摘要：焊接技术在工程机械生产过程中具有重要的作用，直接影响着工业化水平的发展和提高。因此，本文针对工程机械大型焊接件生产系统关键技术进行分析，在简单了解工程机械发展现状后，从焊接构件的特点和常规焊接工艺入手，提出工程机械大型焊接件核心关键工艺发展趋势，最后深入分析大型焊接件的生产工艺中设备布局和生产物流、焊接变形预测以及控制以及焊接夹具装夹系统设计这几个关键技术。
关键词：工程机械；大型焊接件；生产系统；焊接工艺
引言：对于工程机械大型焊接件的生产过程而言，焊接环节在其中是最为关键的内容，焊接质量直接影响着产品的最终情况。不仅如此，焊接环节中如果没有对生产工艺中设备布局和生产物流、焊接变形预测以及控制以及焊接夹具装夹系统设计这几个关键技术进行控制，那么产品质量也无法保证。因此，在实际生产过程时要分析车间布局特点，并对现场进行全面的观察，结合零件的结构特点，进行科学规划设计。
一、工程机械发展现状
工程机械发展至今，机械焊接技术已经达到了较高的技术水平，目前中国的工程机械焊接工业创造出了一条自由、特色的发展道路，目前已经控制了90%以上的工程机械大型焊接市场份额。不仅如此，中国机械焊接行业产出的大型焊接件优秀产品，已经在国际市场上开始发展。但工程机械企业如果想要向更高层次发展，就要进一步提高产品档次，强化生产技术和产品质量，在保证产品可靠性的基础上，出口方面也会使有所突破，在国际市场上拥有一席之地。目前，国家工程机械焊接行业之间的竞争日益激烈，正面临着前所未有的机遇和挑战，这也意味着国家工程机械行业需要正确认识大型焊接件生产系统关键技术，这也是生存发展的必经之路。从当前实际生产情况来看，大型焊接件的生产工艺中设备布局和生产物流、焊接变形预测以及控制以及焊接夹具装夹系统设计是非常重要的问题，想要提高企业核心竞争力，就要提高上述几个方面的技术水平和专业能力。
二、工程机械大型焊接构件特点及焊接工艺
（一）构建特点
工程机械结构件中主要包括：薄板件、中板件、厚板件，大部分情况下，主要利用板材进行拼接，可以采用箱形结构，附件焊接在板材上，三种板件的厚度分别为：2mm~4mm、6mm~20mm、20mm及以上。越是大型的焊接构件，结构越复杂，对焊缝精度的要求也更高。在工程机械大型焊接构件中，涉及多处角焊缝情况，如果知识淡村的检查焊缝的焊接形态和质量，有可能会遗漏掉一些缺陷，因此，还要利用磁粉探伤或者超声波探伤的方式，查验主要受力结构件的情况，及时发现存在的表面裂纹和焊缝缺陷。
（二）焊接工艺
一般情况下，工程机械大型焊接构件的焊接工艺可以分为两个方面，分别为：焊件准备环节以及组对点焊环节。第一，焊件准备环节。在这个过程中，需要采用不同的切割方式对板件进行切割，最常用的切割设备有数控切割机以及剪板机。需要注意一点，不同厚度的板件采取的切割方式也存在一定区别，其中，薄板件采用等离子切割，中、厚板件采用火焰切割。最为重要的是，校准平整环节，中、厚板件要采用转速的板材矫平机进行校准平整环节，薄板件则要利用压力机校准。校准平整环节可根据板材的实际情况，选择性开展，当板材需要进行折弯时可以采用专用的折弯机进行，如果需要批量生产，则可以利用数控折弯机，以提高生产效率。第二，组对点焊环节。在板材准备完成后，就可以进行点焊，需要注意的是，焊件的位置必须要准确无误。人工划线工作虽然简单可靠，但误差率较高，工作量较大，生产效率也相对较低，可以采用机器人焊接划线的方式，不仅效率较高，精确度、产品质量也都会得到根本上的保障，现如今，已经在国内得到了广泛应用。
三、工程机械大型焊接件生产系统核心工艺
（一）焊接变位机
焊接质量是目前市场对工程机械大型焊接件的主要评判标准，因此，想要提高质量，同时兼顾生产效率，可以采用变位机来获得更高的焊接质量，以此可以实现一次装夹完成全部焊接。但需要注意的是，在使用变位机焊接的过程中，要注意操作的正确性，不能够出现横焊、立焊、仰焊等操作，以此确保操作安全，真正实现自动焊接[1]。
（二）焊接机器人
由上可知，焊接机器人在组对点焊环节具有重要作用，随着信息技术水平的不断提高，可以让焊接机器人完全代替人工，实现一体化、自动化焊接工作，降低劳动强度，也能够保证焊缝质量稳定可靠。除此之外，还可以将变位机、专用夹具等外围设备和焊接机械手相机和，组成自动化焊接工作站，全面提高工作质量和工作自动化。
（三）焊前准备工序
