谢元立、李万君、高国星、郭立明
中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市 130062
内容摘要：
随着我国装备制造业的蓬勃发展，相继投入了大量的具有国际一流水平的制造装备和引进了先进的制造工艺。目前，机器人自动化焊接已经成为重要的制造工艺方法。这些新设备、新工艺、新方法显著的提高了生产效率、固化了生产节拍、稳定了产品质量。
本文对机器人自动化焊接的生产制造中的质量管控进行了近了一步的研究和探讨，并针对自动化现场焊接容易出现的质量问题制定了一系列的保障措施，对于在新的生产制造形势下把控现场焊接质量，提高生产效率，降低生产成本开辟了一个新思路。
关键词：自动化焊接 焊接缺陷 现场质量
引言：
本文介绍了机器人自动化焊接的特点以及机器人自动化焊接易产生的焊接缺陷。并从人、机、料、法、环等方面着重探讨了自动化焊接现场质量问题的一些解决办法。
正文：
一、机械手自动化焊接的特点
焊接自动化生产过程包括备料、加工、装配、焊接、调修、检验等组成的一个焊接产品生产全过程的自动化。只有实现了这一全过程的机械化和自动化，才能得到稳定的焊接产品质量和均衡的生产节奏，同时获得较高的劳动生产率。概括的说机器人自动焊与传统手工焊相比有如下特点：
1.稳定和提高焊接质量，较好的质量同一性；
2.生产效率高，可24小时连续生产；
3.改善劳动生产率，改善劳动环境；
4.降低了工人对手工焊接技能的要求；
二、机械手自动化焊接在车间生产中易出现的质量问题
虽然说焊接机械手与手工焊相比有更多的优点，但它们同属于活性气体保护焊（MAG）的范畴，那么在手工焊中出现的质量缺欠和质量缺陷在机械手自动焊过程中依然会出现，下面让我们在了解一下活性气体保护焊经常出现的一些焊接缺陷。
1.未填满。未填满是指焊缝表面上连续的断续或沟槽。填充金属不足是产生未填满的根本原因。未填满降低了焊缝金属的有效截面积降低结构的承载能力容易产生应力集中造成裂纹。
2.咬边。咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽，它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充留下的缺口。咬边的主要原因是电弧热量太高、电压过大、焊枪与工件之间的角度不正确，摆动不合理，焊接速度过快造成。咬边减少了焊接接头的有效截面积，降低结构的承载能力，同时还会造成应力集中，发展为裂纹的根源。
3.焊瘤。是指焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属
4.气孔。是指焊接时、熔池中气体未在金属凝固前逸出，残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的。气孔产生的主要原因是母材或填充金属表面有锈、油污、水分等。气孔减小了焊缝的有效截面积，使焊缝疏松、从而降低了接头的强度，降低塑性，致密性下降造成泄露。气孔也是引起应力集中的因素。
5.未熔合。未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分为坡口未熔合，层间未熔合，根部未熔合三种。未熔合是一种面积缺陷，坡口未熔合和根部未熔合对承载面积的减小都非常明显，应力集中也比较严重，其危害性仅次于裂纹。
6.裂纹。是在焊接应力及其他因素下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成新的界面所产生的缝隙。裂纹缺陷在自动焊接中较少见。
