锻造钩尾框机器人自动焊接方法

摘要

本发明涉及一种锻造钩尾框机器人自动焊接方法，所述焊接方法包括以下步骤：(1)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接。本发明所述的自动焊接方法不仅显著降低了劳动强度，减少了焊接工时，而且无需进行清根，同时保证了焊缝探伤的合格率，并且节约了焊接材料。

权利要求

1.一种锻造钩尾框机器人自动焊接方法，其特征在于：所述焊接方法包括以下步骤：(1)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接；所述焊接方法使用专用焊丝，其由下列组分原料制成：C：0.24～0.28wt％，Si：0.08～

0.12wt％，Mn：0.78～0.90wt％，Ni：0.45～0.48wt％，Cr：0.50～0.55wt％，Mo：0.15～

0.25wt％，Cu：0.01～0.02wt％，Ti：0.010～0.025wt％，V：0.010～0.025wt％，Ba：0.001～

0.003wt％，N：0.010～0.020wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于：所述焊缝坡口上端的焊接电流为

420～450A，焊接电压为28～30V，焊接速度为48～52cm/分钟。

3.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于：所述焊缝坡口下端的焊接电流为

280～320A，焊接电压为22～25V，焊接速度为24～26cm/分钟。

4.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于：所述保护性气氛为90v％Ar+

10v％CO2的富氩气体。

5.根据权利要求1所述的自动焊接方法，其特征在于：Cr/C的质量比为1.90～2.20。

说明书

锻造钩尾框机器人自动焊接方法

技术领域

[0001] 本发明属于焊接技术的技术领域，更具体的说，本发明涉及一种锻造钩尾框机器人自动焊接方法。

背景技术

[0002] 在轨道交通车辆上使用的钩尾框是车钩缓冲装置的重要组成部分，在车辆牵引、连挂和发生缓冲作用时，直接完成车辆间纵向牵引力或冲击力。随着轨道交通建设向高速重载方向发展，传统铸钢钩尾框因铸造工艺固有的因素，无法避免地存在气孔、夹杂以及裂纹等缺陷，而这些缺陷的存在对铁路重载车辆高速运行构成潜在的安全隐患，而且从实际运行检修的统计情况来看，大约40％的问题均与钩尾框有关，因此对钩尾框的制造工艺进行改进已经迫在眉睫。为此，现今对于钩尾框一般使用锻造方法替代了铸造工艺，锻造钩尾框是通过锻造、焊接、热处理以及机械加工工序制备得到的，而焊接工序是其中关键的一个工序步骤，需要达到一级焊缝技术要求，焊缝坡口是X型坡口双面焊，因为焊接面是不等厚的，所以铣出坡口是宽窄不等、深浅高度不等；而使用机器人焊接，因为是双面焊接成型，其焊接清根问题难以解决，造成焊缝未融合和气孔问题。即使通过对工件焊缝坡口形状、焊缝间隙、焊接电流等的调整也难以解决该技术问题。

发明内容

[0003] 为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种锻造钩尾框机器人自动焊接方法。

[0004] 为了实现上述发明目的，本发明的提供以下技术方案：

[0005] 本发明所述的锻造钩尾框机器人自动焊接方法，其特征在于：所述焊接方法包括以下步骤：(1)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接。

[0006] 其中，所述焊缝坡口上端的焊接电流为420～450A，焊接电压为28～30V，焊接速度为48～52cm/分钟。

[0007] 其中，所述焊缝坡口上端的焊接电流为280～320A，焊接电压为22～25V，焊接速度为24～26cm/分钟。

[0008] 其中，所述保护性气氛为90v％Ar+10v％CO2的富氩气体。

[0009] 与现有技术相比，本发明所述的锻造钩尾框机器人自动焊接方法具有以下有益效果：

[0010] 本发明所述的自动焊接方法，采用了机器人进行焊接并配合使用水冷循环装置，不仅显著降低了劳动强度，减少了焊接工时，而且产品焊接表面质量高，一次焊接合格率显著提高，节约了焊接材料，还显著提高了焊接接头的力学性能。

附图说明

[0011] 图1为本发明所述的锻造钩尾框机器人自动焊接结构的示意图。

[0012] 图2为本发明所述的专用焊丝中Cr/C与-40低温抗冲性能(-40℃Akv)的关系图(Cu：0.015～0.02wt％)。

具体实施方式

[0013] 以下将结合实施例和附图对本发明所述锻造钩尾框机器人自动焊接方法做进一步的详细说明。

[0014] 如附图1所示，在本发明中所述的焊接接头参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的富氩气体下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，其中焊接电流为420～450A，焊接电压为28～30V，焊接速度为48～52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+
10v％CO2的富氩气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，其中焊接电流为280～320A，焊接电压为22～25V，焊接速度为24～26cm/分钟。在本发明中所述的锻造钩尾框通常所采用的可焊接低合金高强度结构钢均可以采用本发明所述的自动焊接方法进行焊接，例如Q390、16Mn、15MnV、E36、E40、D36以及D40等。在本发明中所述的机器人自动焊接方法使用专用焊丝，其由下列组分原料制成：C：0.24～0.28wt％，Si：0.08～
0.12wt％，Mn：0.78～0.90wt％，Ni：0.45～0.48wt％，Cr：0.50～0.55wt％，Mo：0.15～
0.25wt％，Cu：0.015～0.02wt％，Ti：0.010～0.025wt％，V：0.010～0.025wt％，Ba：0.001～
0.003wt％，N：0.010～0.020wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的专用焊丝通过真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，绕盘等工序制成专用焊丝。

