轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法

摘要

本发明提供一种轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法，涉及轨道车辆中的自动焊接技术。本发明通过对筋板的第一棱角及第二棱角加工圆角，对加工圆角之后的筋板具有起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段，并通过机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段焊接，实现了对筋板的连续、全自动焊接，焊接水平更加稳定且对焊接过程的控制更加精确，从而，能够减少甚至避免焊接过程中产生的缺陷，有助于减少后续修磨工序的工作量，还能够减少应力集中的产生，提高筋板的强度，进而提高托板组件的合格率。

说明书

技术领域

本发明涉及轨道车辆中的自动焊接技术，尤其涉及一种轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法。

背景技术

B型地铁列车是国内多数城市较常使用的地铁车辆类型。在B型地铁列车中，转向架是最为重要的部件之一，主要用于支撑车体，并保证地铁列车能够安全运行。目前，转向架主要由构架、驱动装置、悬挂装置、牵引装置等组成，其中，构架主要包括：两个侧梁以及连接在两个侧梁之间的横梁，侧梁的两端还设置有托板组件，托板组件主要用于承载安装在转向架上的功能部件；托板组件包括：底板，底板上焊接设置有筋板，通过焊接在底板上的筋板能够增加托板组件及侧梁的整体刚性，从而增加转向架的可靠性，同时，也增加了托板组件中U型结构的焊缝数量。

现有技术中，通常采用机器人焊接筋板两侧直焊缝与手工焊接筋板封头的方式，实现对U型焊缝的焊接。具体地，机器人分两次对U型焊缝进行焊接，且只对相对较长的两侧焊缝进行焊接。首先，机器人转动变位机使筋板的一侧焊缝位于船型位置，移动焊枪从离封头较远的一侧起弧进行焊接，到达筋板封头处停弧，抬起焊枪，运动到相对安全位置；然后，转动变位机，使筋板的另一侧焊缝位于船型位置，然后移动焊枪从离封头较远的一侧再次起弧进行焊接，到达筋板封头处停弧，抬起焊枪，运动到相对安全位置；最后，由手工焊工进行筋板封头处的焊缝焊接，完成水平角焊缝拐角焊接。

然而，在上述焊接过程中，由于手工焊的操作者的操作水平参差不齐，极易导致焊接之后的托板组件存在较多的焊接缺陷。例如：焊缝处及其周围经常会堆积较多的熔化金属，增加了后续修磨工序的工作量；由于筋板的封头处过度受热而产生应力集中，焊接之后的托板组件的强度下降，导致托板组件的合格率较低。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法，能够减少甚至避免焊接过程中产生的缺陷，有助于减少后续修磨工序的工作量，还能够减少应力集中的产生，提高筋板的强度，进而提高托板组件的合格率。

本发明提供一种轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法，包括：对筋板的封头面与第一侧面之间的第一棱角加工圆角，并对筋板的封头面与第二侧面之间的第二棱角加工圆角；其中，加工圆角后的所述筋板的第一侧面具有起弧直线段，加工圆角后的所述筋板的第二侧面具有收弧直线段，加工圆角后的所述筋板的封头面具有封头直线段，所述起弧直线段与所述封头直线段之间具有第一拐角段、第二拐角段，所述封头直线段与所述收弧直线段之间具有第三拐角段、第四拐角段；在相应的焊接参数下，控制机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行至少两层焊接；其中，所述焊接参数包括：焊接位置、焊接电压、焊接电流以及焊接速度。

进一步地，所述第一拐角段与第四拐角段所对应的角度为30度，所述第二拐角段与第三拐角段所对应的角度为60度。

进一步地，在每层的焊接过程中，依次对所述起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行焊接。

进一步地，对所述第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段的焊接电压小于对所述起弧直线段、封头直线段、收弧直线段的焊接电压。

进一步地，对所述第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段的焊接速度大于对所述起弧直线段、封头直线段、收弧直线段的焊接速度。

进一步地，所述对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行至少两层焊接，包括：对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行一次焊接，形成打底层；对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行二次焊接，形成盖面层。

进一步地，所述控制机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行至少两次焊接，包括：控制机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行一次焊接，形成打底层；控制所述机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行二次焊接；控制所述机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行三次焊接，形成盖面层。

进一步地，对所述起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行一次焊接时所采用的焊接电压、焊接电流以及焊接速度，分别小于对所述起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行二次焊接时所采用的焊接电压、焊接电流以及焊接速度。

