梅光磊 吴青云
【摘要】本文阐述了油罐车异形罐体焊接生产线规划工艺流程。根据规划方案选择详细的焊接设备、焊接工艺，适应罐体焊接线规划方案，必将在国内罐体焊接线规划制造业取得广泛的应用。
关键词：罐体焊接；自动化生产线；拼板焊接专机
油罐车异形罐体焊接生产线根据年产2000台生产能力进行设计，按全年250天，8h工作制，单班生产进行生产工艺流程设计。生产节拍为1JPH，考虑工人熟练程度的提升，以及设备开动率85%，生产线节拍按照1.2JPH进行规划。
（1）生产流程 油罐车异形罐体焊接生产线为专用设备，能够完成全套罐体的制造。主要包括：下料、自动拼焊、翻板、输送、卷板、物流、组对、纵缝及环缝焊接、副梁组对焊接等，整条生产线可大大提高生产效率。
生产线流程：拼板焊接区→翻板区→卷板区→举升车转运区→内置件装焊区→封头上装区→纵、环缝焊接区→成品堆放区。
（2）生产工艺流程 以专用车某6m异形罐体焊接生产线（见图1）为例作介绍。主要涉及罐体拼焊、罐体焊接和自检三道工序。罐体拼焊包括：①封头板制作。②防浪板制作。③罐体板拼焊：在自动上下料拼板焊机上进行罐体板拼焊，拼焊后自动输送至翻板机。④翻转：将焊好的罐体板用翻板机翻转180°，使焊缝在下侧。翻板后自动输送至卷板机。⑤罐体卷圆：将罐体板引入卷板机，开始卷板。
罐体焊接包括：①卷圆后的罐体吊装至举升小车。②防浪板配焊：先在罐体内量取防浪板安装尺寸并做好标记后，拿取防浪板，从一端开始安装防浪板。③封头板配焊：将封头上侧与罐体对齐，先点焊牢固。④罐体补焊：在焊接专机进行环、纵缝的补焊。
自检包括：①流转。②将焊好的罐体总成流转至涂装车间对罐体外侧涂装。
图1
（1）自动上下料拼板焊接专机 首先，焊接工艺要求：根据罐体材料的不同，此次规划的罐体材料为碳钢，同时兼顾着能实现不锈钢罐体的焊接，采用MIG焊接工艺，根据油罐车板厚不开坡口焊接。采用纯铜衬垫，背面衬垫下方通冷却水及焊缝背面保护气体。焊缝成形为单面焊双面成形，工件不动、焊枪移动，焊接过程自动完成。
焊缝质量要求：全熔透结构，背面及正面成形无咬边、焊瘤、突变截面。
其次，设备技术方案：焊枪布置于焊接小车的电动控制滑架上，焊枪由汽缸控制抬起或放下，并可通过电动十字滑架调整焊枪位置。配套一套焊接衬垫，用于焊接。
在床身上固定横梁，横梁顶面上安装有导轨、齿条，侧面装有辅助圆导轨，小车在横梁导轨上移动。采用多组滚动直线轴承，小车运行轻便灵活。小车运行由伺服电动机经减速器，再经齿轮、齿条实现直线运动。焊接速度为无级调速，焊接行走速度为每分钟100～1000mm，最大行程极限由行程开关控制，以保证安全。焊枪布置在焊接小车上，根据焊接需要可分别用气缸抬起或放下。焊接过程中可根据需要使用横摆系统。
焊接摆动器是焊接专用直线往返式摆动装置，可调节摆动幅度、摆动速度及中心位置的移动，可设定摆动的左/右停留时间。停止摆动时，焊枪可自动回复至设定的中心位置。设有开关电源，宽电压输入模式（AC95V-AC250V）。
焊缝对中装置固定在床身上，需对中时气缸通气将导板推入衬垫上面，在夹具体压入配合下，板材装入，即可完成对中。用完后气缸卸压，将滑板拉回原位置。对中装置上面的有调节螺钉，可调节定位板对中心的位置。采用激光指示辅助对准焊缝，手动微量调整焊枪位置。
进出料平台由多件支撑结构件组成，分别安装在床身两侧，平台上顶面装有多件辊轮，能实现自动输送。
设备布置示意如图2所示。
（2）罐体环缝、纵缝焊接专机 首先，工作原理：焊接机头可随门形架操作平台大范围升降，以适应多种尺寸规格的工件加工要求；门形架沿轨道行走，可实现焊接机头在工件轴线方向移动，以移动至待焊外纵环缝位置，对所有外纵、环缝进行循环焊接；焊接机头前端设有轨迹跟踪器，该跟踪器吸附于工件表面并具有自身驱动系统，可带动焊接机头沿工件外缘的反方向运动，并保持焊接机头横向位置的相对固定，因工件外缘半径的变化将导致线速度的变化和外缘高度的变化；控制系统采用PLC编程控制，在焊接矩形罐体时可实现机头行走平焊和转角环形焊交替进行。
