，10×40的10，表示电机吊座后盖板板厚为10mm，40表示焊接角度为40度；焊角z15，z15表示焊接角度为直角，且直角两侧的焊脚长度均为15mm。

以上样板焊缝中第1道预处理层为人工焊缝，在进入机械手焊接前预处理层全部完成焊接，其余为采用机械手焊接。

由以上实施例可以看出，本发明通过采用双机协同焊接工艺，两组焊接机械手协同作业，将每组横梁的焊接时间大大缩短有效的降低了焊接变形，减少了后续焊接调修量，节省了时间成本、提升了效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。