CN112935480B - 一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置，包括焊接机器人、结构件支撑平台、设置在结构件支撑平台上的加热装置、机械手底座和机械手升降调整装置；所述机械手升降调整装置活动设置在机械手底座上，并可在机械手底座上升降调节；所述焊接机器人的底座设置在机械手升降调整装置上。本发明还公开了基于该种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置的修复工艺并加以实施，通过焊接验证，本发明能够快速实施完成大型车轮固定台底座磨损焊接修复，降低采购成本，减少了长时间的工序停机损失，为合理组产生产各种国内外车轮提供了保障。

Description

一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种大型车轮固定台底座表面磨损的焊接修复装置及修复工艺。

背景技术

马钢轨道交通材料科技有限公司是我国重要的火车车轮生产基地，为亚洲最大的车轮生产企业，也是国内唯一能生产120Km/h以上速度等级客车车轮的企业，重载车轮研发已达到国际先进水平。目前共有二条车轮生产线，年产能力80万件。而车轮二线是多品种轧制生产线，车轮核心轧制工艺流程：加热钢坯料--整体表面除磷--90MN车轮预成型--移动机械手夹持--轧机压轧--移动机械手夹持--50MN定位成型冲孔。50MN定位成型冲孔工作原理：就是把轧机压轧后的热车轮放在车轮固定台底座上面安装的磨具上，冲孔芯棒连接固定在轧机的上方跟活动横梁紧固，通过轧机上下驱动，车轮冲孔成型，而配合冲孔成型的模具安装在设计制作大型车轮固定台底座上面，大型车轮固定台底座安装在油压机基础面上并承载轧制压力和设备本体重量，由于长期的油压机不稳定压轧以及固定台底座底部接触的基础面磨损，导致模具接触大型车轮固定台底座表面出现磨损，影响安装精度，严重影响车轮轧制尺寸，若更换一个新的大型车轮固定台底座不仅需要百万元备件费用，而且因无备件，采购加工新备件周期长，势必影响生产。为了尽快恢复生产，就需要设计简易修复装置并制定和完善了基于不同母材的磨损面堆焊及热处理工艺，开展大型车轮固定台底座磨损焊接修复攻关，确保磨损的大型车轮固定台底座能够经济性、安全性、可靠性地重复使用。另外，大型车轮固定台底座磨损焊接修复主要难点在于：完成对待固定台底座磨损部位的加工清理、整体预热、翻转180°两面焊接、整体加热保温等焊接工艺后，确保整体固定台底座不会发生结构性变形，不影响各种轧制模具的安装以及内部组织产生各种不达标性能，焊接修复后的固定台底座要满足各种轧制模具的摆放和轧制红钢热胀冷缩时的构件变形，表面不能有任何焊接缺陷，避免后续影响大型车轮固定台底座使用周期质量。

发明内容

针对在背景技术中大型车轮固定台底座表面磨损的焊接性的特点，本发明提供了一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置及修复工艺并加以实施，通过焊接验证，本发明能够快速实施完成大型车轮固定台底座磨损焊接修复，降低采购成本，减少了长时间的工序停机损失，为合理组产生产各种国内外车轮提供了保障。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置，包括焊接机器人、结构件支撑平台、设置在结构件支撑平台上的加热装置、机械手底座和机械手升降调整装置；所述机械手升降调整装置活动设置在机械手底座上，并可在机械手底座上升降调节；所述焊接机器人的底座设置在机械手升降调整装置上。

进一步地，所述机械手底座包括底座板和均匀设置在该底座板上表面的若干底部钢管。

进一步地，所述的结构件支撑平台包括支撑平台本体和固定设置在该支撑平台本体底部的若干支脚，每个支脚与支撑平台本体底部之间还均匀焊接设置有若干三角加固钢板；所述加热装置设置在支撑平台本体上。

进一步地，所述支撑平台本体上均匀设置有若干固定支撑杆；所述加热装置设置在各固定支撑杆之间，其包括电加热带以及分别设置在该电加热带顶部和底部的上部石棉和下部石棉。

进一步地，所述机械手升降调整装置包括机械手升降调整装置底座，所述焊接机器人的底座与机械手升降调整装置底座螺栓连接固定；所述机械手升降调整装置底座的底部设置有若干与底部钢管一一对应的顶部钢管，每根顶部钢管的底部分别插入相对应底部钢管的顶部；所述机械手升降调整装置底座的底部中心处设置有第一T型台，该第一T型台上转动设置有固定螺杆装置；所述底座板上的中心处设置有调节钢管，该调节钢管的顶部设置有内螺纹并螺纹连接有调整螺杆；所述调整螺杆的顶端设置有第二T型台，该第二T型台与固定螺杆装置转动连接。