进一步地，在焊接参数为30度船型位置、28.5伏特、240安培、50厘米每分的条件下，对所述起弧直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、27伏特、240安培、55厘米每分的条件下，对所述第一拐角段、第二拐角段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、28.5伏特、240安培、50厘米每分的条件下，对所述封头直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、27伏特、240安培、55厘米每分的条件下，对所述第三拐角段、第四拐角段进行一次焊接；在焊接参数为30度船型位置、28.5伏特、240安培、50厘米每分的条件下，对所述收弧直线段进行一次焊接。

进一步地，在焊接参数为30度船型位置、22伏特、180安培、22厘米每分的条件下，对所述起弧直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、20伏特、180安培、25厘米每分的条件下，对所述第一拐角段、第二拐角段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、22伏特、180安培、22厘米每分的条件下，对所述封头直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、20伏特、180安培、25厘米每分的条件下，对所述第三拐角段、第四拐角段进行一次焊接；在焊接参数为30度船型位置、20伏特、180安培、22厘米每分的条件下，对所述收弧直线段进行一次焊接。

本发明提供的轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法，通过对筋板的第一棱角及第二棱角加工圆角，对加工圆角之后的筋板具有起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段，并通过机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段焊接，实现了对筋板的连续、全自动焊接，焊接水平更加稳定且对焊接过程的控制更加精确，从而，能够减少甚至避免焊接过程中产生的缺陷，有助于减少后续修磨工序的工作量，还能够减少应力集中的产生，提高筋板的强度，进而提高托板组件的合格率。

附图说明

图1为本实施例提供的自动化焊接方法中筋板的结构示意图；

图2为本实施例提供的自动化焊接方法的流程示意图；

图3为本实施例提供的自动化焊接方法中焊接工装及托板组件的结构示意图；

图4为本实施例提供的自动化焊接方法中筋板的焊接路径的分段示意图；

图5为本实施例提供的自动化焊接方法中焊枪的角度示意图；

图6为本实施例提供的自动化焊接方法中起弧直线段的焊接示意图；

图7为本实施例提供的自动化焊接方法中收弧直线段的焊接示意图。

附图标记说明：

100-筋板；101-第一棱角；102-第二棱角；200-焊接工装；201-定位块；202、203-夹紧机构；300-焊接机械手；310-焊枪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

托板组件中的筋板为近似U型的板状结构，U型结构具有两个侧部以及连接在两个侧部之间的封头部。由于在对U型结构的封头部焊接过程中，需要连续急转两个90°直角弯，因此，对U型结构的焊接，又称为对急转路径的焊接。

图1为本实施例提供的自动化焊接方法中筋板的结构示意图；图2为本实施例提供的自动化焊接方法的流程示意图；图3为本实施例提供的自动化焊接方法中焊接工装及托板组件的结构示意图；图4为本实施例提供的自动化焊接方法中筋板的焊接路径的分段示意图；图5为本实施例提供的自动化焊接方法中焊枪的角度示意图。

请参照图1-5，本实施例提供一种轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法，包括：

S101、对筋板的封头面与第一侧面之间的第一棱角加工圆角，并对筋板的封头面与第二侧面之间的第二棱角加工圆角；其中，加工圆角后的筋板的第一侧面具有起弧直线段，加工圆角后的筋板的第二侧面具有收弧直线段，加工圆角后的筋板的封头面具有封头直线段，起弧直线段与封头直线段之间具有第一拐角段、第二拐角段，封头直线段与收弧直线段之间具有第三拐角段、第四拐角段。

由于现有技术长中，筋板100的封头面与第一侧面之间具有的第一棱角101，以及筋板100的封头面与第二侧面之间具有的第二棱角102，均为尖棱角，不利于连续自动焊接，因此，在本实施例中，对第一棱角101及第二棱角102进行倒圆角的处理，从而保证第一棱角101及第二棱角102处的焊缝熔合良好。

本实施例中，第一棱角101与第二棱角102处的圆角的直径可以相同，也可以不同。本实施例对于两处圆角的尺寸不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，具体可以根据筋板100的尺寸设置。

对加工圆角后的筋板100，分段设置焊接路径，将筋板100封头部位的三个面焊缝分段定制，依次定制为起弧侧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段和收弧侧直线段共7段。

如图4所示，序号502-503之间为起弧直线段；序号503-504之间第一个转角30°方向，为第一拐角段；序号504-505之间第一个转角的60°方向，为第二拐角段；序号505-506为封头直线段；以此类推，序号506-507为第三拐角段；序号507-508为第四拐角段；序号508-509为收弧直线段。