7.焊接变形。焊接过程中被焊工件受到不均匀温度场的作用而产生的形状、尺寸变化称为焊接变形。
除了以上的焊接缺陷以外在机器人自动焊中如果参数调整不当、设备送丝系统故障、操作失误等还会出现褶皱、焊偏、焊缝过宽、卷边、熔边等特有的焊接缺陷
1.褶皱。是指在焊缝表面出现的颜色发暗凸凹不平的现象。褶皱不仅影响焊缝美观还降低了焊接接头的机械性能，主要是由于保护气体流量过大或者焊缝过热引起的。
2.焊偏。是指熔化金属偏离焊道的一种现象。这是非常严重的焊接缺陷，主要是由于工件安装不准确、工装定位精度不够、焊接程序不合理等原因造成。
3.焊缝过宽。是指在焊缝金属截面积超出标准规定的允许值。主要是由于焊接工艺规范不合理或焊接接头不规范造成。
4.卷边。卷边是在焊接过程中熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上形成的凸起。主要原因是焊接规范调整不当焊接电流、焊接速度与摆动不匹配造成。
5.熔边。熔边是指在角接焊缝中焊接电弧将接头端面熔化并形成焊缝金属的现象。主要是焊接速度过慢、摆动幅度过大等工艺规范不合理等原因造成。
三、解决措施
上述列举的焊接质量问题不仅影响焊接产品的使用性能和寿命，更重要的是影响人身和财产安全。在机械手自动焊过程中出现的质量问题的原因是多种多样的，下面我们就从人、机、料、法、环五个方面进行分析并制定解决措施。
1.人（操作人员因素）
最直接参与机械手自动化焊接的人员就是焊接机械手操作工。同样的设备、同样的产品不同的操作人员焊接出的产品，质量却不尽相同。经过多年的现场实践经验及班组的管理经验表明作为一名焊接机械手操作工应该具备以下这三种基本的技能。
①够熟练掌握MAG气体保护焊的操作技能。有3-5年的手工焊操作经验；考取平对接焊和角接焊的欧洲焊接资质；具有高级工以上水平。
②要掌握焊接机械手的编程。
自动化焊接与手工焊不同，手工焊接质量取决于焊工本身的技能和工作时的状况，而自动焊的焊接质量很大一部分取决于机械手焊接程序的优劣。在我们公司焊接程序都是由一线操作者来编辑的，而且在机械手焊接时操作者必须根据料件、焊材等情况的变化进行适当的程序调整，如调整不及时就会出现各种各样的质量问题。所以作为焊接机械手操作工必须掌握编程技能。
③焊接机械手操作工要懂得设备保养和简单的维修。
焊接设备只有在正确的使用保养和及时的维修前提下才能保证较高的设备使用率，在实际生产中大型焊接机器人通常采用三班制，日工作时长达到20小时以上，这就要求焊接机械手操作工要掌握设备的“四懂四会”即对自己操作的设备要做到：懂性能、懂原理、懂结构、懂用途，会操作、会编程、会保养、会排出故障。
2.机（机器设备因素）
各种焊接设备的性能及其稳定性直接影响焊接质量。设备结构越复杂，机械化、自动化程度越高，焊接质量对其依赖性也就越高，因而要求这类设备具有更好的性能及稳定性。
①构成自动化焊接的设备就是焊接机械手，那么焊接机械手的性能就是获得优质焊接接头的基础。焊接机械手也称弧焊机器人一般由示教器、控制器、机器人本体、及自动送丝装置、弧焊电源等部分组成，可以在计算机的控制下实现连续轨迹控制和点位控制。还可以利用直线插补和圆弧插补功能焊接由直线及圆弧组成的空间焊缝。
②弧焊机器人是包括各种电弧焊附属装置在内的柔性焊接系统，在弧焊作业中，焊枪应跟踪工件的焊道运动，并不断填充金属形成焊缝。因此运动过程中速度的稳定性和轨迹精度是两项重要指标。一般情况下还要求焊接机器人有如下基本性能：
1）设定焊接参数（电流、电压等）；
2）摆功功能；
3）收弧功能；
4）焊接异常检测功能；
5）焊接传感器（初始焊位引导、焊缝跟踪）的功能。