进一步地，所述固定螺杆装置包括对称可拆卸连接设置的两个轴瓦套，每个轴瓦套的内侧分别与第一T型台或第二T型台相适配。

基于上述技术方案所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置的修复工艺，将长方体状固定台底座水平放置在固定支撑杆上，将焊接机器人的底座与机械手升降调整装置连接并根据固定台底座的高度调整好高度，然后通过加热装置对固定台底座预热后，实施焊接，该焊接过程如下：

步骤一、焊前准备；

1.1）、焊接设备：焊接机器人采用六轴机器人；Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，焊接材料选用3Cr13焊丝，二氧化碳气体纯度≥99.8%；HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机，焊接材料选用3Cr13焊丝，氩气纯度≥99.99%；

1.2）、焊接位置区域与焊丝不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽，使用氧乙炔火焰，去除焊接位置区域的水分、油，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈；

1.3）、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

1.4）、材质：Z35#；

1.5）、辅助设施：保温桶、样板、测温仪、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品；

1.6）、根据焊接设备、焊丝规格及焊接要求确定焊接参数；

步骤二、焊接修复；

因固定台底座较厚且表面需全部进行堆焊，先通过加热装置对固定台底座均匀预热并达到预热温度；先通过焊接机器人夹持Nb-500P数字化脉冲气体保护焊枪进行固定台底座正面底层的焊接，焊接时，根据固定台底座的形状设定焊接机器人为直线行走两侧对称由外而里堆焊，对于焊接机器人在固定台底座边角无法满足的焊接尺寸，采用相同焊接材料通过HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机进行焊补；固定台底座正面底层焊接完成并确认无任何焊接缺陷后，把固定台底座整体翻转180°并采用与正面焊接同样方法进行反面的底层和第二层的整体堆焊修复，并在焊接完成后利用目测以及5倍放大镜确认无任何焊接缺陷；再把固定台底座整体翻转180°后，通过同样的焊接方法进行正面第二、三层以及盖面层的堆焊，焊接时严格控制焊接变形量，最后整体表面的堆焊层留有机械加工余量；焊接完成后，将固定台底座冷却到室温并进行全方位的检测仪器探伤检验，在确认无任何焊接缺陷后，将焊接机器人夹持焊枪取走；再启动加热装置继续对固定台底座以50℃/h的速度均匀升温至650~800℃，并在恒温2小时后缓降到300℃，然后采用石棉包扎慢慢冷却直到冷却到室温；最后把焊接完成的整体固定台底座采用机械研磨加工符合使用尺寸，并在检验合格后交付使用。

进一步地，焊接机器人夹持Nb-500P数字化脉冲气体保护焊枪进行堆焊时，选用φ1.2mm 的3Cr13焊丝，焊接电流为230-280A，电弧电压为25~30V，熔敷速度为90~140 g/min；通过HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机进行焊补时，选用φ2.5mm 的3Cr13焊丝，焊接电流为90-130A，电弧电压为17±1V，焊接速度为5±1 cm/min。

进一步地，焊接前预热温度设定为200~250℃，以30℃/h速度均匀上升。

进一步地，焊接过程中，控制层间温度不低于200℃；焊接过程中，若发现堆焊层有焊接缺陷，采用手工角磨机进行清根并进行焊补。

相对于现有技术，本发明所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置及修复工艺，不仅安全易操作，焊接质量稳定、投资费用较低，满足了现场实际需求，工作效率高，而且大大降低了维修成本，减少了长时间的工序停机损失，为合理组产生产各种国内外车轮提供了保障。

