鐵路道岔軌道墊板自動(dòng)焊接技術(shù)

李琪

中鐵寶橋集團(tuán)有限公司 陜西寶雞 721006

1 序言

鐵路軌道鋼墊板在全線路間隔鋪設(shè)，數(shù)量巨大，其結(jié)構(gòu)形式由鋼底板和鐵座組成。鐵座焊接在底板上，起到支撐軌道及定位鋼軌的作用，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到鐵路運(yùn)營的安全。道岔軌道鋼墊板典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 道岔軌道鋼墊板典型結(jié)構(gòu)

鐵路道岔區(qū)的墊板稱為“道岔墊板”，鐵路道岔結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，道岔墊板形式多種多樣，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接難度較大。因此，目前道岔墊板各個(gè)零件的組拼、焊接是完全依靠人工完成的，墊板焊接質(zhì)量對(duì)焊工的技能水平和責(zé)任心依賴很大，且人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。焊接是有害工種，職業(yè)健康防護(hù)難度大，零散的人工操作工位不利于集中排煙除塵，焊工的操作環(huán)境難以改善。隨著工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提升，道岔墊板實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接勢(shì)在必行。設(shè)計(jì)鐵路道岔軌道墊板自動(dòng)焊接技術(shù)并實(shí)施應(yīng)用，一是提高效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到工業(yè)化批量生產(chǎn)的目的；二是確保焊接質(zhì)量，減少人為因素對(duì)焊接質(zhì)量的影響。

2 設(shè)計(jì)方案

道岔墊板制造流程如圖2所示。根據(jù)道岔墊板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造流程，進(jìn)行其自動(dòng)化焊接生產(chǎn)制造的方案設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方案根據(jù)工藝流程分為4步：一是各零部件的自動(dòng)化組拼方案設(shè)計(jì)；二是對(duì)組拼件進(jìn)行自動(dòng)化焊接過程的設(shè)計(jì)；三是對(duì)自動(dòng)組拼與自動(dòng)焊接的銜接集成一鍵控制過程設(shè)計(jì)；四是對(duì)焊后的焊縫自動(dòng)化檢測(cè)及傳輸碼垛過程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案的焊接工藝方法基于氣體保護(hù)焊自動(dòng)焊接技術(shù)，可以采用混合氣體保護(hù)焊（MAG焊），也可以采用CO2氣體保護(hù)焊（MIG焊）[1，2]。該設(shè)計(jì)方案的焊接工藝方法采用的焊接材料是藥芯焊絲和實(shí)芯焊絲。

圖2 道岔墊板制造流程

2.1 自動(dòng)化組拼方案

自動(dòng)化組拼設(shè)計(jì)主要由紅外感應(yīng)識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)定位裝置和工件抓取裝置組成。紅外感應(yīng)系統(tǒng)主要是全過程的感應(yīng)識(shí)別，包括對(duì)所抓取零件的品類感應(yīng)識(shí)別、對(duì)道岔墊板焊接成品種類的感應(yīng)識(shí)別、對(duì)自動(dòng)定位裝置類型的二維碼感應(yīng)識(shí)別。自動(dòng)定位裝置是根據(jù)道岔墊板的品類和各個(gè)零部件的品類設(shè)計(jì)的用于道岔墊板焊接前各個(gè)零部件傳輸定位的工藝裝置。工件抓取裝置主要是焊前將零件放置到焊接臺(tái)，焊后將道岔墊板放置到自動(dòng)傳輸線上。

2.2 自動(dòng)化焊接方案

自動(dòng)化焊接方案包括零件之間的定位焊接和定位焊接之后的正式焊接。自動(dòng)焊接過程由紅外感應(yīng)系統(tǒng)和自動(dòng)焊接裝置配套完成。紅外感應(yīng)系統(tǒng)是用來識(shí)別將要焊接的焊縫位置，并進(jìn)行焊縫位置的感應(yīng)跟蹤，做到能根據(jù)各個(gè)零部件的公差情況自動(dòng)感應(yīng)并準(zhǔn)確地進(jìn)行焊接位置布置。自動(dòng)焊接裝置通過程序編寫、示教及焊接參數(shù)設(shè)計(jì)等一系列流程來完成。

2.3 焊縫自動(dòng)檢測(cè)及傳輸碼垛方案

自動(dòng)化焊接完成后進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)碼垛，自動(dòng)檢測(cè)由感應(yīng)識(shí)別裝置完成，自動(dòng)碼垛由抓取機(jī)器人完成，最后將自動(dòng)碼垛的道岔墊板運(yùn)輸出生產(chǎn)線。