③目前在焊接车间现场焊接机械手出现电弧跟踪失灵、电焊机过热报警、焊接程序溢出、送丝机负载过大等问题，毫无疑问这些设备问题会对焊接质量产生较大的影响。所以提高焊接设备的稳定性是保证现场焊接质量的前提条件。
3.料 （原材料因素）
焊接生产时的原材料包括母材、焊材等，这些材料是保证焊接产品质量的基础和前提。在投料之前就要把好材料关，才能稳定生产、稳定焊接产品质量。
①加工精度。尽量采用机械加工及激光切割等切割精度高切口机械性能、材料性能好的先进加工方法避免使用火焰切割、剪切等方法，要求坡口角度和钝边厚度要均匀一致。
②装配精度。检查料件组对有无间隙，一般情况下间隙应保证在0-0.5mm之间,折弯处的间隙要≤2如≥1需要手工打底。
③点固焊。点固焊高度、长度打磨是否规范。点固焊过高会造成电弧跟踪故障、成型不良、未熔合等焊接缺陷，点固焊过低会产生裂纹，在焊接过程中开焊。
④焊缝清理。检查焊缝周围20mm内是否有油污、水分、锈渍、探伤液等杂质这些都是影响焊接质量以至于产生气孔的主要原因。
4.法（焊接工艺方法和工序管理方法的因素）
法是方法，上述分析的人、机、料从形式上看是相对孤立的，是通过“法”的这个环节将人、机、料这三者联系在一起并环环相扣。焊接质量对工艺方法的依赖性较强，在影响工序质量的各种因素中占最重要地位。工艺方法和工序管理方法对焊接质量的影响主要来自三个方面：一是工艺制定的合理性；二是执行工艺的严格性；三是焊接质量的可追溯性。
①工艺制定的合理性
首先要考虑的问题是此工件是不是适合机械手自动化焊接，这就要与机械手自动焊的特点结合起来。
1）燃弧时间长，辅助时间短的工件；
2）焊缝连续性较好，焊接起弧、收弧少的工件；
3）焊接顺序较复杂，工件翻转变化多的工件；
4）狭小空间，焊接位置遮挡视线的焊缝。
②执行工艺的严格性
1）要求每名操作者都熟知所生产车型部件的工艺文件和技术要求严格对照文件要求检查现场施工情况如：如焊丝成分是否满足要求，焊接电流、焊接电压是否在文件规定的范围内，气流量、预热温度等要将工艺文件入脑入心严格做到两复述即岗位职责复述和工艺文件复述让每位员工都要做到一口清、一手精。
2)加强现场焊接过程中的质量控制。充分发挥焊接监督师的职能，认真跟踪每一道工序、每一个班次，杜绝现场的违章作业严格遵守现场质量的管理红线。
③焊接质量的可追溯性
由于自动化焊接的特点影响焊接质量的因素较多，如操作者对来料质量的把控；对焊接机械手的掌控能力，对焊接程序的编制水平、焊接程序的使用和管理的办法；设备的使用、管理的职责；自动焊后的补焊修磨等环节都会对焊接质量产生影响。那么从源头上、从每个环节中控制质量落实责任就显得尤为重要。
5.环（环境的因素）
环境可直接影响到安全生产，也是创造优质产品的前提。要求焊接车间在温度、湿度、通风、照明等方面完全能够满足焊接需求。
四、结论
在上面的论述中列举了焊接自动化现场容易出现的一些质量问题并制定了解决方案，我们在不断的创新和实践中还会发现一些新的问题，现场的问题不仅要在现场解决还要从源头控制还要做好质量追溯形成一个产品质量全生命周期的控制体系，这样我们的产品才会不断的升级，才会赢得国内外客户的好评。但质量是永恒的人是最主要的因素，只有将我们的人才队伍打造成一支有理想守信念、懂技术会创新、敢担当讲奉献的优秀产业工人队伍。我们才能再接再厉、创新驱动，继续领跑，永攀高峰，造出精品转向架安全行天下从而带动整个装备制造业形成比学赶帮超的局面，打造中国制造亮丽的金名片。
参考文献：
焊接机器人技术与系统 李文航 王加友 周方明 编著
焊接自动化实用技术 蒋力培 薛龙 邹勇 编著
焊接生产管理 罗英极 主编
邓开豪 主审