CN113118601B - 一种轨道车辆自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆自动焊接方法，包括以下步骤：对焊缝进行寻踪定位，以确定焊缝起始位置；将补强板与底架边梁进行焊接，焊接过程中，补强板与底架边梁搭接处采用单层单道焊接，补强板与底架边梁槽型焊缝采用多层多道焊接。

Description

一种轨道车辆自动焊接方法

技术领域

本发明属于轨道车辆补强板焊接技术领域，具体涉及一种轨道车辆自动焊接方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

目前，对于动车组车辆补强板与底架边梁的焊接，都是采用手工焊接。现有补强板为12mm厚7系铝合金板材，发明人发现，由于补强板周圈与底架边梁搭接焊缝为平焊转立焊，且焊接位置为仰焊，对焊接工人技能要求较高，焊接过程中需不断调整焊枪角度，焊缝一次连续成型难度较大，而焊接中断必然导致焊接起收弧，焊接起收弧位置又是焊接缺陷集中部位，如果接头清理不彻底，则会导致焊缝熔合不良及夹渣等缺陷。而补强板与底架边梁的长圆孔处焊接难度大，人工焊接效率较低。

以上因素导致补强板焊缝一次探伤合格率低，返工返修工作量增大，制约着生产效率、焊接质量和施工稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种轨道车辆自动焊接方法，该方法通过对焊缝寻踪定位，进而确定焊缝起始位置，由与自动焊接机器人配合，可实现补强板的自动焊接。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种轨道车辆自动焊接方法，包括以下步骤：

对焊缝进行寻踪定位，以确定焊缝起始位置；

将补强板与底架边梁进行焊接，焊接过程中，补强板与底架边梁搭接处采用单层单道焊接，补强板与底架边梁槽型焊缝采用多层多道焊接。

作为进一步的技术方案，焊接过程采用自动焊接机器人在轨道车辆车下进行。

作为进一步的技术方案，自动焊接机器人的喷嘴传感器分别触碰补强板正面、侧面、底面以及圆弧起始点，建立多个寻找组，根据每个寻找路径的位移量，从而确定焊缝起始位置。

作为进一步的技术方案，槽型焊缝对应于补强板和底架边梁长圆孔位置；焊接时，先焊接补强板与底架边梁搭接位置，再焊接补强板和底架边梁长圆孔处。

作为进一步的技术方案，补强板与底架边梁搭接焊缝采用仰角焊和立向上焊方式进行。

作为进一步的技术方案，进行补强板槽型焊缝焊接时，采用一位侧、二位侧交替焊接。

作为进一步的技术方案，一位侧、二位侧的多道焊缝依次交替进行。

作为进一步的技术方案，寻踪定位之前，将补强板和底架边梁进行定位组装，补强板与底架边梁为搭接，二者固定后进行定位焊。

作为进一步的技术方案，定位组装时，将补强板长圆孔中心与底架边梁长圆孔中心对齐，使补强板长圆孔中心与底架边梁长圆孔中心纵向偏差不大于1mm，补强板与边梁组装间隙为0～1.5mm。

作为进一步的技术方案，定位焊的每段焊缝长度为30～40mm，定位焊间距为150±5mm。

作为进一步的技术方案，定位焊后，对施焊位置及两侧设定距离范围内进行氧化膜清理，打磨清理定位焊。

作为进一步的技术方案，焊接完成后，对槽型焊缝磨平处理。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的焊接方法，通过对焊缝寻踪定位，进而确定焊缝起始位置，由与自动焊接机器人配合，可实现补强板的自动焊接。

本发明的焊接方法，采用自动焊接机器人在车下焊接取代人工焊接，通过机械手接触式喷嘴寻找方式确定焊缝起始位置，结合产品设计结构编制自动焊接程序，精准控制焊枪角度、焊接速度及焊枪摆动幅度，选择合适焊接参数及层道分布进行焊接，实现补强板焊缝自动焊接，从根本上解决人工焊接起收弧处缺陷多的问题，摆脱对焊工技能的依赖，显著改善焊缝外观成型质量的同时提升生产效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的焊接方法流程示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的补强板焊缝标注示意图；