其次，设备技术方案：整套设备由自动龙门式焊接机、异形自动跟踪机头、焊接摆动器、PLC智能电气控制系统、焊机、焊接滚轮架等部件组成。设备门形焊接架由门形架体、升降操作平台、行走驱动系统、升降驱动系统等部分组成。
图2
门形架体采用钢板、型钢组合焊接式结构，由2个行走端梁、4套行走滚轮、1个横梁组成；端梁和横梁焊接后均经退火去应力处理，并经过螺栓连接成一个有机整体；门形架整体刚性好，承载能力强，长期使用不变形。升降操作平台为钢板焊接箱形双梁结构，平台与门形架端梁之间设有导向靠轮机构，升降平稳。 升降平台通过升降，可满足不同直径规格工件的加工需要，平台可承载两名操作工、焊接系统和部分焊剂、焊材，便于操作工进行近距离焊接操作和监控，操作工可通过门形架端梁的爬梯进行上下和运输焊接材料，以便于进行连续性焊接作业。行走驱动系统安装于门形架行走端梁内，用于驱动行走滚轮转动，最终通过滚轮与轨道之间的摩擦力实现机架整体行走。采用两套驱动电动机经同步控制信号进行双边同步驱动，动作平稳可靠，并可通过大数比蜗轮蜗杆减速器进行自锁定位。升降驱动系统安装于门形架立柱两端，采用链轮-链条机构传动，蜗轮蜗杆减速，升降平台上的导向轮靠紧立柱端面保证了升降的平稳。
焊接系统由焊接电源、焊接机头、焊接控制系统、十字拖板、横向跟踪装置、高度跟踪装置、机头行走机构等部分组成。
行走机构安装于高度跟踪滑块上，当行走轮受工件表面凸起而上顶时，可带动焊枪随着工件表面进行随动动作；行走轮与焊枪（导电嘴）保持着适当高度，以保证焊接时具有合理的干伸长度；行走机构带有驱动系统，通过滚轮与工件表面的吸附作用以防止行走机构遇到斜坡而下滑，滚轮与工件表面的摩擦力实现行走机构与工件发生相对运动。当工件线速度恒定、滚轮线速度恒定且与工件转动方向相反时，机头应始终处于工件最高点位置；当工件异型而线速度变化时，行走机构将受力传递给横向和高度跟踪装置，使焊枪与工件表面高度相对固定，实现机械式自动跟踪。在方形罐体时，可通过PLC控制方罐进行间断性转动，遇到平焊缝式则通过行走机构运动进行焊接，当行走至转角位置时，PLC控制转动架旋转90°，此时行走机构与工件配合动作，机头将发生高度、横向位置的大范围变化，转角焊接完成后，进入平焊阶段。通过行走机构行走进行焊接，如此往复可完成整个环形焊缝的焊接。设备可调节摆动幅度、摆动速度及中心位置的移动，可设定摆动的左/右停留时间，停止摆动时焊枪可自动回复至设定的中心位置。
控制器采用PLC可编程控制器为主控单元，所有状态及开关量的输入直接进入PLC程序控制器入口，输出直接驱动电动机及变频调速系统，可控制焊接电源、焊枪移动、工件转动等功能。采用了交流变频器调速回路，控制方便可靠，配以进口文本显示器显示焊接机的各种动作和参数，操作直观方便。采用由计数器来控制工件间断动作（方形罐体焊接），通过文本显示器预先设置和显示焊接长度，焊接过程中可动态显示。PLC可编程控制器、显示、计数各部分均采用各自的电源，相互之间完全隔离，使控制器控制精度及抗干扰能力明显提高。
设备布置如图3所示。
图3
油罐车异形罐体焊接线根据材质的不同所选择的焊接方式与焊机系统是不同的，规划时可以根据罐体材质、板厚、坡口形式等进行选择。
罐体生产线的规划，根据生产节拍、罐体大小选择的生产线规划方案也不同，其中中间封头、挡油板规划的数量也不同，节拍越高，中间规划的工位越多，具体数量需根据生产节拍、员工操作熟练程度等详细计算、规划。
参考文献：
[1] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M]. 第二版.北京：机械工业出版社，2003.
作者简介：梅光磊等，安徽江淮汽车股份有限公司。
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