摘要：焊接是设备制造和检修中最重要的工业技术之一，在现代工业经济建设中发挥着不可替代的重要作用。在机车制造和检修作业中，焊接与切割的劳动量占到35%左右，焊接质量直接影响着机车设备质量和行车运输安全。由于机器人制造具有柔性化、智能化程度高的特点，焊接机器人是国际上面向21世纪的先进制造技术。本文分析了焊接机器人在不锈钢车体制造中的应用情况，对不锈钢车体的特点和分类进行分析，选择铁路客车作为载体，对不同的车体中使用的焊接工艺加大分析，形成一个认知的焊接工艺认知系统，让不锈钢材质能够派上用场，节省大量的成本，推动铁路事业的发展。
关键词：不锈钢车体；焊接工艺；焊接机器人
随着现代工业的高速发展，机器人的应用已成为自动化程度的重要标志之一。焊接机器人也快速应用于生产中，在改善劳动者的生产环境、提高生产效率、提升焊接质量方面都得到了充分的体现。但是，焊接机器人在离线仿真编程、加工精度、焊接工艺的研究等方面还需进一步提升发展。焊接机器人在工业生产上也得到了广泛地使用，很大程度的改善了生产条件、提高了生产效率，焊接质量也得到了提升[1]。不锈钢车体由梁、柱、板等各种型材上千个组成，焊点上万个，其中95%均为电阻点焊。点焊所产生的有毒气体，金属飞溅致使工作环境恶劣。特殊部位喉深达到1650mm大型焊钳的应用。如果手动操作的话，给工人带来不便增加了劳动强度。焊接机器人的应用不仅使工人远离有毒烟尘和飞溅，而且不需搬运笨重的C型焊钳，把工人从繁重的体力劳动中解放出来，充分做到以人为本，深刻理解科学发展观，把科学发展践行到实际的经济生产中。
1 客车不锈钢车体的类别及特点
在轨道客车中，其不锈钢车体主要包括以下组成部分，分别是底架、车顶、裙板、侧墙与端墙，不锈钢车体结构分为板梁结构与全焊接型钢结构两种。其利用不锈钢薄板来作为轨道客车的地板与车顶板，通常而言，不锈钢薄板的厚度在1至1.8mm左右，为了使车体的刚度更高，一般是将不锈钢薄板进行滚思，使其成为波纹板。并且，通常采用冷弯或冷压型材来作为不锈钢车体内的梁柱，其型材断面都是经过专门设计而成的[2]。对于不锈钢材料来说，由于其具有较大的线膨胀系数，这使得不锈钢材料在焊接时容易出现较大的变形，并且可能会产生热烈纹或晶间腐蚀，进而降低了其机械性能，这就需要对焊接工艺进行更为严格的要求。在不锈钢车体中，其骨架和墙板以及骨架之间的连接大部分是采用搭接结构，在焊接不锈钢车体过程中，要想使焊接变形尽可能的减小，并避免降低其材料的机械性能，在对轨道客车的不锈钢车体进行焊接时，需要对点焊技术进行频繁使用，不过因点焊过程中有着较高的电阻率，且焊接时的导热性较差，因此在焊接时电流要比低碳钢更小，且焊接时间也更短。因不锈钢车体的高温强度较高，因此需要在焊接过程中选择较大的电极压力。通常应用304与301L冷轧板来制作轨道客车不锈钢车体，不锈钢材料及等级主要有301L-LT、301L-ST、301L-DLT、301L-MT、301L-HT以及301，需要确保301L冷轧板的含碳量控制在0.03%以内。轨道客车不锈钢车体主要包括城轨地铁车体与铁路客车车体两种。
2 焊接机器人系统构成及工作原理
焊接机器人是高度柔性化加工系统，主要由以下几大部分组成：1.机器人本体。2.机器人控制柜。3.焊钳。4.焊接逆变器。5.焊接监控单元。6.空压机。7.水冷机等。
车体车间所采用的焊接机器人均采用示教再现（Teaching-Playing）的编程控制方法。示教方式有手把手示教（walk-through）和示教盒示教（Lead-through）两种。手把手示教时，操作者牵引装有力-力矩传感器的机械手末端，根据任务要求使末端按一定位姿运动，实现示教过程。使用示教盒示教时，通过示教盒控制机器人的运动，如图2，使之末端执行器移动到需要的位姿上，把每一位姿信息存储起来，经过编辑，并再现示教过的动作。虽然示教的每个位姿是离散的，但经过机器人控制柜内的控制模块对示教点进行曲线拟合，从而连续再现工作过程。
