CN105252149B - 大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具及焊接方法。夹具包括上夹具体和下夹具体，所述上夹具体上设有与所述薄壁件的上钣金件形状相同的上钣金型腔，所述下夹具体上设有与所述薄壁件的下钣金件形状相同的下钣金型腔，所述上夹具体与下夹具体分设有用于合模定位的导向柱和导向孔。方法包括以下步骤：S1：钣金固定；S2：钣金修整；S3：泡沫铝填充；S4：钣金扣合；S5：钣金焊接；S6：焊后时效处理；S7：拆除夹具。本发明的大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具具有简单可靠、满足激光焊接要求的优点；本发明的焊接方法具有简便易行、焊接精度高的优点。

Description

大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具及焊接方法
技术领域
本发明涉及激光切割焊接夹具及焊接方法，尤其涉及焊接接缝长度超过1000mm的大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具及焊接方法。
背景技术
汽车轻量化带来了新材料、新结构、新工艺和新装备的变革。一些大尺寸腔体结构车身零部件可以通过多个高强度钢钣金件采用激光焊接工艺拼接而成。但激光焊接工艺对钣金件的精度要求很高，焊接边对接处的允许误差值为0.1mm，针对大尺寸（例如焊接接缝长度超过1000mm）腔体结构呈空间布置的多条焊缝，现有冲压钣金件及焊接夹具不能达到激光焊接工艺的精度要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单可靠、满足激光焊接要求、焊接精度高的大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具及焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具，包括上夹具体和下夹具体，所述上夹具体上设有与所述薄壁件的上钣金件形状相同的上钣金型腔，所述下夹具体上设有与所述薄壁件的下钣金件形状相同的下钣金型腔，所述上夹具体与下夹具体分设有用于合模定位的导向柱和导向孔。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述上夹具体和下夹具体于薄壁件的激光切割焊接边缘设有作业避让空间。
所述上钣金型腔和下钣金型腔的背面均设有型腔定形加强筋。
所述上夹具体与下夹具体均配设有用于对钣金件夹持固定的夹钳压板。
所述上夹具体与下夹具体均于周边配设有吊耳。
一种基于上述夹具的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，包括以下步骤：
S1：钣金固定，将上钣金件置于上夹具体的上钣金型腔内，并将上钣金件与上夹具体连接固定，将下钣金件置于下夹具体的下钣金型腔内，并将下钣金件与下夹具体连接固定；
S2：钣金修整，采用激光切割机分别对上钣金件和下钣金件的焊接边缘进行焊前修整；
S3：泡沫铝填充，在下钣金件的内部空腔中填充泡沫铝，确保上钣金件与下钣金件扣合后，泡沫铝充满上钣金件与下钣金件围合形成的腔体；
S4：钣金扣合，吊装翻转上夹具体，将上夹具体与下夹具体合模对接，并通过导向柱和导向孔的配合对合模导向定位，完成合模后确认上钣金件与下钣金件的焊接边缘对齐并形成无缝对接；
S5：钣金焊接，采用激光焊头对上钣金件与下钣金件的各焊接边缘进行激光焊接；
S6：焊后时效处理，焊接完成后，保持上夹具体与下夹具体对钣金件的固定状态，完成焊接应力释放；
S7：拆除夹具，拆除上夹具体与上钣金件的连接以及下夹具体与下钣金件的连接，吊卸上夹具体，薄壁件焊接加工完成。
作为上述技术方案的进一步改进：
在执行所述步骤S1时，通过多个夹钳压板将钣金件周边夹持固定于夹具体上。
在执行所述步骤S5时，将激光焊头置于作业避让空间内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具，结构简单可靠，通过在上夹具体和下夹具体上分别设置上钣金型腔和下钣金型腔对上、下钣金件进行定位约束，确保上、下钣金件在整个焊接工艺过程中不变形，从而提高大尺寸腔体结构薄壁件的加工精度，通过导向柱和导向孔的配合约束，确保上夹具体与下夹具体的合模精度，使上、下钣金件通过合模形成精准无缝对接，从而满足激光切割焊接的定位要求。
