CN110076440B - 一种带辅助拉绳装置的静止双轴肩或四轴肩搅拌头焊接轨道车辆铝合金车体筒体总成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了利用一种带辅助拉绳装置的静止双轴肩、或静止四轴肩搅拌头的搅拌摩擦焊的方法，可对轨道车辆的中空铝合金型材车体筒体的4组焊缝对(相对于传统熔焊则是内外为8条)进行焊接，每组焊缝对只需焊接一次。为此，增加了2个留有豁口的可内缩的工艺端墙。提出了对焊缝对的两种接口形状和要求，通过对搅拌摩擦焊接机器人的控制，在一定速度的轴肩拉绳作用下，配合搅拌针的转动和摄动，可对铝合金车体筒体接近直线的4组焊缝对进行高效焊接。

Description

一种带辅助拉绳装置的静止双轴肩或四轴肩搅拌头焊接轨道 车辆铝合金车体筒体总成方法

技术领域

本发明是利用正在申请的2项发明专利“一种带辅助拉绳装置的静止双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及焊接对接焊缝的方法”和“一种带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及其焊接中空型材对接焊缝的方法”，采用静止双轴肩或四轴肩搅拌摩擦焊对轨道车辆的铝合金车体筒体总成进行焊接的一种方法，涉及领域为轨道车辆(含磁浮车辆)的车体制造。

背景技术

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是一种固相焊接新技术，是英国焊接研究所于1991年发明的，被誉为21世纪最具革命性的焊接技术，历经20余年的技术研发和工程化推广，已经在国内外的各个领域得到了应用。由于在传统搅拌摩擦焊过程中伴随着较大的顶锻压力，需要在背部对工件进行严格夹装，同时在背部需要刚性支撑垫板，为其推广应用造成了一定的困难。后来发展的双轴肩搅拌摩擦焊技术，其上下轴肩形成了相互支撑，下轴肩代替了工件背部的刚性支撑垫板，这一改进大大降低了焊接过程中的锻压力。后来继续发展了静止轴肩搅拌摩擦焊，则更上了一层楼，只要焊接参数合适，基本上彻底地消除了未焊透和弧纹，基本上没有大飞边，接头性能有了进一步的提高。可以说，在传统搅拌摩擦焊、双轴肩搅拌摩擦焊和静止轴肩搅拌摩擦焊中，只要焊接参数合适，静止轴肩搅拌摩擦焊的接头性能最好。将静止轴肩与双轴肩功能相结合，可以解决许多先前不能解决的问题。

轨道车辆的铝合金车体由1个车顶、2个含边顶的侧墙、1个底架、2个端墙，共6个大部件组成，当前面的4个大部件完成后(这4大部件组焊后称为车体的筒体)，请见图1(备注：大部分中空型腔和C(或T)型槽、车窗口、空调口等也没有画出中，因为它们与本发明无关，且不影响本发明关注的焊缝的焊接)，再与2个端墙进行组焊。在现有的熔焊技术条件下，轨道车辆的车顶、含边顶板的侧墙、底架之间共有8条大型中空铝型材的近似直线的、通长型插接式对接焊缝，内外各4条：在车顶与两侧含边顶板的侧墙之间内外各有2近似直线的焊缝(见图1中的4、6)；在底架与两侧的含边顶板的侧墙之间，内外各有2条(见图1中的2、8)，这两组焊缝要求有一定程序的上拱曲线，如对某动车组来说，相对于枕梁处的零位来讲，车体下边梁处要求上拱16mm，车体两端则下沉3mm。车外4条焊缝为机器人焊接，车内4条焊缝全部为手工焊接，其中车顶处的2条为仰焊、侧墙处2条为立焊，同时，车外4条焊缝焊接后需要大量的打磨工作，焊缝要与车顶、侧墙的基本面平齐，非常费时费力。本发明就是针对这8条车体筒体总成焊缝，采用带辅助拉绳装置的静止双轴肩、或四轴肩搅拌摩擦焊进行焊接，至于车体的筒体最后与2个端墙的焊接，还是采用传统的熔焊方式。

目前，对于普通轨道客车、普通动车组、高速动车组、轨道货车等，国内已经利用搅拌摩擦焊对车体的某些部件如端部底架进行焊接，但还没有利用搅拌摩擦焊特别是静止轴肩搅拌摩擦焊对大型中空铝型材的车体筒体的4大部件如车顶、含边顶板的侧墙、底架进行焊接，原因是经常产生不能允许的焊接缺陷，更不用说利用搅拌摩擦焊对车体筒体的总成进行焊接了。对于已利用熔焊方式焊接好的前述4大部件，进行车体筒体总成焊接时，由于工艺需要，车体筒体内部需要许多可伸缩的工艺撑对车体的各大部件进行支撑和固定，车体内部没有空间允许焊接设备在其内部进行移动，故利用现有的搅拌摩擦焊方式对车体筒体的总成进行焊接更加不可能。

