摘要：本文阐述了焊接技术人员如何从工艺方法角度攻克双枪双丝IGM机械手应用在5型车侧墙自动焊接上的难关，实现了引进技术后的首次工艺创新。
关键词：IGM机械手 5型车 侧墙 自动焊 工艺创新
1 研究背景
龙门式IGM大型自动焊设备，在我公司被广泛地应用于新一代高速动车组、时速250公里动车组（以下简称：5型车）、城铁铝合金车体项目上，如铝合金车体大部件底架地板、车顶板、侧墙等焊接主要使用该设备。但是，由于法国阿尔斯通设计结构的特殊性，5型车车体侧墙中下型材滑槽与焊缝中心距离约为13mm，此距离制约了IGM设备在侧墙焊接上的应用。我公司引进法国阿尔斯通技术至今，5型车侧墙自动焊一直采用焊接专机ESAB设备。ESAB设备属悬臂专机，双枪单丝，焊缝跟踪采用激光跟踪，调节简单，操作容易，维护方便等优点显而易见。但缺点更为明显，一是专机枪头锁紧机构频繁使用，牢固性差，焊接运行过程中，对中性不好，需要操作者人工干预；二是专机持枪机构稳定性差，走行过程中的振动会带来焊缝表面纹理不均，质量相对较差。
随着双枪双丝IGM机械手技术的大力推广，采用激光跟踪焊缝的焊接方式得到广泛认可。虽然它更换焊丝慢、操作难度大，但其仍以持枪机构牢固，焊接过程稳定，焊接状态一致性容易保证，焊接质量好，生产效率高等优点备受青睐。
2 研究目的
2.1 适应公司工艺布局调整需要，解决侧墙新老厂区两地生产的问题。
2.2 提升焊接生产效率。IGM机械手的双枪高效率、双丝高速度，使得焊接生产效率大大提高，约是ESAB设备的2倍。
2.3 提高焊接质量，保证焊缝质量的一致性。IGM机械手的双枪对称焊接、双丝大电流，使得焊接变形得以很好控制，焊缝成型美观，焊接质量较好。
2.4 拓展相关人员攻克技术难关的能力。技术人员从工艺方法角度，通过策划方案、工艺试验等方式攻克难关，锻炼其解决技术难题的能力。
2.5 提升我公司工艺创新能力。随着我公司精益管理地不断深入，再使用原有的制造工艺生产产品，显然已不适应企业快速发展。双枪双丝IGM在5型车侧墙焊接上的应用，弥补原有焊接工艺存在的缺陷，推动企业技术创新的发展。
3 研究内容
产品结构设计工艺性不合理，将会对产品制造工艺产生较大的负面影响。图3是阿尔斯通设计的5型车侧墙型材合成断面示例，反面滑槽与焊缝中心距离约为13mm，焊接工艺性较差。生产初期，为实现侧墙自动焊接，引进了专机ESAB自动焊设备。随着企业技术实力的提升，产能的扩大，工艺布局的调整，原有焊接工艺必须要有所突破，才能适应公司又好又快发展。针对上述这种情况，本次研究双枪双丝IGM机械手，能否完成侧墙自动焊的焊接，焊缝跟踪采用激光跟踪的方式。根据对产品设计结构分析和生产经验，IGM实现的关键在于能否完成侧墙合成反面滑槽处焊缝的焊接。此次将主要对反面滑槽处焊缝的焊接，进行工艺试验攻关，通过采用激光跟踪的方式，力求实现IGM机械手自动焊接5型车侧墙的目的。
4 研究方法
根据产品和设备实际情况，焊接技术人员详细策划工艺试验方案，保证方案的可行性。
4.1 设备校核
车间联合设备部对IGM机械手状态进行校核，查看设备尤其是激光器及其附属机构，是否存在异常。值得一提的是设备的校核，在必要时需要工业化部或设备厂家协助。
4.2 激光模板制做
由于滑槽与焊枪易发生干涉，所以激光能否正常寻找到焊缝是很关键的，进而对激光模板要求进行特殊编制。在此指出，模板的制做，必要时也需要工业化部或设备厂家协助。
4.3 工艺试验
4.3.1试验材料准备
工艺部门下发PP或技术通知，明确试验所用的型材，焊接消耗材料等相关事宜。具体使用材料如下：
4.3.1.2 试验板：侧墙中下型材和侧墙下型材，数量各1块；材质：6005A-T6；型材长度：4m。
4.3.1.3 焊接保护气体氩气，纯度：99.99%。
4.3.1.4 焊接所用焊丝，牌号：ER-5087；直径：1.2mm。
4.3.2 试验要求
焊缝状态只需模拟滑槽处焊缝情况即可，无需一个完整侧墙断面。
4.3.2.1 焊缝接头形式：BW S4 PA。
4.3.2.2 型材组对、点固。先反面组对侧墙下型材和侧墙中下型材，无间隙组对，错口要求≤0.8mm。
4.3.2.3 型材点固。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆组对好后，每隔1m进行点固，段焊点长度：30-50mm。
4.3.2.4 段焊点修磨。点固好试验板后，首先使用铣刀磨平焊缝，然后使用小直磨机剖沟，剖沟深度：1-2mm，直线度要求：保持与焊缝中心重合。