本发明的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，简便易行，通过钣金修整可满足激光焊接对钣金精度的高要求，并可进一步提高产品焊接精度；通过填充泡沫铝可提高大尺寸腔体结构薄壁件的整体强度和刚度，保证产品质量；通过上夹具体与下夹具体的精准导向合模可确保上钣金件与下钣金件的焊接边缘对齐并形成无缝对接，为激光焊接作业提供有利条件；通过焊后时效处理完成焊接应力释放，防止焊后变形。
附图说明
图1是本发明焊接夹具实施例的立体结构示意图。
图2是本发明焊接夹具实施例中上夹具体的立体结构示意图。
图3是本发明焊接夹具实施例中下夹具体的立体结构示意图。
图4是本发明焊接夹具实施例所加工薄壁件的立体结构示意图。
图5是本发明焊接方法实施例的流程图。
图中各标号表示：
1、上夹具体；100、上钣金件；11、上钣金型腔；2、下夹具体；200、下钣金件；21、下钣金型腔；3、导向柱；4、导向孔；5、作业避让空间；6、型腔定形加强筋；7、夹钳压板；8、吊耳；9、中车架；10、泡沫铝。
具体实施方式
下面以图4所示腔体结构中车架9的激光切割焊接加工为例，对本发明的大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具及焊接方法作进一步详细说明。
图1至图3示出了本发明的一种大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具，该焊接夹具包括上夹具体1和下夹具体2，上夹具体1上设有与薄壁件的上钣金件100形状相同的上钣金型腔11，下夹具体2上设有与薄壁件的下钣金件200形状相同的下钣金型腔21，上夹具体1与下夹具体2分设有用于合模定位的导向柱3和导向孔4，本实施例的导向柱3设于上夹具体1的四角部，导向孔4设于下夹具体2的四角部。本发明的大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具，结构简单可靠，通过在上夹具体1和下夹具体2上分别设置上钣金型腔11和下钣金型腔21对上、下钣金件进行定位约束，确保上、下钣金件在整个焊接工艺过程中不变形，从而提高大尺寸腔体结构薄壁件的加工精度，通过导向柱3和导向孔4的配合约束，确保上夹具体1与下夹具体2的合模精度，使上、下钣金件通过合模形成精准无缝对接，从而满足激光切割焊接的定位要求。
本实施例中，上夹具体1和下夹具体2于薄壁件的激光切割焊接边缘设有作业避让空间5，本实施例的中车架9呈井字形结构，且激光切割焊接边缘沿整个中车架9的边缘分布，故设有九个作业避让空间5，该作业避让空间5为激光切割和激光焊接让出了足够的作业空间，为大尺寸腔体结构薄壁件的智能自动加工提供了有利条件。
本实施例中，上钣金型腔11和下钣金型腔21的背面均设有型腔定形加强筋6，该型腔定形加强筋6为上钣金型腔11和下钣金型腔21提供了足够的强度，同时又能减少上夹具体1和下夹具体2的用材和重量，节省成本，便于操作。
上夹具体1与下夹具体2均配设有用于对钣金件夹持固定的夹钳压板7，本实施例中，上夹具体1与下夹具体2均配设有十件夹钳压板7，且分布于上钣金件100和下钣金件200的周边。在其他实施例中，夹钳压板7的数量和分布位置可根据钣金件的具体形状以及焊缝位置合理设置。
本实施例中，上夹具体1与下夹具体2均于周边配设有吊耳8，上夹具体1与下夹具体2均有很大的重量，通过设置吊耳8，有利于进行吊装作业。
图5示出了基于上述夹具的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法的流程，包括以下步骤：
S1：钣金固定，将上钣金件100置于上夹具体1的上钣金型腔11内，并将上钣金件100与上夹具体1连接固定，将下钣金件200置于下夹具体2的下钣金型腔21内，并将下钣金件200与下夹具体2连接固定；
S2：钣金修整，采用激光切割机分别对上钣金件100和下钣金件200的焊接边缘进行焊前修整；
S3：泡沫铝填充，在下钣金件200的内部空腔中填充泡沫铝10，确保上钣金件100与下钣金件200扣合后，泡沫铝10充满上钣金件100与下钣金件200围合形成的腔体；
S4：钣金扣合，吊装翻转上夹具体1，将上夹具体1与下夹具体2合模对接，并通过导向柱3和导向孔4的配合对合模导向定位，完成合模后确认上钣金件100与下钣金件200的焊接边缘对齐并形成无缝对接；
S5：钣金焊接，采用激光焊头对上钣金件100与下钣金件200的各焊接边缘进行激光焊接；
S6：焊后时效处理，焊接完成后，保持上夹具体1与下夹具体2对钣金件的固定状态，完成焊接应力释放；