可选地，将一个圆角分为两个拐角，并打破现有技术中45度拐角的常规思路，设置为“30度+60度”两次拐角，使焊缝的成型更加流畅、美观。

本实施例中，根据焊缝相对于工件(也就是托板组件)及焊接机械手的空间位置，考虑焊枪310位置的可达性及工件外观形状的基准面，设计制作相应的焊接工装200，焊接工装200用于支撑工件，通过定位块201对工件进行定位，并通过夹紧机构202、203夹紧，如图3所示。本实施例对于焊接工装200的具体结构不做限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，只要能够实现对工件的支撑、定位及夹紧即可。

其中，焊枪310设置在机械手300的末端，由机械手300带动焊枪310运动，从而实现对筋板100的焊接。在具体实现过程中，可以根据焊枪310相对于筋板行走的距离确定前述的7段路径。

可以理解的是：本实施例中，筋板并不仅限于设为7段，例如：第一拐角段与第二拐角段之间还可以设置有一个以上的第五拐角段，相应地，第三拐角段与第四拐角段之间还可以设置有一个以上的第六拐角段。

S102、在相应的焊接参数下，控制机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行至少两次焊接；其中，焊接参数包括：焊接位置、焊接电压、焊接电流以及焊接速度。

在对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行焊接之前，还包括：根据焊脚值与坡口深度值的比值确定焊接的层数。

具体地，坡口深度值可以采用3毫米，将要求的焊脚值除以3得到应焊的层数，其中不足整数的部分算作整数。例如：对于焊脚值为5的焊缝进行焊接，应焊的层数N＝5/3＝1.6，因此按照2层焊接。

当多层焊接时，在每层的焊接过程中，依次对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行焊接。

例如：当3层焊接时，制机械手依次对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行一次焊接，形成打底层；控制所述机械手依次对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行二次焊接；控制所述机械手依次对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行三次焊接，形成盖面层。

在每层的焊接过程中，对第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段的焊接电压小于对起弧直线段、封头直线段、收弧直线段的焊接电压，从而避免在拐角处造成咬边的焊接缺陷。

在每层的焊接过程中，对第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段的焊接速度大于对起弧直线段、封头直线段、收弧直线段的焊接速度，从而，避免焊接速度过慢时，拐角处铁水下坠引起的未熔合的焊接缺陷产生。

在焊接过程中，利用机械手内部轴与外部轴的联动使焊枪310始终保持工作角为50°，行走角为90°，使焊缝的成型更加流畅、美观。其中，行走角是指焊枪310与行走方向形成的夹角角度；工作角是指焊枪310与焊缝垂直方向的夹角角度。

本实施例中，以第一拐角段为例：在具体实现过程中，将第一拐角段划分成若干个短直线段，控制机械手300依次对短直线段焊接，从而实现对圆弧状的第一拐角段的焊接。第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段的实现过程与第一拐角段的实现过程相似，此处不再一一赘述。

本实施例提供的轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法，通过对筋板100的第一棱角101及第二棱角102加工圆角，对加工圆角之后的筋板100具有起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段，并通过机械手对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段焊接，实现了对筋板100的连续、全自动焊接，焊接水平更加稳定且对焊接过程的控制更加精确，从而，能够减少甚至避免焊接过程中产生的缺陷，进而，有助于减少后续修磨工序的工作量，还能够减少应力集中的产生，提高筋板100的强度，进而提高托板组件的合格率。

下面以坡口深度值为3毫米，焊脚值为5，对本实施例提供的轨道车辆转向架中托板组件的自动化焊接方法进行进一步说明。其中，当坡口深度值为3毫米，焊脚值为5时，按照2层焊接。

进一步地，对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行两次焊接，包括：对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行一次焊接，形成打底层，以将筋板100的第一棱角101及第二棱角102进一步圆角化，保证筋板100根部的熔合质量。

对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行焊接，还包括：对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行二次焊接，形成盖面层。

其中，对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行一次焊接时所采用的焊接电压、焊接电流以及焊接速度，分别小于对起弧直线段、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段及收弧直线段进行二次焊接时所采用的焊接电压、焊接电流以及焊接速度。

本实施例中，从降低尖楞处的焊接难度和分段焊接两个大方面来完成急转路径三面焊缝的自动化焊接；其中，降低尖楞处的焊接难度方面，又分为尖楞处倒圆角和打底焊包尖楞圆角两个方向。

尖楞处倒圆角，也就是对第一棱角101以及第二棱角102加工圆角。打底焊包尖楞圆角，也就是设置打底层焊接，将尖楞处进一步修整出圆角，此时，连续拐角焊缝的焊接采用薄层填充焊接法，以保证筋板100根部的熔合质量。