发明内容：

本发明就是为了解决实际生产中的需要，利用正在申请的2项发明专利“一种带辅助拉绳装置的静止双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及焊接对接焊缝的方法”和“一种带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及其焊接中空型材对接焊缝的方法”，采用带辅助拉绳装置的静止双轴肩、或四轴肩搅拌头的搅拌摩擦焊，对前述轨道车辆的铝合金车体筒体总成焊接中的8条近似直线的、通长型焊缝进行焊接。

利用带辅助拉绳装置的静止双轴肩或四轴肩搅拌摩擦焊焊接前述8条焊缝，前提条件是：①不能是现有的插接式对接焊缝，只能是中空型圆弧边或直线边四边形(见图2)、或者是一般接口处等厚的对接焊缝(见图3)，带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊适用于图2、带辅助拉绳装置的静止双轴肩搅拌摩擦焊适用于图3；②为防止对接时产生过大缝隙和发生隧道沟槽型等缺陷，在车顶、两个含边顶的侧墙、底架组装前，对图1中的4组焊缝部位应进行精密的机械加工，这就要求各组件在挤压时应留有足够的切削余量，这一点非常重要；③工艺端墙上顶部要留有焊接车顶与含边顶的侧墙之间焊缝的豁口，便于焊接；④2个端墙与车体的筒体焊接仍采用熔焊，其焊缝为普通的单平面型对接焊缝而不能是错开的双平面型对接焊缝。备注：图2和图3中在一些节点处存在C型或T型槽，图中没有画出，因为本发明并不涉及它们。

对于图2焊缝，圆弧边或直线边四边形的中部空腔高度和宽度，应能容纳带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊的搅拌头的中间2个静止轴肩，而不能太小，避免位于轴肩中的推力圆锥滚子轴承的选型困难或者制造困难，否则就需要采用特制轴承。同时，两对接边的厚度，一般应较非焊缝部位的厚度相对要大，如对应的非焊缝的内外壁的厚度为2～3mm，则焊缝对接边的厚度应为4～6mm，其优点在于：①可避免采用静止轴肩搅拌摩擦焊时内外表面出现折皱失稳现象(厚度为3mm内的板易产生该现象)；②可减小焊缝的工作应力；③可尽量避免隧道型等焊接缺陷。另外，圆弧边或直边四边形的中部空腔的两条非焊接边的肋板厚度也较对应的正常空腔的肋板厚度大1.5～2倍，与对接边的厚度相近，以减小应力集中；对于圆弧边，内外边分别是最好为单一半径圆弧，内外半径可以不同，这样便于轴肩的制造；外侧焊缝的某一边应倒角如0.1mm，以作为搅拌摩擦焊接机器人的引导装置对待焊焊缝的跟踪。

对于图3焊缝，外侧焊缝的某一边应倒角如0.1mm，以作为搅拌摩擦焊接机器人的引导装置对待焊焊缝的跟踪，同时，对接焊缝的两侧厚度应相等，且厚度之和应较搅拌针的有效直径大8～10mm，即单侧有4～5mm的厚度余量。

对于熔焊方式的上述内外共8条主焊缝，采用本发明的带辅助拉绳静止轴肩搅拌摩擦焊接方法进行焊接，则只相当于4组焊缝对(每组焊缝对只需一次即可焊接完成)。对于这4组焊缝对，可以都采用带辅助拉绳的静止四轴肩搅拌摩擦焊，也可以都采用带辅助拉绳的静止双轴肩搅拌摩擦焊；也可以是左右含边顶的侧墙与底架之间的2组焊缝对(见图1中的2、8)，采用图2形式的静止四轴肩的方式进行焊接，而车顶与左右含边顶的侧墙之间的2组焊缝对(见图1中的4、6)，采用图3形式的静止双轴肩的方式进行焊接，反之亦然。对采用带辅助拉绳的静止四轴肩搅拌摩擦焊的焊缝对，可以降低车体的重量，而采用带辅助拉绳的静止双轴肩搅拌摩擦焊的焊缝对，焊接过程则相对简单。本发明人认为都采用带辅助拉绳的静止四轴肩搅拌摩擦焊最合理，但在本发明的后述介绍中，主要以“左右含边顶的侧墙与底架之间的2组焊缝对(见图1中的2、8)，采用图2的静止四轴肩的方式进行焊接，而车顶与左右含边顶的侧墙之间的2组焊缝对(见图1中的4、6)，采用图3的静止双轴肩的方式进行焊接”的方案，进行介绍，以供持不同观点的使用者参考选用。

采用本发明焊接车体筒体的4组焊缝对的总体过程与传统熔焊相似，总体过程如下：①将底架吊入对应的工作台位，使其与车长、焊缝方向和机器人的导轨平行，在枕梁处与台位螺栓固定；②将2个工艺端墙分别吊入实际端墙靠中央内侧100～200mm范围内，使用工艺撑固定工艺端墙(工艺端墙的顶部与含边顶的侧墙和车顶的内部曲线一致)；③将含边顶的左右侧墙吊入到底架并搁在工艺端墙上，使用工艺撑固定左右侧墙；④将车顶吊入到含边顶的左右侧墙并搁在工艺端墙上，使用工艺撑固定车顶；⑤使车体按要求形成所需要的上拱曲线，调节工艺端墙上的升降手柄，将真实端墙吊入实际端墙位置，不断调节各工艺撑，使车顶、含边顶的左右侧墙和底架的端面均与端墙正对，使4组焊缝对的间隙最小，该值小于许可的最小值(该值由试验得到，若有超过该值处，则可采用合适厚度和宽度去氧化皮后的铝带塞填)，使车顶、含边顶的左右侧墙和底架的端面均与端墙的端面正对(可以略有误差)；⑥利用搅拌摩擦焊接机器人，使用带辅助拉绳的静止双轴肩或四轴肩搅拌摩擦焊，焊接4组焊缝对；⑦让搅拌摩擦焊接机器人回到原位，下降工艺端墙的升降手柄，取出工艺端墙，将焊接完成的车体筒体吊入下一工位，进行两端的端墙与筒体的焊接，并打磨各焊缝。