附图说明

图1为本发明大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置的结构示意图；

图2为本发明中结构件支撑平台、加热装置及固定台底座的爆炸示意图；

图3为本发明中机械手底座、机载手升降调整装置底座及焊接机器人的爆炸示意图；

图中：1.固定台底座；2. 结构件支撑平台；21. 支撑平台本体；22. 支脚；23. 固定支撑杆；24.三角加固钢板；3.加热装置；31. 电加热带；32. 上部石棉；33. 下部石棉；4.机械手底座；41.底座板；42. 底部钢管；5. 机械手升降调整装置；51. 机械手升降调整装置底座；52.顶部钢管；53. 第一T型台；54. 调节钢管；55. 调整螺杆；56. 第二T型台；57.固定螺杆装置；6.焊接机器人。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“上”、 “下”、 “左”、 “右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变；“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

实施例1：

如图1至图3所示，本发明一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置，包括焊接机器人6、结构件支撑平台2、设置在结构件支撑平台2上的加热装置3、机械手底座4和机械手升降调整装置5；所述机械手升降调整装置5活动设置在机械手底座4上，并可在机械手底座4上进行升降调节，以满足后续安装的焊接机器人6的焊接需求；所述焊接机器人6的底座设置在机械手升降调整装置5上。

本实施例中，所述机械手底座4包括底座板41和均匀焊接设置在该底座板41上表面的若干底部钢管42，底座板41采用50mm钢板根据设计的直径采用机械加工而成，呈圆形连接固定在基础面上，底部钢管42采用φ60mm钢管制成而成。

本实施例中，所述的结构件支撑平台2包括支撑平台本体21和固定设置在该支撑平台本体21底部的若干支脚22，每个支脚22与支撑平台本体21底部之间还均匀焊接设置有若干三角加固钢板24；所述加热装置3设置在支撑平台本体21上。本例中，支撑平台本体21采用50mm钢板切割而成，支脚22采用100mm方钢制作而成，三角加固钢板24采用30mm厚钢板切割而成。

进一步地，本实施例中，所述支撑平台本体21上均匀设置有若干采用φ80mm圆棒制作而成的固定支撑杆23，各固定支撑杆23高度以及宽度大于电加热器3摆放位置；所述加热装置3设置在各固定支撑杆23之间，其包括电加热带31以及分别设置在该电加热带31顶部和底部的上部石棉32和下部石棉33。

本实施例中，所述机械手升降调整装置5包括由30mm钢板根据设计的直径采用机械加工而成的呈圆形的机械手升降调整装置底座51，所述焊接机器人6的底座与机械手升降调整装置底座51螺栓连接固定；所述机械手升降调整装置底座51的底部设置有若干与底部钢管42一一对应的由φ50mm钢管制作而成的顶部钢管52，每根顶部钢管52的底部分别插入相对应底部钢管42的顶部；所述机械手升降调整装置底座51的底部中心处设置有第一T型台53，该第一T型台53上转动设置有固定螺杆装置57 ；所述底座板41上的中心处设置有由φ60mm钢管制作而成的调节钢管54，该调节钢管54的顶部设置有内螺纹并螺纹连接有调整螺杆55；所述调整螺杆55的顶端设置有第二T型台56，该第二T型台56与固定螺杆装置57转动连接。进一步地，所述固定螺杆装置57包括对称可拆卸连接设置的两个轴瓦套，每个轴瓦套的内侧分别与第一T型台53或第二T型台56相适配。

实施例2：

基于实施例1所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置的修复工艺，用于固定台底座1的焊接修复，将底面为正方形的长方体状固定台底座1水平放置在固定支撑杆23上，将焊接机器人6的底座与机械手升降调整装置5连接并根据固定台底座1的焊接要求调整好高度，然后通过加热装置3对固定台底座1预热后，实施焊接，该焊接过程如下：

步骤一、焊前准备；

1.1、焊接设备：焊接机器人6采用松下六轴机器人；Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，焊接材料选用φ1.2mm 的3Cr13焊丝，二氧化碳气体纯度≥99.8%；HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机，焊接材料选用φ2.5mm的3Cr13焊丝，氩气纯度≥99.99%；

1.2、焊接位置区域与焊丝不得有油污、氧化层、水分等，需露出金属光泽，使用氧乙炔火焰，去除焊接位置区域的水分、油，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈；

1.3、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

1.4、材质：Z35#；

1.5、辅助设施：保温桶、样板、测温仪、放大镜、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品（工作服、鞋、帽、平光镜）；