分段焊接，也就是，分段设置焊接路径，并根据相应的参数进行焊接。将筋板100封头部位的三面焊缝分段设置，依次设置为起弧侧、第一拐角段、第二拐角段、封头直线段、第三拐角段、第四拐角段和收弧侧直线段共7段。

预先为每段设置相应的焊接参数，具体的焊接参数如表1所示，可以通过机械手的控制终端接收工作人员输入的指令来实现。拐角角度、焊接电流、焊接电压组合为：拐角参数特制+两次拐角；拐角参数特制是指针对打底层和盖面层的拐角处采用大焊速、小电压的参数组合，减少热输入防止咬边；两次拐角是指采用30°、60°两次拐角，使焊缝的成型更美观。采用专门的小尺寸焊枪310进行焊接，进行U型焊缝三面自动化焊接，能够在有限的筋板100结构空间内，焊枪310的工作角为50°、行走角为90°，焊接成型最佳。焊接位置：筋板100两侧分别用30°船型位置，封头位置使用45°船型位置。

其中，在打底层和盖面层的各拐角处采用“大焊速、小电压”的参数组合，能够减少热输入、防止咬边，保证了机械手的U型焊缝完全自动化、三面不间断连续焊接的焊接质量。

图6为本实施例提供的自动化焊接方法中起弧直线段的焊接示意图；图7为本实施例提供的自动化焊接方法中收弧直线段的焊接示意图。

请参照图6-7，并继续参照图1-5，具体地，在焊接参数为30度船型位置、28.5伏特、240安培、50厘米每分的条件下，对起弧直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、27伏特、240安培、55厘米每分的条件下，对第一拐角段、第二拐角段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、28.5伏特、240安培、50厘米每分的条件下，对封头直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、27伏特、240安培、55厘米每分的条件下，对第三拐角段、第四拐角段进行一次焊接；在焊接参数为30度船型位置、28.5伏特、240安培、50厘米每分的条件下，对收弧直线段进行一次焊接。

在焊接参数为30度船型位置、22伏特、180安培、22厘米每分的条件下，对起弧直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、20伏特、180安培、25厘米每分的条件下，对第一拐角段、第二拐角段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、22伏特、180安培、22厘米每分的条件下，对封头直线段进行一次焊接；在焊接参数为45度船型位置、20伏特、180安培、25厘米每分的条件下，对第三拐角段、第四拐角段进行一次焊接；在焊接参数为30度船型位置、20伏特、180安培、22厘米每分的条件下，对收弧直线段进行一次焊接。

在机械手300焊接筋板100的三面焊缝时，需要采用不同的工艺参数进行焊接，这样既能保证外观不会出现咬边的缺陷产生，内部金相检查也不会出现缺陷。

表1焊接过程中的焊接参数

本实施例提供的自动化焊接方法的具体实现过程可以为：把筋板100的封头面与两个侧面的第一棱角101和第二棱角102位置加工出倒角。在将工件放入焊接工装200，并对工件定位、夹紧之后，机械手的焊接机械手300对筋板100起弧直线段和收弧直线段采用30°船型位置进行焊接，第一拐角段、第二拐角段、第三拐角段、第四拐角段一侧使用45°船型位置进行焊接。在U型焊缝自动化三面连续焊接过程中，焊枪310始终保持工作角为50°，行走角为90°。

在旋转角度在30°+60°时，距离板边5mm的位置确定焊接拐点的位置。具体如下：从距离板边5mm的起弧侧直线段开始起弧。此时焊接位置为船型焊，焊枪310角度工作角为50度，行走角为90°；到达距离拐角5mm的第一拐角段位置时，变位机和焊枪310同时开始发生变化，变位机E2轴转平，此时焊接位置为平角焊，在保证工作角和行走角不变得前提下，机械手300的6轴转动45°，便于摆动的稳定性。

从第二拐角段开始变位机E1轴开始旋转，同时机械手300的6轴继续旋转。到达封头直线段时焊接位置达到船型焊，机械6轴相对于筋板100旋转的90°。此过程需始终保持工作角为50度，行走角为90°。封头直线段时，变位机和机械手300不需要再发生变化正常焊接即可。

相应地，第三拐角段、第四拐角段和收弧侧直线段的焊枪310变化则与前述变化相反。此处不再赘述。

采用本实施例中的自动化焊接方法，总工时缩短50％，其中打磨量缩70％，节省了192分钟的工时/辆车，提升了工作效率；焊接一次合格率达到90％，使托板筋板100的焊接结构增强，提升了产品质量；提高了自动化焊接程度，单件自动化程度提升9.3％。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。