CN107971626A - 高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法 - Google Patents

Abstract

高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法属于基于搅拌摩擦焊工艺的轨道车辆铝合金连接板双面焊接工艺方法领域，该方法是通过组焊夹具预先对两块母材进行组对定位，再对焊缝的正面通过搅拌摩擦焊工艺实施点固焊，在焊缝整个长度范围内每隔一定距离进行一次点固焊的操作，点固焊接完成后，对焊缝进行搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，正式焊接会覆盖掉点固焊接出现的匙孔。本发明可以大幅度减少在搅拌摩擦焊接的过程中，焊缝因搅拌针的垂向及横向挤压而变宽甚至超过给定值的情况出现，还能够有效降低搅拌摩擦焊对其焊接夹具的结构强度和装夹精度的要求，从而降低夹具的采购成本，并放宽装夹精度，进而改进装夹精度的校准时间，提高生产效率。

Description

高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法

技术领域

本发明属于基于搅拌摩擦焊工艺的轨道车辆铝合金连接板双面焊接工艺方法领域，具体涉及一种高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法。

背景技术

如图1和图2所示，搅拌摩擦焊接技术属于两种被焊材料通过搅拌头6带动其搅拌针6-1的旋转搅拌，在固相状态下进行连接的焊接技术，是一种高效、无需填充材料、无光辐射、绿色、无污染的新型焊接技术。尽管从发明该技术到现在仅有不到30年的时间，但已广泛应用于航空航天、汽车、轨道车辆、核工业等多个领域，且有越来越推广应用的趋势。

搅拌摩擦焊组对焊接夹具1的组对精度要求高，其在实施前，需要将焊件母材5的焊缝5-1边缘精确拼接和定位；如图3至图5所示，搅拌摩擦焊的焊接夹具通常均包括框架1、多个沿焊缝X方向延伸的纵向侧顶紧器3、多个沿竖直Z方向布置的垂向顶紧器2和多个垂直于XZ平面的横向侧顶紧器4，其中，垂向顶紧器2还可分为垂向下压顶紧器2-1和垂向支撑顶紧器2-2，所有顶紧器通常均采用螺杆和螺母所共同构成的丝杠机构原理。在施焊前，需要利用焊接夹具上的各类顶紧器将待焊接的铝合金连接板母材从前、后、左、右、上、下共计六个方向均分别进行顶紧和定位，尤其是横向侧顶紧器4要加紧牢固，以保证焊缝对接间隙的宽度值在焊接实施过程保持稳定，避免其因搅拌头的垂向及横向挤压而产生焊缝间隙扩大的趋势。

然而，搅拌摩擦焊尽管有许多其他焊接方法无法比拟的优点，但其也存在着一定的特有工艺特点和特有焊接缺陷，例如，搅拌摩擦焊对焊接夹具的组对精度要求高、母材料件装配要求严格、对操作者要求较高，在其施焊作业过程中，焊接参数选择不合理、料件装配不合理或搅拌针运行过程中导致料件变形等因素有可能导致焊缝出现焊缝孔洞、隧道孔等焊接缺陷，且此类焊接缺陷不易修复。尤其是厚板铝合金材料的搅拌摩擦焊接作业时，更易出现以上焊接缺陷问题，不仅影响搅拌摩擦焊接焊缝质量，也在一定程度上限制了以高铁车连接板为代表产品的厚板铝合金材料的搅拌摩擦焊接技术的发展。

发明内容

为了解决现有对高铁车铝合金连接板焊缝实施基于搅拌摩擦焊工艺的双面焊接作业时，经常容易出现焊缝孔洞、隧道孔等焊接缺陷，而为了尽量减少焊接缺陷的发生，导致现有的搅拌摩擦焊对其组对夹具工装品质要求高，采购和维护成本高，安装调试精度要求高，费时费力，效率低下，且其对焊件的母材选型要求严、对焊接参数的设置以及焊接操作者的经验和技巧要求高，进而致使应用搅拌摩擦焊制造高铁车铝合金连接板的现有工艺生产成本高昂、条件苛刻，难以普及和推广，生产效率因此受限的技术问题，本发明提供一种高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其包括如下步骤：

步骤一：用搅拌摩擦焊组对焊接夹具及其多个纵向侧顶紧器、多个横向侧顶紧器和多个垂向顶紧器对两块高铁车连接板焊件母材的前、后、左、右、上、下共计六个方向均分别进行拼接和定位，并使两块高铁车连接板焊件母材拼接所形成的焊缝边缘精确拼接，其间隙的宽度值小于0.3mm；

