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引言

電力機車車體底架的牽引梁、枕梁作為機車的關鍵部件，其焊接質量好壞直接影響著機車運行的安全。

為了提高焊接質量的穩定性。提高生產效率，改善工人的勞動條件和降低勞動強度，株洲電力機車有限公司引進了奧地利IGM焊接機器人，用于枕梁、牽引梁的焊接生產。

1 IGM焊接機器人系統簡介

IGM焊接機器人系統由機器人本體、控制系統、變位機、示教器、遠程控制盒、跟蹤系統、焊接系統和應用軟件等組成。

控制系統采用奔騰CPU及全數字式信號通訊，能夠控制機器人6軸、三維龍門機架x ，y，z 軸及變位機軸，能擴展2個外部軸。機器人本體采用6軸肘節式結構。作為人機交換界面的示教器和遠程控制盒用來進行機器人控制。跟蹤系統采用接觸式噴嘴傳感器、電弧傳感器、ELS激光傳感器三種跟蹤方式，可實現對V形、單V型、角焊縫、塞焊縫等多種形式焊縫的跟蹤。焊接系統采用Fronius TPS5000全數字化控制的逆變焊接電源。另外，系統還配置有高效的焊接煙塵吸收凈化裝置和自動清槍、剪絲、噴防飛濺油裝置。

2 在機車車體制造中的應用

2．1 單軸變位機機器人系統應用于枕梁焊接

枕梁焊接采用單軸頭尾架式變位機。枕梁由上、下蓋板、立板和隔板等組焊成箱形結構，組裝完畢后對兩側4條焊縫、上下表面直焊縫進行船形焊接。

2．2 雙軸變位機機器人系統應用于牽引梁焊接

牽引梁焊接采用2臺雙軸框架式變位機系統。牽引梁是一個復雜的多箱體結構，組裝完畢后進行機器人焊接，由于空問較小，機械手的擺放自由度小，編程時問長，對編程技能要求較高。

3 焊接機器人應用中存在的問題和解決措施

3．1 焊接缺陷分析及處理

機器人焊接采用的是富氬混合氣體保護焊，焊接過程中出現的焊接缺陷一般有焊偏、咬邊、氣孔等幾種，具體分析如下：

(1)出現焊偏可能為焊接的位置不正確或焊槍尋找時出現問題。這時，要考慮TCP(焊槍中心點位置)是否準確，并加以調整。如果頻繁出現這種情況就要檢查一下機器人各軸的零位置，重新校零予以修正。

(2)出現咬邊可能為焊接參數選擇不當、焊槍角度或焊槍位置不對，可適當調整功率的大小來改變焊接參數，調整焊槍的姿態以及焊槍與工件的相對位置。

(3)出現氣孔可能為氣體保護差、工件的底漆太厚或者保護氣不夠干燥，進行相應的調整就可以處理。

(4)飛濺過多可能為焊接參數選擇不當、氣體組分原因或焊絲外伸長度太長，可適當調整功率的大小來改變焊接參數，調節氣體配比儀來調整混合氣體比例，調整焊槍與工件的相對位置。

(5)焊縫結尾處冷卻后形成一弧坑，編程時在工作步中添加埋弧坑功能，可以將其填滿。

3．2 機器人故障分析與處理

在焊接過程中機器人系統遇到一些故障，常見的有以下幾種：

(1)發生撞槍。可能是由于工件組裝發生偏差或焊槍的TCP不準確，可檢查裝配情況或修正焊槍TCP。

(2)出現電弧故障，不能引弧。可能是由于焊絲沒有接觸到工件或工藝參數太小，可手動送絲，調整焊槍與焊縫的距離，或者適當調節工藝參數。

(3)保護氣監控報警。冷卻水或保護氣供給存有故障，檢查冷卻水或保護氣管路。

4 焊接機器人應用經驗

4．1 工件質量

作為示教一再現式機器人，要求工件的裝配質量和精度必須有較好的一致性。應用焊接機器人應嚴格控制零件的制備質量，提高焊件裝配精度。零件表面質量、坡口尺寸和裝配精度將影響焊縫跟蹤效果。可以從以下幾方面來提高零件制備質量和焊件裝配精度。

