液压挖掘机论文 机械手焊接技术在液压挖掘机上车架中的应用

　　摘要：文章阐述了应用焊接机器人焊接技术在工程机械液压挖掘机上车架上的运用，以降低工人操作的劳动强度。通过试验证明，在满足相关条件的基础上， 20吨以上的机型可推行机器人焊接，焊后集中专人修补和
　　打磨，这样能节省焊接翻转机的投入。
　　关键词：机械手焊接技术；焊接机器人；液压挖掘机；上车架
　　中图分类号：TU621 　　　文献标识码：A 　　　文章编号：1009-2374（2012）20-0047-03
　　目前国内工程机械厂家还没有推行机械手焊接液压挖掘机上车架。验证机器人焊接工程机械液压挖掘机上车架的可行性，要求焊前上车架是分三部分组成，即左、右部分跟主体连接的焊缝。
　　1　设备介绍及试验目标
　　（1）采用厦门思尔特机器人主平台焊接系统。它由ABB机器人IRB 1600+IRC5、三轴龙门架（X、Y、Z行程为5.2×1.7×1.5m）、单轴头尾架机器人变位机（承重：5T）及福尼斯TPS5000焊接系统组成，总轴数10轴。
　　机器人本体IRB 1600/1.45m采用倒挂安装方式，机器人活动范围如图1所示：
　　
　　图1 机器人活动范围
　　原点位置时底座距离地面高度是3m。
　　单轴变位机回转中心距地面高度1200mm，即回转半径为1.2m。
　　（2）本次试验23吨挖掘机的上车架，其左右宽度2700mm大于主体机器人变位器（主体变位器回转半径为1200mm）。
　　2　试验方法及焊接目的
　　（1）装夹定位。以原有的装夹23吨系列主体的定位为基准装夹上车架，由于上车架左右横梁的干涉，压块的装夹位置改变。相对于手工焊岗位所使用的变位机，此处上车架的法兰盘处镂空，不能装夹定位。
　　手工焊接装夹只夹中间法兰盘，如图2。本次机器人验证焊接位置为右1-右7和左1-左7及与主体底板连接部分左8-左9，如图2所示：
　　图2 法兰盘焊接部位示意图
　　（2）焊接角度和顺序。为了达到理想的焊接效果，左右横梁跟主体底板连接的角焊缝（左8-左9）采取平焊，对于跟变位机回转轴平行的角焊缝可采取变位机左右回转45°施焊，对于竖直的角焊缝，则应采取变位机左右翻转90°后实施平焊。为了减少焊接变形，应先焊完同侧焊缝再焊另一侧，此次试验先左后右。
　　（3）焊缝尺寸及焊接参数。按工艺要求跟主体连接的横梁的角焊缝尺寸是8×8，最大焊缝10×10的角焊缝在配重安装板（右5和左5）处。工艺要求的焊接电流为180～250A，此次试验除去薄板件的焊接，采用的焊接参考电流为240A。
　　3　试验过程及数据
　　（1）回转测试。查看原有装夹主体的工装在装夹上车架时是否可靠，同时查看机器人变位机在装上上车架后能否左右翻转90°进行施焊。23吨上车架的回转半径较大，左横梁组件比右横梁组件要长，按原装夹主体的方式定位，上车架左右纵梁相对于回转中心不对称。试验中，左侧向上翻转最大角度为76.3°，右侧向上翻转最大角度为60°，因回转半径大于主体变位器高度不能达到90°。
　　（2）平焊测试。横梁跟主体底板连接的角焊缝采用平焊，只焊一道。焊接左横梁二组件跟主体底板角焊缝的效果成型好，焊缝表面平滑（焊接电流240A，速度4.5mm/s，摆幅1.2）。
　　左横梁三组件在装配时下面垫有封底版，它跟主体底板的角焊缝有4mm的间隙，用4.5mm/s的焊接速度容易焊不饱满，可降低焊接速度来达到理想的焊缝效果。
　　由试验效果看，平焊的焊缝质量可以得到
　　保证。
　　（3）左右翻转45°焊接。与变位机回转轴平行的角焊缝采取翻转45°来施焊，保证焊缝质量。横梁与主体主梁连接的角焊缝在焊接过程中发现了一些问题。
　　第一，左横梁组件跟主体主梁装配间隙过大，焊接时铁水渗漏，效果不理想，需要焊前手工
　　修补。
　　第二，焊接上车架时机器人本体活动范围受限。因为装配了横梁组件后，有些焊缝相对于机器人底座的距离缩短，机器人本体在活动时容易碰到上车架工件而发生干涉，编程时要注意把握机器人的活动姿态，以便顺利施焊。