图3是图2中A1-A1剖面图；

图4是槽焊缝焊道分布示意图；

图5是焊接顺序及方向示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

1第一道焊缝，2第二道焊缝，3第三道焊缝，4第四道焊缝，5第五道焊缝，6第六道焊缝，7第七道焊缝，8第八道焊缝。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种轨道车辆自动焊接方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种基于车下自动焊接机器人的轨道车辆自动焊接方法，以下对其实施步骤过程进行说明。

步骤一：定位组装；

补强板为平面板状结构，其上开有多个长圆孔，补强板长圆孔尺寸、位置等均与轨道车辆底架边梁的长圆孔相对应设置，在将补强板焊接于底架边梁时不会影响底架边梁的正常工作，同时由长圆孔的对应位置可以对补强板在底架边梁的焊接安装起到定位作用，即由补强板长圆孔与底架边梁长圆孔相对应可快速定位补强板在底架边梁的焊接位置。

补强板的具体结构和尺寸根据轨道车辆底架边梁的自身结构特点来确定；本实施例中补强板的结构、尺寸如图2所示。当然，在实际应用中，也可以采用其他结构或者尺寸的补强板，在此本发明不做限制。

将补强板长圆孔中心与轨道车辆底架边梁长圆孔中心对齐，使补强板长圆孔中心与底架边梁长圆孔中心纵向偏差不大于1mm，补强板与边梁组装间隙为0～1.5mm。

补强板与底架边梁为搭接，使用F型卡兰固定后进行定位焊。其中，定位焊的每段焊缝长度为(30～40)mm，定位焊间距为150±5mm。

在本实施方案中，定位焊间距采用150mm。

步骤二：焊前处理；

进行定位焊后，清除黑灰、焊渣、飞溅等杂物，使补强板露出金属光泽。

在可选的实施方案中，针对施焊位置及两侧设定距离范围内进行氧化膜清理，打磨清理定位焊。

在本实施方案中，针对施焊位置及两侧20mm范围内进行氧化膜清理。

步骤三：寻找定位；

本发明中对补强板在轨道车辆底架边梁的焊接过程采用自动焊接机器人在车下进行。

自动焊接机器人包括AGV小车，AGV小车带有机械手，由机械手夹持喷枪进行焊接过程，喷枪端部带有喷嘴。

首先，需要对焊缝的起始位置进行定位；先控制自动焊接机器人运行至车下，自动焊接机器人采用激光定位；自动焊接机器人的喷嘴传感器对实际焊缝进行寻踪定位，从而确定焊缝起始位置。

具体的，控制器将载有机械手的AGV小车运行至车下，通过激光十字光标精准定位小车位置，通过机械手喷嘴传感器分别触碰补强板正面、侧面、底面以及圆弧起始点，建立寻找组1、寻找组2、寻找组3、寻找组M，根据每个寻找路径的位移量，从而确定焊缝起始位置。

机械手喷嘴传感器属于电压传感器，采集电压信号。

补强板的圆弧起始点是指补强板边角处，基于补强板自身结构选择正面、侧面、底面以及圆弧起始点进行分别触碰，可以采集这几处的空间信息，而后自动焊接机器人即可完全算出补强板以及焊缝的整体三维相对位置。

以实现原理来分析，对实际焊缝进行寻踪定位的具体原理为：寻位开始时，喷嘴带42V直流电，喷嘴在机械臂最前端位置，喷嘴传感器采集喷嘴处的电压信号，喷嘴移动至与补强板接触后形成回路立即弹回(由机械臂控制喷嘴弹回，也就是离开工件表面)，喷嘴带电接触补强板后，与补强板形成回路，喷嘴传感器可检测到42V电压，由此即寻找到第1点(建立了寻找组1的空间位置信息)，依据同样原理寻找到第2、3点(建立寻找组2、3的空间位置信息，直至寻找组M)，在此过程中，寻找组1确定点的偏移、寻找组2确定平面信息、寻找组3确定三维空间，寻找组M确定圆心；寻找组1～3可分别采用1个点，寻找组M是选择圆弧的起点和终点2个点；自动焊接机器人根据这些点的位置拟合确定焊缝起始位置。

寻找组可以测算位移量，通过使用寻踪定位将部分步点(工作步和空步等)程序作为一个整体在空间内做三维平移和旋转，因为不同车辆补强板组装会有一定的误差，喷嘴寻踪定位可以消除不同车辆补强板的组装差异。如果工件定位不准确，利用喷嘴或激光寻找工件，即可得出工件位置的偏差量，从而使程序的对应部分做相应偏差量的平移，进而保证焊接的准确性。