1.6、根据焊接设备、焊丝规格及焊接要求确定焊接参数；

手工钨极氩弧焊

焊条型号	焊层	焊条（焊丝）直径/mm	焊接电流A	电弧电压/v	焊接速度/（cm`min<sup>-1</sup>）
						3Cr13	焊补	Φ2.5mm	90-130	17±1	5±1

二氧化碳气体保护焊

药芯焊丝型号	焊层	焊丝直径/mm	焊接电流A	电弧电压/v	熔敷速度/(g/min）
						3Cr13	堆焊层	φ1.2mm	230-280	25~30	90~140

步骤二、焊接修复；

因固定台底座1比较厚而且表面需全部进行堆焊，先通过加热装置3对固定台底座1均匀预热并达到200~250℃的预热温度，预热时，温度均匀的由下向上传递，力求温度均匀上升速度为30℃/h，以避免不均匀的高温加热，导致整体的固定台底座1内部产生微裂纹，因预热是对固定台底座1整体加热，这样可以降低局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织；然后先通过焊接机器人6夹持Nb-500P数字化脉冲气体保护焊枪进行固定台底座1正面底层的焊接，焊接时，根据固定台底座1的形状设定焊接机器人6为直线行走两侧对称由外而里堆焊；对于焊接机器人6在固定台底座1边角无法满足的焊接尺寸，采用相同焊接材料通过HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机（手工钨极氩弧焊）进行焊补；固定台底座1正面底层焊接完成并确认无任何焊接缺陷后，把固定台底座1整体翻转180°并采用与正面焊接同样方法进行反面的底层和第二层的整体堆焊修复，并在焊接完成后利用目测以及5倍放大镜确认无任何焊接缺陷；再把固定台底座1整体翻转180°后，通过同样的焊接方法进行正面第二、三层以及盖面层的堆焊，焊接时严格控制焊接变形量，最后整体表面的堆焊层留有机械加工余量；焊接完成后，将固定台底座1冷却到室温并进行全方位的检测仪器探伤检验，在确认无任何焊接缺陷后，将焊接机器人6夹持焊枪取走；再启动加热装置3继续对固定台底座1以50℃/h的速度均匀升温至650~800℃，并在恒温2小时后缓降到300℃，然后采用石棉包扎慢慢冷却直到冷却到室温；最后把焊接完成的整体固定台底座1采用机械研磨加工符合使用尺寸，并在检验合格后交付使用。

本实施例中，在焊接过程中，要控制层间温度不低于200℃，并且如果发现堆焊层有焊接缺陷，要采用手工角磨机进行清根并进行焊补。

本方法成功在某钢的车轮轧机60MN液压机、50MN液压机、31.5MN液压机的固定台底座进行焊接修复，并通过质量验收达到了规范要求。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺，其特征在于，通过一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置实施，所述大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置包括焊接机器人（6）、结构件支撑平台（2）、机械手底座（4）、机械手升降调整装置（5）和设置在结构件支撑平台（2）上的加热装置（3）；所述机械手升降调整装置（5）活动设置在机械手底座（4）上，并可在机械手底座（4）上升降调节；所述焊接机器人（6）的底座设置在机械手升降调整装置（5）上；所述的结构件支撑平台（2）包括支撑平台本体（21）和固定设置在该支撑平台本体（21）底部的若干支脚（22），每个支脚（22）与支撑平台本体（21）底部之间还均匀焊接设置有若干三角加固钢板（24）；所述支撑平台本体（21）上均匀设置有若干固定支撑杆（23）；所述加热装置（3）设置在各固定支撑杆（23）之间的支撑平台本体（21）上，其包括电加热带（31）以及分别设置在该电加热带（31）顶部和底部的上部石棉（32）和下部石棉（33）；

将长方体状的固定台底座（1）水平放置在固定支撑杆（23）上，将焊接机器人（6）的底座与机械手升降调整装置（5）连接并根据固定台底座（1）的高度调整好高度，然后通过加热装置（3）对固定台底座（1）预热后，实施焊接，该焊接过程如下：

步骤一、焊前准备；

1.1）、焊接设备：焊接机器人（6）采用六轴机器人；Nb-500P数字化脉冲气体保护焊机，直流正接，焊接材料选用3Cr13焊丝，二氧化碳气体纯度≥99.8%；HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机，焊接材料选用3Cr13焊丝，氩气纯度≥99.99%；

