轨道客车自动焊接技术发展现状及趋势

轨道客车自动焊接技术发展现状及趋势

宋全超,李程锦

中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春130062；

摘要：目前焊接已经成为一种新兴的综合工艺技术。随着焊接技术在国民经济中作用的日益显著，焊接技术的先进程度就成为了一个国家工业先进程度的显著标志，因此，大力发展焊接成套设备、自动焊接技术、焊接电源控制数字化技术、焊接质量控制智能化技术、焊接生产过程机器人技术，研制满足现代化生产需求的焊接材料，必将在建设创新型、节约型国家中起到重要作用。

关键字：焊接技术  自动焊  焊接质量  焊接设备

0 引言

近年来，随着大中型城市建设的需要，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。同为焊接结构的车体一般按照碳钢、不锈钢、铝合金等材质建立生产部门和生产线分别生产，与之不同的是，轨道客车另一焊接结构——转向架构架的生产一般集中在专门的转向架生产厂或事业部完成，这对转向架构架焊接生产提出了更高的要求。

目前，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。在这种形势下，作为生产主机厂，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[1]，并且逐步对构架外观质量也提出了更高的要求。

1 转向架构架焊接结构特征分析

    首先，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。

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。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达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。

2 自动化焊接的关键技术

要想正确操作自动化焊接技术，就必须对其运作原理有所了解。自动化焊接技术主要是利用传感器这一信息接收器对焊接过程进行检测，利用控制器对焊接运行的控制信息进行检测，通过对信息的分解，设计出设备运行的轨迹和方式，最后由控制器控制，实现设备的自动化焊接。自动化焊接技术的关键技术主要有以下五种：

第一，机械技术，是指利用有关机械设备进行传递运动的技术，机械设备种类丰富，不仅包括运输装置、固定装置和转换装置这些常见的种类，还包括焊接机器人或是操作机这类先进的装置；第二，传感技术，是指在自动化过程中时刻感知和检测运动过程是否正常的技术，自动化焊接中的传感技术相较于其他传感技术有其独特的优势，就是能够在恶劣的环境中准确地进行检测；第三，自动控制技术，是指自动化焊接实施的基本控制理论，也就是这一焊接过程要如何进行，需要自动控制技术进行合理的设计，经过多次试验和调整后形成最终的系统；第四，伺服传动技术，是指对自动化焊接过程所需动力来源进行控制，这里所讲的动力源主要是一些带动装置；第五，系统技术，这是一个整体概念，就是对自动化焊接的各个功能模块进行系统设计。

3 我国焊接自动化技术现状

在现今的市场上可以很容易发现一些具有代表性的自动化焊接技术，比如数字焊机和数字化控制技术等。我国自动化焊接工艺[2]的现状可以从一些大型项目和特殊领域表现出来。我国运用到自动化焊接技术的大型项目包括西气东输、西电东送、航天航空、船舶工程等，特殊领域以汽车及其零部件的制造为例，都有力地证明我国自动化焊接技术的工艺越来越高效化和智能化。

从技术层面讲，我国正努力把焊接技术往自动化和智能化方向发展，且已经取得了一些成果，具体可以分为以下五类：第一，高效节能型焊机得到广泛应用；第二，焊机操作方式越来越简单；第三，焊机的种类不断丰富，适合许多领域的运用；第四，焊机机器人的不断完善，且数量不断增加；第五，我国焊机的出口量不断增加。虽然焊机在工艺领域取得了不错的发展，但与发达国家相比还存在较大差距，仍需不断完善和改进。

4 自动化焊接技术的发展趋势

4.1自动化技术的智能化

智能化是每个自动化技术发展到一定阶段的必然要求。在焊接自动化装备中，通常都会使用激光、图像处理或传感等智能控制技术，特别是计算机的使用，是自动化设备离不开的。所以，自动化技术的智能化不仅是未来的发展趋势，更是焊接控制系统真正实现自动化的核心技术要求。焊接过程的智能化不仅可以通过指令来完成焊接过程，还可以在对不同的焊接过程采取同一焊接程序，只需修改几项参数，大大降低了工作量，也扩大了焊接自动化系统的适用范围。

4.2自动化技术的柔性化

自动化技术的柔性化[3]就是要求焊接自动化的一项程序不再只是适用于一种产品的生产，而是可以生产同类别不同规格的产品，甚至可以生产多种类别的产品。在土地资源不断紧缺的情况下，土地的使用价格也越来越高，企业为了节省成本，都尽可能地压缩厂房空间，这对生产设备的要求就在不断提高。一家生产多种产品的企业，将逐渐放弃仅能生产一种产品的设备，更趋向于选购能生产更多种类产品的设备，这时，自动化技术的柔性化意义就显现出来。在自动化焊接设备上，利用其柔性化的优点，只需改变程序中的有关参数，就能实现不同产品的生产，既提高了生产效率，又节省了生产空间。

5 结语

综上所述，我国自动化焊接技术有十分重要的现实意义，不论对国家大型项目，还是对企业小型生产都有很大的帮助。自动化焊接技术的发展需着重研究其重点技术的发展，特别是智能化技术的发展。从我国自动化焊接技术的现状不难发现，自动化焊接技术是一项非常有发展潜力和市场的技术，它的发展方向必然与我国目前的经济形势和经济发展要求息息相关，也与我国以人为本的社会发展理念相关。

参考文献

[1] 李华吉．自动化焊接技术及其发展[J]．中国机械，2014，（12）．

[2] 周利平，韩永刚．我国焊接自动化技术现状及发展趋势[J]．科技信息，2011，（19）．

[3] 贾强，刘艳．焊接自动化技术[J]．科技视界，2013，（18）．