步骤二：通过搅拌摩擦焊工艺对步骤一所述焊缝的上端面实施的多次点固焊，所述点固焊焊点的间距值为给定宽度D；

步骤三：对步骤二所述焊缝的上端面实施搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，施焊过程从焊缝端头开始并沿X轴焊缝的延伸方向进行；进行过程中需要用宽度检测手段实时检查搅拌针附近的焊缝间隙的宽度尺寸是否超过给定标准的0.3mm的110％，若宽度尺寸超标，则需停机调整焊缝宽度或报废返工，当前的焊接作业终止；若宽度尺寸始终符合要求，则继续焊接直至整条焊缝的上端面全部完成，然后，按照给定的轴向速率缓慢垂直抬起搅拌头及其搅拌针；

步骤四：将步骤三所完成的两块高铁车连接板焊件母材均翻转至反面，使搅拌针垂直布置于步骤三所述原本位于上端面的焊缝及其焊缝端头的正上方，并按照步骤一所述的方法用搅拌摩擦焊组对焊接夹具重新装夹固定；

步骤五：按照步骤三所述的方法，对步骤四所述的当前位于上端面的两块高铁车连接板背面焊缝直接实施搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，直至整条背面焊缝的上端面全部完成搅拌摩擦焊的焊接。在进行焊缝反面焊接时不再需要对焊缝进行预先点固焊，直接实施正式焊接即可。

步骤二所述多次点固焊，其相邻两个点固焊焊点的间距值D为400mm。

在进行步骤二所述点固焊时，搅拌针沿其轴向的垂向下落速率为2-6mm/s，每一个点固焊点完成后，其搅拌针沿其轴向的垂向上抬升的速率为10-15mm/s，并在点固焊接的焊缝表面留下对应的一个匙孔。其所产生的匙孔会被正式焊接覆盖抹掉。

步骤三所述的焊缝间隙的宽度检测手段为人工用塞尺测量或用搅拌摩擦焊设备附带的视觉检测系统自动跟踪测量。

步骤三所述搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，其搅拌针的前倾角为2-2.5度，搅拌头的转速为250-350rpm，搅拌头沿X轴焊缝的延伸方向的移动速度为3mm/s。

本发明的有益效果是：该高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，通过按照给定的间距对焊缝进行预焊，从而使焊缝间隙的宽度值得到预先强化，因此可以大幅度减少在搅拌摩擦焊接的过程中，焊缝因搅拌针的垂向及横向挤压而变宽甚至超过给定值的情况出现，同时，还能够有效降低搅拌摩擦焊对其焊接夹具的结构强度和装夹精度的要求，从而降低夹具的采购成本，并放宽装夹精度，进而改进装夹精度的校准时间，由此提高生产效率，创造经济效益。

本方法所给定的点固焊点间距值、搅拌针在点固焊点时沿其轴向的垂向下落速率和抬升速率值，以及搅拌头的转速及其移动速度值均系通过大量实践摸索总结形成的经验参数值，此参数值系首创，可以确保对应工艺的最佳理想效果。

通过本发明方法所给定的点固预焊和正式焊接的实施方式，可以更好的确保高铁车连接板焊接过程中的质量控制，大大降低搅拌摩擦焊接技术特有的孔洞、隧道孔焊接缺陷发生概率，并使高铁车铝合金连接板的搅拌摩擦焊接产品焊缝质量大大提高。

此外该高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法还具有结构简单实用，操作方便，成本低廉，便于推广普及等优点。

附图说明

图1是现有搅拌摩擦焊的原理示意图；

图2是图1的前视图；

图3是现有搅拌摩擦焊的焊接夹具的结构和原理示意简图；

图4是图3中I部分的局部放大图；

图5是现有轨道车辆铝合金连接板双面焊接工艺的原理示意简图；

图6是本发明高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法的原理示意图；

图7是图6中II部分的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图6和图7所示，本发明的高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一：用搅拌摩擦焊组对焊接夹具1及其多个纵向侧顶紧器3、多个横向侧顶紧器4和多个垂向顶紧器2对两块高铁车连接板焊件母材5的前、后、左、右、上、下共计六个方向均分别进行拼接和定位，并使两块高铁车连接板焊件母材5拼接所形成的焊缝5-1边缘精确拼接，其间隙的宽度值小于0.3mm；以保证焊缝对接间隙的宽度值在焊接实施过程保持稳定，避免其因搅拌头的垂向及横向挤压而产生焊缝间隙扩大的趋势。

步骤二：通过搅拌摩擦焊工艺对步骤一所述焊缝5-1的上端面实施的多次点固焊，所述点固焊焊点5-2的间距值为给定宽度D；从而实现对焊缝根部间隙在焊接过程中的扩大趋势的进一步有效遏制。

