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    龍門式激光MAG焊在車頂通長(zhǎng)板焊接中的應(yīng)用

    作者:鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
    時(shí)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州730050;2中國(guó)南車集團(tuán)四方機(jī)車車輛股份有限公司,山東青島26631)

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

        關(guān)鍵詞:龍門焊機(jī);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(zhǎng)2.9m;中頂板與通長(zhǎng)側(cè)頂板的搭接長(zhǎng)直焊縫,共計(jì)2段,每段長(zhǎng)25.5m。采用的焊接方法是手工CO2氣體保護(hù)焊,其特點(diǎn)為:速度慢,效率低[1、2]、外觀不美觀、焊工勞動(dòng)強(qiáng)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(zhǎng)板以減少焊縫的數(shù)量,如圖1所示。并從美國(guó)Jetline公司引進(jìn)一臺(tái)龍門式激光跟蹤自動(dòng)焊機(jī),用于車頂板焊接,配合通長(zhǎng)中頂板漲拉工藝,大大提高了車頂焊接的自動(dòng)化水平。

        1結(jié)構(gòu)與跟蹤原理

        龍門焊機(jī)主要由以下幾部分組成:lnvision456型逆變脈沖,Miller焊機(jī)、JST激光焊縫跟蹤系統(tǒng)、Lincoln型Miller程控送絲機(jī)、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(jī)焊縫自動(dòng)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(guò)A/D轉(zhuǎn)換成8bit數(shù)字信號(hào),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(jìn)行圖像預(yù)處理(濾波、增強(qiáng)等)和圖像后處理(抽取焊縫中心線、檢測(cè)特征信號(hào)點(diǎn)),得到偏差信號(hào)后,經(jīng)控制算法得到控制信號(hào),由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制步進(jìn)電機(jī)作上、下、左、右4個(gè)方向的運(yùn)動(dòng),調(diào)整焊槍自動(dòng)對(duì)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(jī)采用的是由Jetine公司自行研制的型號(hào)為MLP10-5的激光傳感器,其主要結(jié)構(gòu)為CCD攝像機(jī)、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(cè)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(wú)接觸的;而且激光光強(qiáng)大、頻帶窄的特點(diǎn)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(diǎn)光源經(jīng)過(guò)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(shí)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(shí),激光帶在CCD中成像的示意圖,a、b、c、d、e依次為焊槍相對(duì)于焊縫位置準(zhǔn)確、偏左、偏右、偏高、偏低時(shí)的成像示意圖。

        2基本操作

        龍門焊機(jī)的操作是通過(guò)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。控制器上有Start、Stop、Laser、Error、Seam 5個(gè)按鈕以及控制焊槍左右和上下移動(dòng)的開(kāi)關(guān)。焊縫跟蹤前按下Laser按鈕,將激光打開(kāi),激光傳感器將自動(dòng)尋找焊縫并感應(yīng)傳感頭距焊縫的位置,若傳感頭相對(duì)于焊縫位置過(guò)大或過(guò)小,超過(guò)了傳感頭的正常感應(yīng)范圍,控制器面板會(huì)彈出錯(cuò)誤信息“Fail to see the seam”,輕撥左右和上下移動(dòng)開(kāi)關(guān)直至錯(cuò)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(diǎn)。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(diǎn)相對(duì)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(duì)于焊縫始終有這樣一個(gè)偏移量,請(qǐng)同時(shí)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(duì)于焊縫的基準(zhǔn)位置。跟蹤過(guò)程中傳感器在該位置觀測(cè)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(shí)現(xiàn)焊縫的跟蹤①。

        3工藝制定

        根據(jù)龍門焊機(jī)的工作特點(diǎn),結(jié)合車頂?shù)脑O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),為保證龍門焊機(jī)正常的工作,制定了使用龍門焊機(jī)時(shí)的配套工藝措施。

        3.1通長(zhǎng)板供料尺寸精度要求

        保證通長(zhǎng)板供料的尺寸精度,通長(zhǎng)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(zhǎng)板兩端各留出300mm拉伸工藝余量。

        3.2通長(zhǎng)板裝配質(zhì)量要求

        配備與龍門焊機(jī)配套的焊接工裝,保證通長(zhǎng)板的裝配精度,定位夾緊車頂,保證車頂放正放平;龍門焊機(jī)柔性不足,送絲機(jī)構(gòu)不能根據(jù)焊縫的形態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)送絲速度,焊接速度一旦設(shè)定,焊接過(guò)程中也不能做調(diào)整,如果板與板之間閃縫過(guò)大,焊縫會(huì)出現(xiàn)欠絲,要求兩通長(zhǎng)板板間裝配縫隙小于等于1.0mm;限于機(jī)動(dòng)十字滑塊有效行程為120mm,要求通長(zhǎng)板整車方向上的傾斜小于等于60.0mm;由于焊點(diǎn)對(duì)焊縫跟蹤以及焊縫成形的影響較大,必須控制焊點(diǎn)尺寸,要求焊點(diǎn)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(shí)頂板受力均勻,車頂不易發(fā)生變形。

        3.3通長(zhǎng)板焊接工藝

        由于焊縫對(duì)油漆等有機(jī)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(hù)。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(kāi),應(yīng)間隔一定時(shí)間待車頂完全冷卻后再卸。

        由于車頂龍門焊機(jī)焊接速度較慢,單位時(shí)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(shí)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(jī)用于車頂焊接的規(guī)范參數(shù),通長(zhǎng)車頂板材質(zhì)為耐候鋼09CuPCrNi-B,板厚為2.0mm。圖6為通長(zhǎng)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(gè)車頂3條通長(zhǎng)焊縫分為3段,先焊車頂中心中頂板與中頂板的對(duì)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(shí)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(jī)工作要求

        焊前檢查龍門焊機(jī)各器件工作是否正常,按照使用要求說(shuō)明書(shū)定期更換易損器件,保證冷卻管路和吸塵管路的正常運(yùn)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(lái)說(shuō),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(duì)于基準(zhǔn)位置不得超過(guò)傳感器的工作范圍。

        表2是采用龍門焊機(jī)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(duì)比。

         經(jīng)過(guò)表2對(duì)比發(fā)現(xiàn),采用龍門焊機(jī)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(jì)效益顯著。

        4常見(jiàn)故障及解決措施

         常見(jiàn)故障及解決措施見(jiàn)表3。

        5結(jié)論

        a、采用龍門焊機(jī)焊接車頂通長(zhǎng)板焊縫,提高了焊接質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本。b、實(shí)現(xiàn)激光自動(dòng)跟蹤,提高了生產(chǎn)效率,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。c、針對(duì)于車體總組裝時(shí)車頂雨檐下:條通長(zhǎng)仰焊縫施焊位置不好,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大且焊縫成形不良,建議增設(shè)懸臂式激光跟蹤自動(dòng)焊機(jī)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)。焊接手冊(cè)?材料的焊接[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992[2]周振豐。金屬焊接性[M]北京:機(jī)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(jué)傳感器的焊縫跟蹤系統(tǒng)[J]電焊機(jī),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(cè)傳感器設(shè)計(jì)理論的研究[J]光學(xué)學(xué),2003,23(2):225-230


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