除了上述两个方面之外，在实际发展过程中，强化焊前准备工序也非常重要，下料、成型也会影响到焊缝质量，因此，焊前工序设备水平必须要满足实际操作要求，这也是实现自动化焊接生产的关键[2]。在实际发展过程中，良好完善的焊接前准备工作也能降低机械加工强度，提高行业中产品竞争力。如果想要在产品改型的过程中对其进行重新设计，需要厂家付出更多的资金，只有实力较为雄厚的企业可以完成拼点工装，虽然获得很大收益质量也得到了大幅度提高，但成本也相对较高。如果可以提高焊前工序设备水平，可以避免使用拼点工装，同时保证设备生产质量。
四、大型焊接件生产系统关键技术规划分析
（一）设备布局以及生产物流
现如今，传统的工程机械大型焊接件生产系统大部分都采用点焊固定、焊接等工序进行加工，但是实际的生产效率较低，如果可以对设备布局、物流系统进行进一步分析，采取有效的措施改善瓶颈工序，就能够有效提高生产质量，实现规模化生产。设备布局以及生产物流可以从社车间设备布局算法开始，通过建模求解来对结构进行分析，对生产设备布局问题也要进行处理。由上可知，焊接前的准备工序非常重要，可以从侧面提高设备生产质量。比如：某工程机械大型焊接件生产企业，基于车间原始情况，结合生产设备部剧特点，按照生产单元进行划分，通过拔插书法确定了的全新的设备布局，让生产物流更加科学，有效解决了局部区域工件密集、工序之间运输距离过长、物流班员量较大等问题。科学合理的设备布局以及生产物流可以让生产效率得到根本上的提高，同时为后续的生产工作奠定良好的基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于工程机械大型焊接件生产工作而言，其本身涉及的焊接件量较多，此外，还需要放置一些生产物料，并且留出搬运的空间，合理设计布局，明确物流运输情况，能够让整体工作效率得到提高。经过方镇软件分析后，单元生产更加流程，设备利用率得到大幅度提高，物流搬运量也得到了全面降低，焊接内容和焊接时间的匹配程度进一步提高，从根本上避免了等待和堵塞想象，焊接质量全面提高[3]。
采用车间物流优化算法，对单元生产前后的物流量进行对比分析，让时间分配更加合理，焊接质量将会得到全面提高，让定型产品取得更好的效益。在实际生产过程中，该企业选择了遗传算法。首先，建立方镇模型，分析具体的加工时间，实现点固时间平衡，让每个焊接工序的点加工内容得到发展，基于流水线焊装各序时间分布情况，能够在保证质量的同时，缩短等待的时间，有效避免出现堵塞想象，效果较为理想，整体的焊接质量也会得到明显的提高。二在设计车间设备布局的过程中，要充分考虑到具体的焊接方式、产品变化特点以及工艺内容，将原车间的设备集中分为两个工序，同时按照零件焊接情况，进行详细的分析，分成多个生产单元，缩短物流搬运时间和距离，全面提高焊接质量和效率。焊接生产结构主要包括：物流出入口、缓冲站、物流主通道等情况，不同的形式会直接影响到生产车间的结构。比如：可以在生产车间结构和单元模块之间加入缓冲区，从而更好的连接物流传送系统，全面提高生产车间的加工能力，同时也可以更好的适应多变生产需求。
（二）焊接变形预测以及控制
传统的工程机械大型焊接件生产系统中焊接过程中的变形问题，严重阻碍了焊接质量提升，也对焊接夹具装夹系统造成了负面影响。通过对焊接变形预测以及控制，明确具体变化规律，就能够从结构上进行优化，从工艺上进行改善，全面提高工程机械大型焊接件生产质量[4]。比如：某工程机械大型焊接件生产企业，在全面分析了大型焊接件焊接变形的原因后，结合该企业生产的大型焊接件特点，建立分析预测模型，明确变形的具体规律、特点，根据变形预测结果，对设计结构进行优化，采取有效的控制措施，减少焊接变形概率，全面保证焊接质量。除此之外，该企业还对大型焊接件进行了失效分析，合理设计具体的焊接工艺措施。实现了整体焊接变形预测，并且根据变形规律提出了不同的控制策略。