步骤四、焊接过程；

确定焊缝起始位置后，对轨道车辆补强板与底架边梁搭接处以及补强板的长圆孔处进行焊接。由补强板和底架边梁搭接处焊接实现对补强板周圈与底架边梁的焊接，由补强板长圆孔处焊接实现补强板长圆孔和底架边梁长圆孔的焊接，由此可确保补强板和底架边梁的全方位焊接。

其中，补强板与轨道车辆底架边梁搭接焊缝为单层单道焊缝；补强板长圆孔与底架边梁长圆孔焊缝为槽型焊缝，采用多层多道堆焊焊缝。

在本实施方案中，单层单道焊缝的焊脚尺寸z5；多层多道堆焊焊缝深度12mm，层道分布为3层4道，焊后磨平，如图2所示。

补强板与底架边梁的焊接顺序为：先焊接补强板与轨道车辆底架边梁搭接位置，再焊接补强板长圆孔和底架边梁长圆孔处。

对补强板与轨道车辆底架边梁搭接位置进行焊接时，总体焊接方向为自右向左，自下而上；具体来说，结合图5，先焊接补强板底部和左侧与底架边梁搭接位置，焊接时自右向左而后自下向上，再焊接补强板右侧与底架边梁搭接位置，焊接时自下向上，而后焊接补强板顶部与底架边梁搭接位置，焊接时自右向左。

对补强板长圆孔和底架边梁长圆孔处进行焊接时，焊接方向均为自右向左。

焊接方向采用自下而上，可以避免倒流，保证焊缝成型；因为圆弧在补强板左下角，采用自自右向左焊接，然后自下而上，可以不停弧连续焊机。

补强板与轨道车辆底架边梁搭接焊缝的焊接位置(也即焊接姿态)采用PD+PF，PD为仰角焊，PF为立向上焊；总体焊接方向自右向左，自下而上，第一道焊缝1为PD转PF一次成型，焊枪从右往左，焊接位置为PD仰角焊，不停顿连续焊接，通过一段圆弧过渡为PF立向上焊，完成PD转PF一次成型。第二道焊缝2为PF、第三道焊缝3为PD。

补强板长圆孔和底架边梁长圆孔的焊接为槽型焊缝，层道分布为3层4道，第四道焊缝4、第五道焊缝5、第六道焊缝6、第七道焊缝7、第八道焊缝8均为槽型焊缝，需要进行3层4道焊接才能完全填充，3层分别为打底层(即焊道A)，填充层(即焊道B)和封面面层(也称为盖面层，即焊道C和焊道D)，一处槽焊需要重复焊接4道才能完全填充。焊道A采用自动焊打底焊，焊道B采用填充焊，焊道C和焊道D采用封面焊。

步骤五、交替焊接；

为提高车下自动焊接机器人的工作效率，减少等待时间，控制层间温度，进行补强板槽型焊缝焊接时，采用一、二位侧交替焊接。

具体的，交替焊接是指，一位侧、二位侧的多道焊缝依次交替进行；也即在一位侧进行完一道焊缝焊接后，进行二位侧一道焊缝焊接，而后再进行一位侧第二道焊缝焊接，二位侧第二道焊缝焊接，直至完成一位侧、二位侧所有焊缝焊接。

举例说明，先焊一位侧补强板的焊缝1，然后车下自动焊接机器人将焊枪按照程序调转方向至二位侧补强板的焊缝1进行焊接。进行二位侧补强板焊缝焊接时，工人可以进行一位侧焊后黑灰清理，焊缝也会在这段时间冷却至室温。焊接完二位侧补强板的焊缝1之后，车下自动焊接机器人将焊枪按照程序调转方向至一位侧补强板的焊缝2，此时，工人可以进行二位侧补强板的焊后黑灰清理，直至所有焊缝都焊完，采用一、二位侧交替焊接作业，可以提高工作效率，保证质量。

