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        龍門式激光MAG焊在車頂通長板焊接中的應(yīng)用
        
                    
        作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時間：2009-12-23 10:04:33					[收藏]
        
               
        
                
        				
        				
         

               
        
               
          
				　　(1、蘭州理工大學(xué)甘肅省有色金屬新材料國家重點實驗室，甘肅蘭州730050；2中國南車集團四方機車車輛股份有限公司，山東青島26631) 
          

          
　　摘要：介紹了美國Jetline公司制造的龍門式激光自動跟蹤MAG焊機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和基本操作，并制定了龍門焊機焊接軌道車輛車頂通長板的工藝措施。 
          

          
　　關(guān)鍵詞：龍門焊機；激光跟蹤；激光傳感器 
          

          
　　序言 
          

          
　　傳統(tǒng)軌道車輛客車鋼結(jié)構(gòu)車頂板一直沿用分段搭接的方式，焊縫包括中頂板及中頂板弧形搭接焊縫，共20多段，每段長2.9m；中頂板與通長側(cè)頂板的搭接長直焊縫，共計2段，每段長25.5m。采用的焊接方法是手工CO2氣體保護焊，其特點為：速度慢，效率低[1、2]、外觀不美觀、焊工勞動強度大。為改變這一落后狀況，南車四方公司將車頂分段焊接的中頂板改為通長板以減少焊縫的數(shù)量，如圖1所示。并從美國Jetline公司引進一臺龍門式激光跟蹤自動焊機，用于車頂板焊接，配合通長中頂板漲拉工藝，大大提高了車頂焊接的自動化水平。 
          

          
　　1結(jié)構(gòu)與跟蹤原理 
          

          
　　龍門焊機主要由以下幾部分組成：lnvision456型逆變脈沖,Miller焊機、JST激光焊縫跟蹤系統(tǒng)、Lincoln型Miller程控送絲機、Lincoln焊接煙塵吸收裝置、冷卻系統(tǒng)和龍門架、導(dǎo)軌、電纜等附屬裝置，如圖2所示。 
          

          
　　龍門焊機焊縫自動跟蹤功能由JST激光焊縫跟蹤系統(tǒng)完成，它主要由工業(yè)PC、CCD激光傳感器、十字滑塊、監(jiān)視器、控制器以及連接電纜等組成。工業(yè)PC內(nèi)的SAPEⅡ集成電路板是焊縫跟蹤系統(tǒng)的核心，工作原理如圖3所示。 
          

          
　　由圖3可知，焊縫的位置特征和幾何輪廓經(jīng)傳感器中的CCD攝入圖像并經(jīng)處理，送入圖像采集卡經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成8bit數(shù)字信號，以中斷傳送方式經(jīng)PCI總線送入SAPEⅡ板的內(nèi)存。SAPEⅡ板調(diào)用圖像處理程序進行圖像預(yù)處理(濾波、增強等)和圖像后處理(抽取焊縫中心線、檢測特征信號點)，得到偏差信號后，經(jīng)控制算法得到控制信號，由執(zhí)行機構(gòu)控制步進電機作上、下、左、右4個方向的運動，調(diào)整焊槍自動對準(zhǔn)焊縫。 
          

          
　　傳感器是焊縫跟蹤系統(tǒng)最為關(guān)鍵的部件，龍門焊機采用的是由Jetine公司自行研制的型號為MLP10-5的激光傳感器，其主要結(jié)構(gòu)為CCD攝像機、激光二極管、鏡頭、圓柱透鏡、帶通濾光片和防飛濺罩等組成。其功率大，結(jié)構(gòu)小巧，可與焊槍綁定一起使用，可發(fā)出激光條紋的寬度為12mm，調(diào)整靈敏度小于等于±0.2mm。激光傳感方法不僅能檢測出焊縫的中心位置，獲得焊縫的形狀和尺寸等特征參量，并且是無接觸的；而且激光光強大、頻帶窄的特點使焊縫跟蹤更為靈敏準(zhǔn)確。如圖4所示，激光二極管發(fā)出的點光源經(jīng)過柱狀透鏡變成一束線光源，垂直投射到工件表面，CCD傾斜接收，同時得到工件表面和高度方向的二維圖像信息，送入圖像采集卡[3、4]。 
          