步骤三：对步骤二所述焊缝5-1的上端面实施搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，施焊过程从焊缝端头5-1-1开始并沿X轴焊缝的延伸方向进行；进行过程中需要用宽度检测手段实时检查搅拌针6-1附近的焊缝间隙的宽度尺寸是否超过给定标准值的110％，若宽度尺寸超标，则需停机调整焊缝宽度或报废返工，当前的焊接作业终止；若宽度尺寸始终符合要求，则继续焊接直至整条焊缝的上端面全部完成，然后，按照给定的轴向速率缓慢垂直抬起搅拌头6及其搅拌针6-1；

步骤四：将步骤三所完成的两块高铁车连接板焊件母材5均翻转至反面，使搅拌针6-1垂直布置于步骤三所述原本位于上端面的焊缝5-1及其焊缝端头5-1-1的正上方，并按照步骤一所述的方法用搅拌摩擦焊组对焊接夹具1重新装夹固定；

步骤五：按照步骤三所述的方法，对步骤四所述的当前位于上端面的两块高铁车连接板背面焊缝直接实施搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，直至整条背面焊缝的上端面全部完成搅拌摩擦焊的焊接。在进行焊缝反面焊接时不再需要对焊缝进行预先点固焊，直接实施正式焊接即可。

步骤二所述多次点固焊，其相邻两个点固焊点的间距值D为400mm。

步骤三所述的点固时，搅拌针6-1沿其轴向的垂向下落速率为2-6mm/s，每一个点固焊点完成后，其搅拌针6-1沿其轴向的垂向上抬升的速率为10-15mm/s，并在点固焊接的焊缝表面留下对应的一个匙孔。其所产生的匙孔会被正式焊接覆盖抹掉。

步骤三所述的焊缝间隙的宽度检测手段为人工用塞尺测量或用搅拌摩擦焊设备附带的视觉检测系统自动跟踪测量。

步骤三所述搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，其搅拌针6-1的前倾角为2-2.5度，搅拌头6的转速为250-350rpm，搅拌头6沿X轴焊缝的延伸方向的移动速度为3mm/s。

Claims (5)

1.高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤一：用搅拌摩擦焊组对焊接夹具(1)及其多个纵向侧顶紧器(3)、多个横向侧顶紧器(4)和多个垂向顶紧器(2)对两块高铁车连接板焊件母材(5)的前、后、左、右、上、下共计六个方向均分别进行拼接和定位，并使两块高铁车连接板焊件母材(5)拼接所形成的焊缝(5-1)边缘精确拼接，其间隙的宽度值小于0.3mm；

步骤二：通过搅拌摩擦焊工艺对步骤一所述焊缝(5-1)的上端面实施多次点固焊，所述点固焊焊点(5-2)的间距值为给定宽度D；

步骤三：对步骤二所述焊缝(5-1)的上端面实施搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，施焊过程从焊缝端头(5-1-1)开始并沿X轴焊缝的延伸方向进行；进行过程中需要用宽度检测手段实时检查搅拌针(6-1)附近的焊缝间隙的宽度尺寸是否超过给定标准的110％，若宽度尺寸超标，则需停机调整焊缝宽度或报废返工，当前的焊接作业终止；若宽度尺寸始终符合要求，则继续焊接直至整条焊缝的上端面全部完成，然后，按照给定的轴向速率缓慢垂直抬起搅拌头(6)及其搅拌针(6-1)；

步骤四：将步骤三所完成的两块高铁车连接板焊件母材(5)均翻转至反面，使搅拌针(6-1)垂直布置于焊缝(5-1)及其焊缝端头(5-1-1)的正上方，并按照步骤一的方法用搅拌摩擦焊组对焊接夹具(1)重新装夹固定；

步骤五：按照步骤三的方法，对步骤四两块高铁车连接板背面焊缝直接实施搅拌摩擦焊工艺的正式焊接，直至整条背面焊缝的上端面全部完成搅拌摩擦焊的焊接。

2.如权利要求1所述的高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其特征在于：步骤二所述给定宽度D为400mm。

3.如权利要求1所述的高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其特征在于：在进行步骤二所述点固焊时，搅拌针(6-1)沿其轴向的垂向下落速率为2-6mm/s，每一个点固焊点完成后，其搅拌针(6-1)沿其轴向的垂向上抬升的速率为10-15mm/s，并在点固焊接的焊缝表面留下对应的一个匙孔。

4.如权利要求1所述的高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其特征在于：步骤三所述宽度检测手段为人工用塞尺测量或用基于激光的视觉检测设备自动跟踪测量。

5.如权利要求1所述的高铁车连接板搅拌摩擦焊组焊工艺方法，其特征在于：在进行步骤三所述正式焊接时，其搅拌针(6-1)的前倾角为2-2.5度，搅拌头(6)的转速为250-350rpm，搅拌头(6)沿X轴焊缝的延伸方向的移动速度为3mm/s。