S7：拆除夹具，拆除上夹具体1与上钣金件100的连接以及下夹具体2与下钣金件200的连接，吊卸上夹具体1，薄壁件焊接加工完成。
本发明的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，简便易行，通过钣金修整可满足激光焊接对钣金精度的高要求，并可进一步提高产品焊接精度；通过填充泡沫铝10可提高大尺寸腔体结构薄壁件的整体强度和刚度，保证产品质量；通过上夹具体1与下夹具体2的精准导向合模可确保上钣金件100与下钣金件200的焊接边缘对齐并形成无缝对接，为激光焊接作业提供有利条件；通过焊后时效处理完成焊接应力释放，防止焊后变形。
本实施例中，在执行步骤S1时，通过多个夹钳压板7将钣金件周边夹持固定于夹具体上，拆装操作简便，可在保证固定强度、定位准确的同时提高作业效率。
本实施例中，在执行步骤S5时，将激光焊头置于作业避让空间5内，可保证焊接作业空间和提高焊接精度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于大尺寸腔体结构薄壁件的激光切割焊接夹具的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，所述焊接夹具包括上夹具体（1）和下夹具体（2），所述上夹具体（1）上设有与所述薄壁件的上钣金件（100）形状相同的上钣金型腔（11），所述下夹具体（2）上设有与所述薄壁件的下钣金件（200）形状相同的下钣金型腔（21），所述上夹具体（1）与下夹具体（2）分设有用于合模定位的导向柱（3）和导向孔（4），其特征在于，所述焊接方法包括以下步骤：
S1：钣金固定，将上钣金件（100）置于上夹具体（1）的上钣金型腔（11）内，并将上钣金件（100）与上夹具体（1）连接固定，将下钣金件（200）置于下夹具体（2）的下钣金型腔（21）内，并将下钣金件（200）与下夹具体（2）连接固定；
S2：钣金修整，采用激光切割机分别对上钣金件（100）和下钣金件（200）的焊接边缘进行焊前修整；
S3：泡沫铝填充，在下钣金件（200）的内部空腔中填充泡沫铝（10），确保上钣金件（100）与下钣金件（200）扣合后，泡沫铝（10）充满上钣金件（100）与下钣金件（200）围合形成的腔体；
S4：钣金扣合，吊装翻转上夹具体（1），将上夹具体（1）与下夹具体（2）合模对接，并通过导向柱（3）和导向孔（4）的配合对合模导向定位，完成合模后确认上钣金件（100）与下钣金件（200）的焊接边缘对齐并形成无缝对接；
S5：钣金焊接，采用激光焊头对上钣金件（100）与下钣金件（200）的各焊接边缘进行激光焊接；
S6：焊后时效处理，焊接完成后，保持上夹具体（1）与下夹具体（2）对钣金件的固定状态，完成焊接应力释放；
S7：拆除夹具，拆除上夹具体（1）与上钣金件（100）的连接以及下夹具体（2）与下钣金件（200）的连接，吊卸上夹具体（1），薄壁件焊接加工完成。
2.根据权利要求1所述的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，其特征在于：在执行所述步骤S1时，通过多个夹钳压板（7）将钣金件周边夹持固定于夹具体上。
3.根据权利要求2所述的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，其特征在于：在执行所述步骤S5时，将激光焊头置于作业避让空间（5）内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，其特征在于：所述上夹具体（1）和下夹具体（2）于薄壁件的激光切割焊接边缘设有作业避让空间（5）。
5.根据权利要求4所述的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，其特征在于：所述上钣金型腔（11）和下钣金型腔（21）的背面均设有型腔定形加强筋（6）。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，其特征在于：所述上夹具体（1）与下夹具体（2）均配设有用于对钣金件夹持固定的夹钳压板（7）。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的大尺寸腔体结构薄壁件的焊接方法，其特征在于：所述上夹具体（1）与下夹具体（2）均于周边配设有吊耳（8）。
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