　　焊接参数为电流240A，速度4.5mm/s，摆幅1.2，焊接出来的焊缝成型好，表面光滑，效果
　　理想。
　　（4）左右翻转至最大角度施焊。对于垂直的焊缝，理论上变位器翻转90°后，可以对这些焊缝实施平焊。但本次试验中，机器人变位机的回转半径只有1200mm，小于23吨上车架的回转半径1500mm，不能翻转至90°，只能是翻转至最大角度，对这些焊缝实施上坡焊。左侧向上翻转76°，则该处焊缝实施倾角14°的上坡焊。
　　焊接参数为电流240A，速度4.5mm/s，摆幅1.2，焊缝的成型效果一般，焊缝表面略突起。
　　右侧只能向上翻转至60°，则实施的是倾角30°的上坡焊。如图3所示：
　　
　　图3 倾角30°上坡焊示意图
　　焊接参数不变，焊缝成型差，表面突起严重，质量不好。
　　由试验可看出对于竖直焊缝，翻转越接近90°即越接近平焊，则焊缝的效果就越好。
　　（5）配重安装板处的焊接。配重安装板如图2中的右5和左5按工艺要求焊缝的焊角尺寸较大，有一处短边还开有较大的坡口，对短边开有坡口的对接焊缝采用多层焊（焊3道）。
　　对于长边的角焊缝工艺要求焊角尺寸为10×10，采用两道焊，打底焊完随即盖面焊，焊缝成型较好，焊缝表面平整，略带些氧化皮。
　　而对于装配间隙较大时，需要在间隙中塞铁条，并手工拉焊一道打底，以防焊接时铁水渗漏。
　　4　试验结论及分析
　　从试验的过程和结果来看，平焊的焊缝效果理想；在保证装配间隙较小的情况下，变位器翻转45°焊接的焊缝效果甚好；而对于竖直焊缝，由于变位机回转半径小于上车架回转半径，翻转不到位，造成一定倾角的上坡焊，焊缝质量较差。主要存在以下问题：
　　（1）变位机工装及回转半径。上车架手工焊岗位的变位机是按照焊接上车架而设计的，回转半径大（1.5m），23吨上车架可以左右翻转90°，装夹平台方便，只需装夹主体法兰盘处即可，且用**扭紧和扭松，省时省力。
　　而主体机器人的变位机是为焊接主体而设计的，主要装夹主体底板周边，要长力矩扳手手工扭紧螺栓保证焊后主体底板免校平的效果，因而装夹面显得比手工焊岗位的变位机较宽大、笨重，回转半径较小（1.2m）。上车架上机器人变位机后，由于左右横梁和封底板的干涉，装夹起来极其不便。解决方法是提高变位机的回转中心高度至1.5m，这样能左右翻转至90°；再则就是改善其工装，方便上车架装夹，提高装卸上车架效率，最好是有专门的上车架变位机跟机器人系统配套。
　　（2）龙门架的高度。装上上车架后，机器人本体的活动范围受限，主要受左右横梁组件的影响，焊接时容易发生干涉。解决办法就是抬高龙门架的高度，机器人底座距离工件太近了活动容易受干涉，距离远了还可以通过龙门架的Z轴伸缩来
　　弥补。
　　（3）装配间隙和死角焊缝。若焊缝装配的间隙过大，则需要焊前手工修补，否则机器人焊接时铁水容易渗漏，焊缝效果差。有些死角机器人很难施焊，例如左右横梁组件内腔跟主体连接的焊缝只能人工施焊，还有就是上车架底部背面的一些焊缝需在地面翻转过来施焊。
　　结论：通过在一台ABB主体机器人上焊接，验证23吨上车架如满足以上三个问题，能完成70%～75%的焊缝，建议20吨以上的机型可推行机器人焊接，焊后集中专人修补和打磨，这样能节省焊接翻转机的投入。
　　参考文献
　　[1]　赵巍秋．焊接机器人在汽车工业应用广泛[J]．现代零部件，2011，（5）．
　　[2]　侯建伟，武亚鹏．中厚板焊接机器人在推土机后桥箱上的应用[J]．金属加工（热加工），2011，（14）．
　　[3]　李蕴泽，罗灯远．机器人弧焊在汽车焊接应用中的研究
　　[J]．汽车与配件，2011，（28）．
　　[4]　机器人在波纹板焊接中的应用[J]．金属加工（热加工），2011，（20）．
　　作者简介：吕帆（1970-），女，广西玉林人，广西玉林玉柴重工有限公司工程机械研究院主任工艺师，工程师，研究方向：工艺技术和工装模具管理。
　　（责任编辑：秦逊玉）