          
　　圖5為焊縫位置發(fā)生變化時，激光帶在CCD中成像的示意圖，a、b、c、d、e依次為焊槍相對于焊縫位置準(zhǔn)確、偏左、偏右、偏高、偏低時的成像示意圖。 
          

          
　　2基本操作 
          

          
　　龍門焊機的操作是通過控制器來實現(xiàn)的?？刂破魃嫌蠸tart、Stop、Laser、Error、Seam 5個按鈕以及控制焊槍左右和上下移動的開關(guān)。焊縫跟蹤前按下Laser按鈕，將激光打開，激光傳感器將自動尋找焊縫并感應(yīng)傳感頭距焊縫的位置，若傳感頭相對于焊縫位置過大或過小，超過了傳感頭的正常感應(yīng)范圍，控制器面板會彈出錯誤信息“Fail to see the seam”，輕撥左右和上下移動開關(guān)直至錯誤信息消除，選擇焊縫的連接型式，調(diào)整左右和上下偏移量接近于零點。譬如，控制器面板上顯示“Y=+0.1mm，Z=-0.3mm”信息表示激光條紋中心點相對于焊縫正確位置在垂直方向向下偏移0.3mm，在水平方向向左偏移0.1mm。如果想讓傳感器相對于焊縫始終有這樣一個偏移量，請同時按下Laser和Seam按鈕，起用傳感器的示教(Teach)功能，則該位置被視為焊槍相對于焊縫的基準(zhǔn)位置。跟蹤過程中傳感器在該位置觀測到焊縫，焊槍不做位置調(diào)整，偏離此位置，焊槍以此位置為基準(zhǔn)做上下和左右調(diào)整，從而實現(xiàn)焊縫的跟蹤①。 
          

          
　　3工藝制定 
          

          
　　根據(jù)龍門焊機的工作特點，結(jié)合車頂?shù)脑O(shè)計結(jié)構(gòu)，為保證龍門焊機正常的工作，制定了使用龍門焊機時的配套工藝措施。 
          

          
　　3.1通長板供料尺寸精度要求 
          

          
　　保證通長板供料的尺寸精度，通長板平面度小于等于1mm/m2局部直線度小于等于5.0mm/cm，側(cè)頂板上邊緣平面度小于等于1mm/m2，局部直線度小于等于5.0mm/cm；控制車頂骨架彎梁的成形質(zhì)量，要求彎梁的翼腹面垂直度小于等于90°，彎梁甩頭小于等于10mm，通長板兩端各留出300mm拉伸工藝余量。 
          

          
　　3.2通長板裝配質(zhì)量要求 
          

          
　　配備與龍門焊機配套的焊接工裝，保證通長板的裝配精度，定位夾緊車頂，保證車頂放正放平；龍門焊機柔性不足，送絲機構(gòu)不能根據(jù)焊縫的形態(tài)自動調(diào)節(jié)送絲速度，焊接速度一旦設(shè)定，焊接過程中也不能做調(diào)整，如果板與板之間閃縫過大，焊縫會出現(xiàn)欠絲，要求兩通長板板間裝配縫隙小于等于1.0mm；限于機動十字滑塊有效行程為120mm，要求通長板整車方向上的傾斜小于等于60.0mm；由于焊點對焊縫跟蹤以及焊縫成形的影響較大，必須控制焊點尺寸，要求焊點尺寸高度小于等于3.0mm，直徑小于等于10.0mm，保證彎梁與頂板密貼，以保證拉伸時頂板受力均勻，車頂不易發(fā)生變形。 
          