[0015] 通过对一个批次，10个焊接产品进行综合检测，检测后的结果如表1所示：

[0016] 表1

[0017]

[0018] 在本发明中，通过所述的自动焊接方法并配合上述专用焊丝不仅保证了焊接质量，而且具有优异的力学性能。在本发明所述的焊丝中C的加入一方面是为了保证足够的抗拉强度，另外为了保持韧性，C的含量不宜高于0.28wt％。而Cr的加入一方面能够与C结合形成强化相，并且有利于细化晶粒提高焊缝强度。此外申请人还惊奇地发现，在所述的焊丝结构中通过添加适量的Cu，并使得Cr/C的质量比维持在1.90～2.20的范围时，焊接面具有优异的低温抗脆能力，有关的关系可以参见图2。

[0019] 实施例1

[0020] 锻造钩尾框使用E36钢板，焊接接头的参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。

[0021] 所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+10v％CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。焊接后进行正火和回火处理。焊接使用的焊丝组成如下：C：0.24wt％，Si：0.12wt％，Mn：
0.78wt％，Ni：0.45wt％，Cr：0.50wt％，Mo：0.20wt％，Cu：0.015wt％，Ti：0.015wt％，V：
0.020wt％，Ba：0.002wt％，N：0.015wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下：抗拉强度为755MPa，断裂延伸率为19％，断面收缩率为65％，Akv(-40℃)≥102J。

[0022] 实施例2

[0023] 锻造钩尾框使用15MnV钢板，焊接接头的参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。

[0024] 所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+10v％CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。焊接后进行正火和回火处理。焊接使用的焊丝组成如下：C：0.25wt％，Si：0.08wt％，Mn：
0.90wt％，Ni：0.48wt％，Cr：0.51wt％，Mo：0.22wt％，Cu：0.015wt％，Ti：0.015wt％，V：
0.020wt％，Ba：0.002wt％，N：0.015wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下：抗拉强度为798MPa，断裂延伸率为21％，断面收缩率为63％，Akv(-40℃)≥103J。

[0025] 实施例3

[0026] 锻造钩尾框使用E36钢板，焊接接头的参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。

[0027] 所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+10v％CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。焊接后进行正火和回火处理。焊接使用的焊丝组成如下：C：0.28wt％，Si：0.12wt％，Mn：
0.78wt％，Ni：0.45wt％，Cr：0.54wt％，Mo：0.20wt％，Cu：0.015wt％，Ti：0.015wt％，V：
0.020wt％，Ba：0.002wt％，N：0.015wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下：抗拉强度为795MPa，断裂延伸率为19％，断面收缩率为63％，Akv(-40℃)≥90J。

[0028] 对比例1

[0029] 锻造钩尾框使用E36钢板，焊接接头的参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。

[0030] 所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+10v％CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。焊接后进行正火和回火处理。焊接使用的焊丝组成如下：C：0.24wt％，Si：0.12wt％，Mn：
0.78wt％，Ni：0.45wt％，Cr：0.50wt％，Mo：0.20wt％，Ti：0.015wt％，V：0.020wt％，Ba：
0.002wt％，N：0.015wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下：抗拉强度为758MPa，断裂延伸率为19％，断面收缩率为65％，Akv(-40℃)为35～50J。

[0031] 对比例2

[0032] 锻造钩尾框使用E36钢板，焊接接头的参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。

[0033] 所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+10v％CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。焊接后进行正火和回火处理。焊接使用的焊丝组成如下：C：0.10wt％，Si：0.12wt％，Mn：
0.78wt％，Ni：0.45wt％，Cr：0.21wt％，Mo：0.20wt％，Cu：0.015wt％，Ti：0.015wt％，V：
0.020wt％，Ba：0.002wt％，N：0.015wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下：抗拉强度为712MPa，断裂延伸率为18％，断面收缩率为56％，Akv(-40℃)为25～35J。

[0034] 对比例3

[0035] 锻造钩尾框使用E36钢板，焊接接头的参数为：X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。

[0036] 所述焊接方法包括以下步骤：在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在90v％Ar+10v％CO2的气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v％Ar+10v％CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。焊接后进行正火和回火处理。焊接使用的焊丝组成如下：C：0.24wt％，Si：0.12wt％，Mn：
0.78wt％，Ni：0.45wt％，Cr：0.56wt％，Mo：0.20wt％，Cu：0.015wt％，Ti：0.015wt％，V：
0.020wt％，Ba：0.002wt％，N：0.015wt％，P≤0.010％，S≤0.010％，O：≤20ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下：抗拉强度为768MPa，断裂延伸率为16％，断面收缩率为51％，Akv(-40℃)为20～35J。

[0037] 对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。