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3 机器人焊接车体工艺流程
3.1 车顶骨架及组成
装配车顶下边梁及车顶弯梁→点焊车顶弯梁与车顶下边梁→样装机组平台，组对点焊补强纵梁及小弯梁→吊出机组平台→装配点焊侧顶板→装配点固机组平台→装配点焊补强顶板及波纹顶板→吊入车顶组成胎位→波纹板点焊→吊入车顶正面焊接胎位→吊入车顶补点胎位进行补点→吊入车顶反面焊接胎位→完成剩余补点。
车顶骨架及组成点焊采用HYUNDAI龙门式六轴双面单点焊接机器人焊接完成。此焊接机器人X轴速度20m/min，Y轴行程3.5m轴速度10m/min，手臂承载重量400Kg，配有3把不同尺寸的C型焊钳。
该机器人HI5示教控制器上集成了不锈钢焊接参数：如焊钳焊接压力、焊接预压时间、焊接压紧时间、焊接电流、电极修磨次数等。控制柜上集成了BOSCH焊接控制器，具有实时显示焊接规范参数显示功能，焊接结果数据存储及管理功能，操作人员、设备种类、零部件。
为了实现高质量焊接就必须要求对焊接机器人实行实时控制，一方面要求焊接机器人对末端焊钳姿态进行精确控制，对运动轨迹进行规划以避让干涉，另一方面要求提高工装夹具的定位精度，由于车体点焊需要大量的定位快、快速C型卡钳、拉杆等等，只有提高定位精度才能避免发生意外干涉提高机器人程序一致性。
3.2 侧墙骨架
组对下边梁、立柱、立柱组成、窗上横梁、窗下横梁、双马腿帽形→点焊窗口立柱与窗上、下横梁和下边梁及连接板→点焊立柱与双马腿帽形梁、下边梁及连接板侧墙骨架点焊同样采用HYUNDAI龙门式六轴双面单点焊接机器人焊接完成。最多为四层板搭接点焊，为门口立柱组成、门扣铁、连接角铁，最大不等板厚比为1：3。
3.3 底架骨架
将一、二位边梁吊入底架边梁组成台位→放入连接角铁→夹紧→焊接→采用正装工艺，将一、二位底架端部组成吊入底架骨架组成胎位→吊入底架边梁→吊入主横梁→夹紧→点焊主横梁与连接角铁→点焊边梁与主横梁→端部底架与底架边梁焊接→铺装波纹地板→拉紧→点焊波纹地板与底架骨架→完成全部点焊。
底架点焊机器人为日本NACHI社龙门式六轴双面单点或单面双点型机器人，手臂承载重量400Kg。配有2种C型焊钳，1种X型焊钳，具有左右摆动功能，工作行程20mm。1种单面双点焊钳，电极距离60-250mm。
机器人控制器为日本MIYACHI社，可设定60种焊接条件。具有示教编程功能和手动的操作方式，配备有彩色操作显示屏幕，可显示焊机的开/关、异常停机等信息，具有自诊断功能。示教器可实现手动、自动焊接作业，手动作业迅速灵敏。机器人末端法兰与焊钳之间的连接采用NITTA可快速互换焊钳的连接装置，持重500公斤，该连接装置可快速安装不同规格的焊钳，且能够保证风、水、电以及控制系统等的通用性能[3]。
综上所述，焊接机器人的运用可以合理有效的代替传统手工作业，不仅可以节省了大量的人力，同是保证了从业人员的身体安全，更加的绿色环保，节能。充分做到以人为本，深刻理解科学发展观，把科学发展践行到实际的经济生产中。
参考文献：
[1]霍厚志，张号，杜启恒，等.我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J].焊管，2017，40（2）：36-42，45.
[2]张休巍.轨道客车不锈钢车体焊接工艺分析[J].科学技术创新，2018（22）：165-166.
[3]陈志翔，黄勇，殷树言，等．弧焊机器人离线编程系统分析与设计[J].机械工程学报，2001，37（10）：104—106．
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论文作者:周鹏宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：点焊论文; 车体论文; 机器人论文; 焊钳论文; 底架论文; 不锈钢论文; 车顶论文; 《基层建设》2019年第32期论文;