4.3.2 焊接试验
当试验材料准备好后，技术人员组织进行工艺试验，并要做好相关试验记录。
5 试验过程及记录
本次工艺试验的试验过程和记录，具体如下
5.1 试验过程
5.1.1 试验板组对、点固。先进行反面组对，保证错口≤0.8mm，然后点固修磨焊缝。
5.1.2 激光模板编制。技术人员重新对激光模板进行编制，具体编制过程如下：
5.1.2.1 激光模版的建立。选择工具栏里的“setting library”，点选下拉菜单的“view setting library”调出“joint library”对话框，建立新的激光模版，模版名字：ceqiang。
5.1.2.2 激光参数的设定。点击“camera setting”激光头设置，分别控制激光能量、图像控制和像素参数。值得注意的是这些参数应该在建立模版之前就应该设置好，它决定激光扫描的质量。其中激光能量设置尤为关键。
5.1.2.3 V形焊缝参数设置。可以设置熔深，熔深范围公差等，根据实际的焊缝形式，如实的填写各个数据到相应的位置。这里需要特别强调的是processing methed的形式的选择，对于V型焊缝，一般选择第二项root pass seach based on plate thickness，激光找寻出来的跟踪点可以综合考虑板厚以及根部表面状况，优化评判根部的节点变化情况。这里要注意的是gap measurement中需要选择top选项。
5.1.2.4 模版的属性设置。属性设置对话框，将激光扫描线两边的15%进行屏蔽，集中扫描区域，将没有必要的反射影像消除掉。
5.1.2.5 设置过滤（filter）的数值，数值：7，此值极为关键，使图
形成形更为流畅。然后是anti-reflection（抗反射）的设置，它的目的是为了消除激光认为无效的部分图像（例如焊豆、划痕等）。一般来说，window of rejection优化选择1，Slope of window increase 优化选择100%，自动增加1mm*100%=1mm的扫描范围来获取扫描信息，它主要是为了应付焊接过程中的噪音影响。
5.1.2.6 保存模版。模版编制完毕后，技术人员要将其存储在IGM设备里。
5.1.3 设备空步行走。操作者首先调整焊枪，将焊丝对中焊缝，然后打开激光，设备空步行走整个4m行程，确定无问题后，返回原点处准备焊接。焊丝对中和空步行走示例.
5.1.4 自动焊接。空步行走确保无问题后，选择新的激光模板，启动焊接程序，开始正式焊接，同时保持对电弧的观察，一旦发现异常情况立即，停止焊接。
6 试验结果及分析
6.1 结果分析
6.1.1 本次试验是采用4m的型材在工装上组对、点固、焊接的，与整车侧墙24m长相比仍有些许差距，但从技术角度讲可以代表整个工件的焊接。
6.1.2 焊枪喷嘴与型材滑槽的距离约为1mm，极易发生干涉，对激光状态要求特别严格，对操作者责任心强调尤为重要。即便如此，保证激光能准确寻找到焊缝，撞枪的风险还是极低的。
6.1.3 采取措施规避IGM持枪机构与型材滑槽撞枪的风险。一是降低段焊点对激光的影响，要求侧墙反面滑槽处焊缝只在始末端进行点固，中间不点固。二是机械手操作工在焊接前，要对激光器及其附属机构进行检查，以保证其不存在异常。与此同时，也要对整条焊缝的表面状态进行检查，以确保无铝屑、焊渣等。在焊丝对中焊缝时，要用较慢的速度调整焊枪，焊丝对中后，设备空走200mm距离，检查跟踪状态，如正常，返回原点处准备焊接。在焊接过程中，要始终保持对焊缝进行跟踪，一旦发现异常情况，立刻停止焊接，以减少持枪机构和工件的损失。
7 结论和建议
（1）通过本次工艺试验攻关，使得IGM机械手焊接5型车侧墙合成反面滑槽处焊缝的方式得以实现。
（2）在时速250公里动车组第五单项目时建议侧墙自动焊使用双枪双丝龙门式IGM设备。
（3）双枪双丝IGM机械手的成功应用，最终实现了5型车车体侧墙工艺技术创新。
参考文献：
1 王炎金.铝合金车体焊接工艺.北京：机械工业出版社，2009，12：50-60
2 王炎金，杨景宏，吴亚舒.焊接机器人在铁路客车制造上的应用.机器人专栏，2001，10
论文作者:于超,赵龙,徐海坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：激光论文; 滑槽论文; 机械手论文; 设备论文; 工艺论文; 型材论文; 焊丝论文; 《基层建设》2019年第2期论文;