1.2）、焊接位置区域与焊丝不得有油污、氧化层、水分，需露出金属光泽，使用氧乙炔火焰，去除焊接位置区域的水分、油，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈；

1.3）、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷；

1.4）、材质：Z35#；

1.5）、辅助设施：保温桶、样板、测温仪、放大镜、面罩、手套、清渣锤、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机、钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品；

1.6）、根据焊接设备、焊丝规格及焊接要求确定焊接参数：焊接机器人（6）夹持Nb-500P数字化脉冲气体保护焊枪进行堆焊时，选用φ1.2mm 的3Cr13焊丝，焊接电流为230-280A，电弧电压为25~30V，熔敷速度为90~140 g/min；通过HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机进行焊补时，选用φ2.5mm 的3Cr13焊丝，焊接电流为90-130A，电弧电压为17±1V，焊接速度为5±1 cm/min；

步骤二、焊接修复；

因固定台底座（1）较厚且表面需全部进行堆焊，先通过加热装置（3）对固定台底座（1）均匀预热并达到预热温度，预热温度设定为200~250℃，以30℃/h速度均匀上升；先通过焊接机器人（6）夹持Nb-500P数字化脉冲气体保护焊枪进行固定台底座（1）正面底层的焊接，焊接时，根据固定台底座（1）的形状设定焊接机器人（6）为直线行走两侧对称由外而里堆焊，对于焊接机器人（6）在固定台底座（1）边角无法满足的焊接尺寸，采用相同焊接材料通过HT400D数字化控制逆变式手工直流氩弧焊机进行焊补；固定台底座（1）正面底层焊接完成并确认无任何焊接缺陷后，把固定台底座（1）整体翻转180°并采用与正面焊接同样方法进行反面的底层和第二层的整体堆焊修复，并在焊接完成后利用目测以及5倍放大镜确认无任何焊接缺陷；再把固定台底座（1）整体翻转180°后，通过同样的焊接方法进行正面第二、三层以及盖面层的堆焊，焊接时严格控制焊接变形量，最后整体表面的堆焊层留有机械加工余量；焊接完成后，将固定台底座（1）冷却到室温并进行全方位的检测仪器探伤检验，在确认无任何焊接缺陷后，将焊接机器人（6）夹持焊枪取走；再启动加热装置（3）继续对固定台底座（1）以50℃/h的速度均匀升温至650~800℃，并在恒温2小时后缓降到300℃，然后采用石棉包扎慢慢冷却直到冷却到室温；最后把焊接完成的整体固定台底座（1）采用机械研磨加工符合使用尺寸，并在检验合格后交付使用。

2.根据权利要求1所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺，其特征在于，焊接过程中，控制层间温度不低于200℃；焊接过程中，若发现堆焊层有焊接缺陷，采用手工角磨机进行清根并进行焊补。

3.根据权利要求1或2所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺，其特征在于，所述大型车轮固定台底座表面磨损的修复装置中的机械手底座（4）包括底座板（41）和均匀设置在该底座板（41）上表面的若干底部钢管（42）。

4.根据权利要求3所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺，其特征在于，所述机械手升降调整装置（5）包括机械手升降调整装置底座（51），所述焊接机器人（6）的底座与机械手升降调整装置底座（51）螺栓连接固定；所述机械手升降调整装置底座（51）的底部设置有若干与底部钢管（42）一一对应的顶部钢管（52），每根顶部钢管（52）的底部分别插入相对应底部钢管（42）的顶部；所述机械手升降调整装置底座（51）的底部中心处设置有第一T型台（53），该第一T型台（53）上转动设置有固定螺杆装置（57 ）；所述底座板（41）上的中心处设置有调节钢管（54），该调节钢管（54）的顶部设置有内螺纹并螺纹连接有调整螺杆（55）；所述调整螺杆（55）的顶端设置有第二T型台（56），该第二T型台（56）与固定螺杆装置（57）转动连接。

5.根据权利要求4所述的一种大型车轮固定台底座表面磨损的修复工艺，其特征在于，所述固定螺杆装置（57）包括对称可拆卸连接设置的两个轴瓦套，每个轴瓦套的内侧分别与第一T型台（53）或第二T型台（56）相适配。

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