(1)編制焊接機器人專用的焊接工藝，對零件尺寸、焊縫坡口、裝配尺寸進行嚴格的工藝規定。一般零件和坡口尺寸公差控制在±0．8 mm，裝配尺寸誤差控制在±1．5 mm以內，焊縫出現氣孔和咬邊等焊接缺陷機率可大幅度降低。 ．

(2)采用精度較高的裝配工裝以提高焊件的裝配精度。

(3)焊縫應清洗干凈，無油污、鐵銹、焊渣、割渣等雜物，允許有可焊性底漆。否則，將影響引弧成功率。定位焊由焊條焊改為氣體保護焊，同時對點焊部位進行打磨，避免因定位焊殘留的渣殼或氣孔，從而避免電弧的不穩甚至飛濺的產生。

4．2 焊絲的要求

機器人根據需要可選用桶裝或盤裝焊絲。為了減少更換焊絲的頻率，機器人應選用桶裝焊絲，但由于采用桶裝焊絲，送絲軟管很長，阻力大，對焊絲的挺度等質量要求較高。當采用鍍銅質量稍差的焊絲時，焊絲表面的鍍銅因摩擦脫落會造成導管內容積減小，高速送絲時阻力加大，焊絲不能平滑送出，產生抖動，使電弧不穩，影響焊縫質量。嚴重時，出現卡死現象，使機器人停機，故要及時清理焊絲導管。

4．3 編程技巧

(1)選擇合理的焊接順序。以減小焊接變形、焊槍行走路徑長度來制定焊接順序。

(2)焊槍空間過渡要求移動軌跡較短、平滑、安全。

(3)優化焊接參數。為了獲得最佳的焊接參數，制作工作試件進行焊接試驗和工藝評定。

(4)合理的變位機位置、焊槍姿態、焊槍相對接頭的位置。工件在變位機上固定之后，若焊縫不是理想的位置與角度，就要求編程時不斷調整變位機，使得焊接的焊縫按照焊接順序逐次達到水平位置，同時，要不斷調整機器人各軸位置，合理地確定焊槍相對接頭的位置、角度與焊絲伸出長度。工件的位置確定之后，焊槍相對接頭的位置通過編程者的雙眼觀察，難度較大。這就要求編程者善于總結積累經驗。

(5)及時插入清槍程序。編寫一定長度的焊接程序后，應及時插入清槍程序，可以防止焊接飛濺堵塞焊接噴嘴和導電嘴，保證焊槍的清潔，提高噴嘴的壽命，確保可靠引弧、減少焊接飛濺。

(6)編制程序一般不能一步到位，要在機器人焊接過程中不斷檢驗和修改程序，調整焊接參數及焊槍姿態等，才會形成一個好程序。

4．4 運行成本及管理

進口機器人配件價格較高，應努力從各方面降低運用成本。潤滑油可以在國內尋找性能、效用相同的低價替代品。焊接過程加強維護，提高易耗件如噴嘴、導電嘴等的使用壽命。另外，對機器人系統進行預防性的維護，可以有效提高元器件的使用壽命。

高素質的管理人員、技術人員和操作人員是機器人充分發揮效率的必要條件。一個企業焊接機器人使用的好壞，很大程度在于人，因此要保證有一支穩定的工作隊伍。

5 結束語

焊接機器人在電力機車車體牽引梁、枕梁制造中的應用，大大提高了產品的焊接質量穩定性以及生產效率。焊接機器人應用是一個復雜的、綜合的過程，對焊件的設計結構、焊接工藝、零部件質量、焊件的裝配質量等各方面提出了新的、更嚴格的要求。同時，相關工作人員的穩定性也影響著機器人應用的好壞，應當在長期的應用中不斷積累經驗，以最大程度發揮機器人效益。

參考文獻：
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