2.4 一鍵集成控制方案

焊前系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，在自動(dòng)組拼和自動(dòng)焊接、搬運(yùn)過程均“OK”的狀態(tài)下，由集成控制操作手柄進(jìn)行一鍵操作，自動(dòng)過程按照預(yù)定的流程進(jìn)行操作，當(dāng)某個(gè)過程出現(xiàn)異常時(shí)，可以選擇停止該分控過程或停止所有過程。

3 設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)措施

3.1 自動(dòng)組拼

將道岔墊板各個(gè)零部件準(zhǔn)備好，放置在設(shè)計(jì)有對(duì)應(yīng)二維碼的托盤上，自動(dòng)傳輸至紅外感應(yīng)系統(tǒng)區(qū)域，若識(shí)別符合，則自動(dòng)抓取零部件到焊接平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)定位、組拼，等待焊接；若識(shí)別不符合，則發(fā)出報(bào)警提示，經(jīng)人工檢查、處理后再進(jìn)行紅外感應(yīng)識(shí)別。

3.2 自動(dòng)定位焊

根據(jù)道岔墊板設(shè)計(jì)圖樣的要求進(jìn)行定位焊參數(shù)設(shè)計(jì)、自動(dòng)定位焊接編程、定位焊接路徑示教，在自動(dòng)定位焊前對(duì)焊絲供應(yīng)系統(tǒng)、焊接保護(hù)氣體供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，顯示正常后即進(jìn)行自動(dòng)定位焊，不正常即發(fā)出報(bào)警提示，經(jīng)人工檢查、處理后再進(jìn)行自動(dòng)定位焊。

3.3 自動(dòng)焊接

根據(jù)道岔墊板設(shè)計(jì)圖樣的要求進(jìn)行正式焊接參數(shù)設(shè)計(jì)、正式焊接編程、正式焊接路徑示教，在正式焊接前對(duì)焊絲供應(yīng)系統(tǒng)、焊接保護(hù)氣體供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，正常后即進(jìn)行自動(dòng)焊接，不正常即發(fā)出報(bào)警提示，經(jīng)人工檢查、處理后再進(jìn)行正式焊接。

3.4 焊縫自動(dòng)檢測(cè)及道岔墊板的自動(dòng)碼垛

焊接完成后通過自動(dòng)傳輸系統(tǒng)將焊件輸出焊接生產(chǎn)線，自動(dòng)傳輸線上設(shè)計(jì)焊縫自動(dòng)檢測(cè)裝置，當(dāng)焊縫質(zhì)量合格時(shí)傳輸?shù)酵ǖ?，不符合設(shè)定值時(shí)傳輸?shù)酵ǖ?。對(duì)通道1輸出的道岔墊板用抓取機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)碼垛，通道2輸出的道岔墊板進(jìn)行人工線下檢測(cè)及修補(bǔ)處理，合格后再流入成品使用。

4 焊接工藝

本自動(dòng)焊接技術(shù)采用的焊接工藝主要設(shè)置參數(shù)為焊接步驟、焊接電流、電弧電壓、保護(hù)氣體流量、焊接速度及收弧停留時(shí)間，其參數(shù)設(shè)置見表1。表1中的值為試驗(yàn)得出的較佳參數(shù)，在應(yīng)用中可以根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表1 自動(dòng)焊焊接參數(shù)

5 應(yīng)用驗(yàn)證

道岔墊板自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)在道岔墊板焊接生產(chǎn)中應(yīng)用，生產(chǎn)實(shí)景如圖3所示。該技術(shù)應(yīng)用后，焊工需求量大大減少，僅需要操作工人監(jiān)控自動(dòng)過程的運(yùn)行，多個(gè)焊接工位僅需配備1名焊工監(jiān)控焊接質(zhì)量即可，提升了道岔墊板焊接的工業(yè)生產(chǎn)水平，取消了人工搬運(yùn)、碼垛等輔助用工人。所焊接的道岔墊板在神朔鐵路、朔黃鐵路、張?zhí)畦F路等線路中已經(jīng)使用，使用過程中質(zhì)量穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)脫焊及斷裂等道岔墊板常見故障。

圖3 道岔墊板自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)景

6 結(jié)束語

通過道岔墊板自動(dòng)焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了道岔墊板焊接工藝流程全過程的自動(dòng)化制造，保證了穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了操作環(huán)境。