由于本方案槽型焊缝都是3层4道焊接，一位侧、二位侧的多道焊缝的多道焊接程序也是依次交替进行，从而可以加快焊接效率。

在本实施方案中，焊接一位侧第四道焊缝4打底焊后，焊枪按照程序自动转移至二位侧对应位置进行打底焊，此时同步进行一位侧层间清理；二位侧打底焊完成后，焊枪按照程序自动转移至一位侧第五道焊缝5，此时同步进行二位侧槽焊缝层间清理，依次类推，完成所有槽焊缝焊接。

一、二位侧补强板都需要进行第四道焊缝4、第五道焊缝5、第六道焊缝6、第七道焊缝7、第八道焊缝8的焊接，每个焊缝都是3层4道焊接。焊接时，先把一位侧补强板第四道焊缝4、第五道焊缝5、第六道焊缝6、第七道焊缝7、第八道焊缝8的第1道焊接完毕，然后机器人焊枪调转方向至二位侧补强板焊接第四道焊缝4、第五道焊缝5、第六道焊缝6、第七道焊缝7、第八道焊缝8的第1道，此时，同步进行一二侧补强板第四道焊缝4、第五道焊缝5、第六道焊缝6、第七道焊缝7、第八道焊缝8的第1道焊接的焊后清灰处理。同理直至所有4道焊缝全部完成。

步骤六、焊后清理；

焊接完成后，清除黑灰、焊渣、飞溅等杂物，对槽焊缝磨平处理，露出金属光泽。

本发明的焊接方法，由自动焊接机器人在车下完成焊接，寻找定位并焊接，解决人工焊接补强板周圈焊缝及槽焊焊缝过程中缺陷率高、焊接效率低等问题，显著提升焊缝质量和施工稳定性，提高生产效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (9)

1.一种轨道车辆自动焊接方法，利用一种自动焊接机器人，所述自动焊接机器人包括AGV小车，AGV小车带有机械手，由机械手夹持喷枪进行焊接过程，喷枪端部带有喷嘴；自动焊接方法的特征是，包括以下步骤：

先控制自动焊接机器人运行至车下，自动焊接机器人的喷嘴传感器对焊缝进行寻踪定位，以确定焊缝起始位置；

将补强板与底架边梁进行焊接，焊接过程中，补强板与底架边梁搭接处采用单层单道焊接，补强板与底架边梁槽型焊缝采用多层多道焊接；

补强板与底架边梁搭接焊缝采用仰角焊和立向上焊方式进行；

所述寻踪定位方式为控制器将载有机械手的AGV小车运行至车下，通过激光十字光标精准定位小车位置；AGV小车的喷嘴带电，通过机械手控制喷嘴分别触碰补强板正面、侧面、底面以及圆弧起始点，喷嘴带电接触补强板后，与补强板形成回路，喷嘴可检测电压，由此即建立了寻找组1的空间位置信息，依据同样原理建立寻找组2、3的空间位置信息，直至寻找组M；

寻找组1确定点的偏移、寻找组2确定平面信息、寻找组3确定三维空间，寻找组M确定圆心；寻找组1~3可分别采用1个点，寻找组M是选择圆弧的起点和终点2个点；自动焊接机器人根据这些点的位置拟合确定焊缝起始位置；

补强板的圆弧起始点是指补强板边角处。

2.如权利要求1所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，槽型焊缝对应于补强板和底架边梁长圆孔位置；焊接时，先焊接补强板与底架边梁搭接位置，再焊接补强板和底架边梁长圆孔处。

3.如权利要求1所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，进行补强板槽型焊缝焊接时，采用一位侧、二位侧交替焊接。

4.如权利要求3所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，一位侧、二位侧的多道焊缝依次交替进行。

5.如权利要求1所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，寻踪定位之前，将补强板和底架边梁进行定位组装，补强板与底架边梁为搭接，二者固定后进行定位焊。

6.如权利要求5所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，定位组装时，将补强板长圆孔中心与底架边梁长圆孔中心对齐，使补强板长圆孔中心与底架边梁长圆孔中心纵向偏差不大于1mm，补强板与边梁组装间隙为0~1.5mm。

7.如权利要求5所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，定位焊的每段焊缝长度为30~40mm，定位焊间距为150±5mm。

8.如权利要求5所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，定位焊后，对施焊位置及两侧设定距离范围内进行氧化膜清理，打磨清理定位焊。

9.如权利要求1所述的轨道车辆自动焊接方法，其特征是，焊接完成后，对槽型焊缝磨平处理。

Images