          
　　3.3通長板焊接工藝 
          

          
　　由于焊縫對油漆等有機物質(zhì)十分敏感，焊縫經(jīng)常出現(xiàn)氣孔、夾雜等缺陷，焊前2h內(nèi)將焊縫兩側(cè)打磨光亮，并采用φ(Ar)80%+φ(CO2)20%干燥混合氣體保護。采用合理的焊接順序，焊前施以反變形以減少車頂上翹變形。焊后不要馬上將固定車頂?shù)墓ぱb夾具卸開，應(yīng)間隔一定時間待車頂完全冷卻后再卸。 
          

          
　　由于車頂龍門焊機焊接速度較慢，單位時間空間的焊縫熱輸入量很大，焊后車頂鋼結(jié)構(gòu)的上翹變形很大，嚴(yán)重時可造成頂板與骨架梁焊縫崩裂，采用合理的焊接規(guī)范參數(shù)以及施焊順序至關(guān)重要。表1是龍門焊機用于車頂焊接的規(guī)范參數(shù)，通長車頂板材質(zhì)為耐候鋼09CuPCrNi-B，板厚為2.0mm。圖6為通長板的3種接縫形式，依次為船形焊、類仰焊、平焊。 
          

          
　　為控制焊接變形，將整個車頂3條通長焊縫分為3段，先焊車頂中心中頂板與中頂板的對接焊縫，具體施焊順序⑴、⑵、⑶，倒向焊接以減少焊接變形；再同時焊車頂兩側(cè)中頂板與側(cè)頂板的兩條船形或類仰形搭接焊縫，施焊順序⑷、⑸、⑹，同樣采用倒向焊接，如圖7所示。施焊前要仔細(xì)觀察焊縫裝配質(zhì)量和打磨質(zhì)量。 
          

          
　　3.4龍門焊機工作要求 
          

          
　　焊前檢查龍門焊機各器件工作是否正常，按照使用要求說明書定期更換易損器件，保證冷卻管路和吸塵管路的正常運行；定期檢查更換激光傳感器的防飛濺罩以及濾光片，保證防飛濺罩的正常工作和濾光片的清潔；MLP10-5型傳感器來說，其左右最大的偏移量范圍為-6.0-+6.0mm，透鏡有效工作高度范圍為-15-+20mm，焊槍相對于基準(zhǔn)位置不得超過傳感器的工作范圍。 
          

          
　　表2是采用龍門焊機前后車頂焊縫成形、焊接效率、所耗焊材和焊接成本的一些數(shù)據(jù)對比。 
          

          
　　 經(jīng)過表2對比發(fā)現(xiàn)，采用龍門焊機后焊縫成形得到很大改善，焊接效率得到很大提高，焊接成本有效降低，經(jīng)濟效益顯著。 
          

          
　　4常見故障及解決措施 
          

          
　　 常見故障及解決措施見表3。 
          

          
　　5結(jié)論 
          

          
　　a、采用龍門焊機焊接車頂通長板焊縫，提高了焊接質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。b、實現(xiàn)激光自動跟蹤，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度。c、針對于車體總組裝時車頂雨檐下:條通長仰焊縫施焊位置不好，工人勞動強度大且焊縫成形不良，建議增設(shè)懸臂式激光跟蹤自動焊機。 
          

          
　　參考文獻(xiàn)： 
          

          
　　[1]中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會。焊接手冊?材料的焊接[M]北京：機械工業(yè)出版社，1992[2]周振豐。金屬焊接性[M]北京：機械工業(yè)出版社，1994[3]鞠益蘭，程金松6結(jié)構(gòu)光式激光視覺傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)[J]電焊機，2002，32(5)：9-11[4]孫立新，韓煒，劉冰清，等6結(jié)構(gòu)光焊縫檢測傳感器設(shè)計理論的研究[J]光學(xué)學(xué)，2003，23(2)：225-230  
          
 
          
 
          
		
				
				

            
          				
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          文章標(biāo)題
          
            
          
        
        
     
        
     
     
        
     
     


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