造成工程机械大型焊接件发生变形的主要原因三点，分别为：焊接热应力变形、残余应力变形、外力引起的变形。第一，在实际焊接过程中，用于加热的热源是移动高温电弧，在这样的情况下，焊缝、热影响区的金属温度会相对较高，金属受热膨胀的同时也会受到常温金属的一直，进而就会产生变性。变形情况会和热源输入能量成正比。第二，在焊接过程中，焊接残余应力和成型加工残余应力都会导致金属发生变形。第三，外力造成的变形是焊接过程中最为常见的，而且这种变形还会导致构件的使用性能质量出现大幅度降低。根据这些原因分析后，还要进一步明确企业生产的大型焊接件的具体情况，明确其中的集合特性和材料特性，以及焊接特性。以上述生产企业为例，该企业在生产大型焊接件的过程中，采用的是两种特性较为相似的材料，分别为：Q235和Q345A，这两种材料在实际生产过程中，非常容易产生裂纹，但焊接速度较快，生产效率较高，可以通过预热等多种方式降低变形概率，提高产品质量。对于大型焊接件而言，其本身的质量直接关系到机械产品的整体效果，因此要从结构优化的角度，来控制变形，选择对称的结构，合理的尺寸、形状以及焊缝位置，同时保证焊接装配顺序科学合理，采用反变形法，让大型焊接件在完成焊接后,向内收缩补偿反变形。
（三）焊接夹具装夹系统设计
不同的焊接夹具装夹系统在实际应用过程中产生的效果不同，加强对该系统的设计，得到柔性、搭架式的系统模型可以快速灵活的调整元件方案，也能够及时根据不同的零件生产需求更换相应的元件[5]。比如：某工程机械大型焊接件生产企业，针对焊接夹具的特点进行分析，明确其中的关键技术，在此基础上，分析得到了焊接夹具的特征模型，并且构建了搭架式的焊接夹具，实现了夹紧调整、元件定位等功能。不仅如此，该企业设计出来的焊接夹具还具备承租分类技术、快速重构技术、柔性可调定位装置等技术。利用这一焊接夹具装夹系统不仅可以实现快速定位夹紧，还能够具备柔性特点，还考虑到了大型焊接件变形问题，尾气提供了多点定位的方式，让焊接质量得到了根本上的保证。
对于大型焊接件而言，除了合理的工序设置、设备布局、物流系统以及高质量焊接变形控制之外，还要设计出柔性化、搭架式的焊接夹具装夹系统，以此进一步实现高效、高质的加工。想要保证焊接夹具装夹系统设计合理，先要明确具体的设计要求，第一，强度、刚度；第二，装卸方便；第三，导电、导热、通水、通气、通风等条件；第四，装配和焊接作业；第五，易清理；第六，反变形；第七，定位器、夹紧机构位置调节。根据上述设计要求，就可以进行焊接夹具装夹系统设计，从焊接夹具功能和特征映射模型来看，焊接夹具装夹系统中的功能都是由不同的夹具结构来实现的，特征又反映了结构的功能属性，因此只需要找到对应的夹具结构就可以实现功能特征。遵循七点设计要求来看，具体的设计过程中，还要保证工件形状、尺寸、精度符合产品图样技术要求，以此尽可能地降低产品生产中出现问题，全面提高焊接质量，减少焊接变形。对于大型焊接件的生产工艺而言，想要设计出柔性化、搭架式的焊接夹具装夹系统，先要确定前车架焊接的设计功能以及夹紧方法，可以采用机械制动螺旋夹紧的方式，底面交接架作为基础件，其他的均为定位面。总的来说，本文设计的焊接夹具装夹系统，采用了装载机的前车架焊接夹具，在实际生产过程中，运用定位块、底面定位、螺旋夹紧等方面。为了适应不同产品的结构零件焊接工艺需求，实现了可调整、可重构的快速设计制造。不仅如此，在夹具体、定位元件与夹紧方案上也选择了可调整的螺栓机构。
总结
综上所述，中国作为制造业大国，工业化水平正在逐渐提高，在达到一定的高度后，就要从横向强化质量，比如：工业装备水平等。焊接技术作为工业装备技术之一，其在实际发展过程中也要得到全面的完善，以此为工业化发展做出贡献。大型焊接件的生产工艺中设备布局和生产物流、焊接变形预测以及控制以及焊接夹具装夹系统设计这几个关键技术，也要得到重视，在提升核心竞争力上具有重要的意义。
参考文献
[1]汤一博,孙宏波,余海东,等.夹具拘束下大型薄壁铝合金结构搅拌摩擦焊接变形特性[J].中国机械工程,2019,30(15):1881-1889.
[2]胡晓兵,田昆,霍云亮,等.多焊接件大型装配体的数字化设计研究[J].组合机床与自动化加工技术,2019(03):27-32.
[3]齐杭宾,韩强.无损检测技术在变压器金属焊接件检测中的应用[J].电站系统工程,2018,34(01):81-82.
[4]修磊,吴杰峰,刘志宏,等.大型真空室焊接部件焊接变形预测与控制方法[J].焊接学报,2017,38(12):51-56+131.
[5]齐风.大型焊接件数控切割质量影响及控制措施分析[J].中国高新技术企业,2017(04):62-63.
论文作者:邓杨柳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/16
标签：夹具论文; 工程机械论文; 质量论文; 过程中论文; 系统论文; 物流论文; 布局论文; 《基层建设》2019年第29期论文;