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龍門(mén)式激光MAG焊在車(chē)頂通長(cháng)板焊接中的應用

作者:鋼結構網(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家重點(diǎn)實(shí)驗室,甘肅蘭州730050;2中國南車(chē)集團四方機車(chē)車(chē)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(mén)式激光自動(dòng)跟蹤MAG焊機的基本結構、工作原理和基本操作,并制定了龍門(mén)焊機焊接軌道車(chē)輛車(chē)頂通長(cháng)板的工藝措施。

      關(guān)鍵詞:龍門(mén)焊機;激光跟蹤;激光傳感器

      序言

      傳統軌道車(chē)輛客車(chē)鋼結構車(chē)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(cháng)2.9m;中頂板與通長(cháng)側頂板的搭接長(cháng)直焊縫,共計2段,每段長(cháng)25.5m。采用的焊接方法是手工CO2氣體保護焊,其特點(diǎn)為:速度慢,效率低[1、2]、外觀(guān)不美觀(guān)、焊工勞動(dòng)強度大。為改變這一落后狀況,南車(chē)四方公司將車(chē)頂分段焊接的中頂板改為通長(cháng)板以減少焊縫的數量,如圖1所示。并從美國Jetline公司引進(jìn)一臺龍門(mén)式激光跟蹤自動(dòng)焊機,用于車(chē)頂板焊接,配合通長(cháng)中頂板漲拉工藝,大大提高了車(chē)頂焊接的自動(dòng)化水平。

      1結構與跟蹤原理

      龍門(mén)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、Lincoln型Miller程控送絲機、Lincoln焊接煙塵吸收裝置、冷卻系統和龍門(mén)架、導軌、電纜等附屬裝置,如圖2所示。

      龍門(mén)焊機焊縫自動(dòng)跟蹤功能由JST激光焊縫跟蹤系統完成,它主要由工業(yè)PC、CCD激光傳感器、十字滑塊、監視器、控制器以及連接電纜等組成。工業(yè)PC內的SAPEⅡ集成電路板是焊縫跟蹤系統的核心,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轉換成8bit數字信號,以中斷傳送方式經(jīng)PCI總線(xiàn)送入SAPEⅡ板的內存。SAPEⅡ板調用圖像處理程序進(jìn)行圖像預處理(濾波、增強等)和圖像后處理(抽取焊縫中心線(xiàn)、檢測特征信號點(diǎn)),得到偏差信號后,經(jīng)控制算法得到控制信號,由執行機構控制步進(jìn)電機作上、下、左、右4個(gè)方向的運動(dòng),調整焊槍自動(dòng)對準焊縫。

      傳感器是焊縫跟蹤系統最為關(guān)鍵的部件,龍門(mén)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,其主要結構為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,結構小巧,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(wú)接觸的;而且激光光強大、頻帶窄的特點(diǎn)使焊縫跟蹤更為靈敏準確。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(xiàn)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依次為焊槍相對于焊縫位置準確、偏左、偏右、偏高、偏低時(shí)的成像示意圖。

      2基本操作

      龍門(mén)焊機的操作是通過(guò)控制器來(lái)實(shí)現的??刂破魃嫌蠸tart、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)尋找焊縫并感應傳感頭距焊縫的位置,若傳感頭相對于焊縫位置過(guò)大或過(guò)小,超過(guò)了傳感頭的正常感應范圍,控制器面板會(huì )彈出錯誤信息“Fail to see the seam”,輕撥左右和上下移動(dòng)開(kāi)關(guān)直至錯誤信息消除,選擇焊縫的連接型式,調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(gè)偏移量,請同時(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于焊縫的基準位置。跟蹤過(guò)程中傳感器在該位置觀(guān)測到焊縫,焊槍不做位置調整,偏離此位置,焊槍以此位置為基準做上下和左右調整,從而實(shí)現焊縫的跟蹤①。

      3工藝制定

      根據龍門(mén)焊機的工作特點(diǎn),結合車(chē)頂的設計結構,為保證龍門(mén)焊機正常的工作,制定了使用龍門(mén)焊機時(shí)的配套工藝措施。

      3.1通長(cháng)板供料尺寸精度要求

      保證通長(cháng)板供料的尺寸精度,通長(cháng)板平面度小于等于1mm/m2局部直線(xiàn)度小于等于5.0mm/cm,側頂板上邊緣平面度小于等于1mm/m2,局部直線(xiàn)度小于等于5.0mm/cm;控制車(chē)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(cháng)板兩端各留出300mm拉伸工藝余量。

      3.2通長(cháng)板裝配質(zhì)量要求

      配備與龍門(mén)焊機配套的焊接工裝,保證通長(cháng)板的裝配精度,定位夾緊車(chē)頂,保證車(chē)頂放正放平;龍門(mén)焊機柔性不足,送絲機構不能根據焊縫的形態(tài)自動(dòng)調節送絲速度,焊接速度一旦設定,焊接過(guò)程中也不能做調整,如果板與板之間閃縫過(guò)大,焊縫會(huì )出現欠絲,要求兩通長(cháng)板板間裝配縫隙小于等于1.0mm;限于機動(dòng)十字滑塊有效行程為120mm,要求通長(cháng)板整車(chē)方向上的傾斜小于等于60.0mm;由于焊點(diǎn)對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(chē)頂不易發(fā)生變形。

      3.3通長(cháng)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)常出現氣孔、夾雜等缺陷,焊前2h內將焊縫兩側打磨光亮,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(chē)頂上翹變形。焊后不要馬上將固定車(chē)頂的工裝夾具卸開(kāi),應間隔一定時(shí)間待車(chē)頂完全冷卻后再卸。

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

      為控制焊接變形,將整個(gè)車(chē)頂3條通長(cháng)焊縫分為3段,先焊車(chē)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(shí)焊車(chē)頂兩側中頂板與側頂板的兩條船形或類(lèi)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。施焊前要仔細觀(guān)察焊縫裝配質(zhì)量和打磨質(zhì)量。

      3.4龍門(mén)焊機工作要求

      焊前檢查龍門(mén)焊機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,焊槍相對于基準位置不得超過(guò)傳感器的工作范圍。

      表2是采用龍門(mén)焊機前后車(chē)頂焊縫成形、焊接效率、所耗焊材和焊接成本的一些數據對比。

       經(jīng)過(guò)表2對比發(fā)現,采用龍門(mén)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(zhù)。

      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結論

      a、采用龍門(mén)焊機焊接車(chē)頂通長(cháng)板焊縫,提高了焊接質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本。b、實(shí)現激光自動(dòng)跟蹤,提高了生產(chǎn)效率,降低了勞動(dòng)強度。c、針對于車(chē)體總組裝時(shí)車(chē)頂雨檐下:條通長(cháng)仰焊縫施焊位置不好,工人勞動(dòng)強度大且焊縫成形不良,建議增設懸臂式激光跟蹤自動(dòng)焊機。

      參考文獻:

      [1]中國機械工程學(xué)會(huì )焊接學(xué)會(huì )。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結構光式激光視覺(jué)傳感器的焊縫跟蹤系統[J]電焊機,2002,32(5):9-11[4]孫立新,韓煒,劉冰清,等6結構光焊縫檢測傳感器設計理論的研究[J]光學(xué)學(xué),2003,23(2):225-230


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