使用带辅助拉绳的静止双轴肩或四轴肩搅拌摩擦焊焊接车体的筒体的4组主焊缝对，其优点在于：①可对车体筒体的4组焊缝对中的每一组焊缝对实现一次性焊接成功；②焊缝的许用疲劳应力大大高于熔焊的许用疲劳应力，可进一步使车体轻量化；③对焊接环境的要求低于熔焊，节省成本；④焊接不需要焊丝和保护气体，可进一步降低成本；⑤4组焊缝对的内外焊缝平整，极大地提高了车内焊缝的平整度，进一步地提高了焊缝的疲劳强度，且车外的焊缝打磨工作量极少。

前述介绍了利用带辅助拉绳装置的静止双轴肩或四轴肩搅拌摩擦焊焊接车体筒体的4组焊缝对的所在的位置、前提条件、总体工艺过程和优点。

为了便于理解和实施，本发明主要以“左右含边顶的侧墙与底架之间的2组焊缝对(见图1中的2、8)，采用图2的静止四轴肩的方式进行焊接，而车顶与左右含边顶的侧墙之间的2组焊缝对(见图1中的4、6)，采用图3的静止双轴肩的方式进行焊接”的方案，结合说明书附图详细说明本发明。

附图说明

图1是车体筒体的组成和8条通长焊缝示意图；

图2是车体筒体的中空型圆弧边或者直线边四边形对接焊缝示意图；

图3是车体筒体的一般等厚度对接焊缝示意图；

图4是一种带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊搅拌头的剖视图的示意图；

图5是一种带辅助拉绳装置的静止双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头的剖视图的示意图；

图6为静止凹轴肩的三维示意图；

图7为静止凸轴肩的三维示意图；

图8是一种由搅拌摩擦焊接机器人移动底座上的走行装置带动的带四根辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊焊接车体筒体的原理示意图；

图9是一种独立电机驱动的带四根辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌摩擦焊焊接车体筒体的原理示意图；

图10为采用带辅助拉绳的静止轴肩搅拌摩擦焊焊接车体筒体的4组焊缝对示意图；

备注：工艺撑有很多，这里只画出2条示意。

图11为四组焊缝对的拉绳组示意图。

图中：

1.底架；2.底架与含边顶的左侧墙之间的内外焊缝；3.含边顶的左侧墙；4.车顶与含边顶的左侧墙之间的内外焊缝；5.车顶；6.车顶与含边顶的右侧墙之间的内外焊缝；7.含边顶的右侧墙；8.车体底架与含边顶的右侧墙之间的内外焊缝；101.搅拌针；102.锁紧螺母；103.防松垫圈；104.碟簧；105.推力圆锥滚子轴承；106.外部轴肩；107.中空型材上壁板；108.内部轴肩；109.推力圆锥滚子轴承；110.内部轴肩；111.推力圆锥滚子轴承；112.中空型材下壁板；113.外部轴肩；114.推力圆锥滚子轴承；115.碟簧；116.防松垫圈；117.锁紧螺母；101a.搅拌针；102a.锁紧螺母；103a.防松垫圈；104a.碟簧；105a.推力圆锥滚子轴承；106a.上部轴肩；107a.待焊板材；113a.下部轴肩；114a.推力圆锥滚子轴承；115a.碟簧；116a.防松垫圈；117a.锁紧螺母；118.接线柱；119.接线柱；120.拉绳；121.拉绳；122.滑板；123.拉紧调节装置；124.拉紧调节装置；125.拉紧调节装置；126.拉紧调节装置；127.拉力传感器；128.拉绳；129.定滑轮；131.定滑轮；132.拉力传感器(带拉紧调节装置；)133.搅拌摩擦焊接机器人的移动底座；134.拉绳；135.拉绳；136.定滑轮；137.接线柱；138.接线柱；139.搅拌摩擦焊接机器人牵引拉绳；141.定滑轮；150.导槽；159.定滑轮；160.定滑轮；161.返回用拉绳；162.定滑轮；163.定滑轮；164.滑板返回用拉绳；201.车体筒体总成焊接台架；202.左侧搅拌摩擦焊接机器人导轨；203.左侧墙焊缝搅拌摩擦焊接机器人；204.工艺端墙；205.龙门架；206.左侧车顶焊缝搅拌摩擦焊接机器人；207.升降手柄；208.工艺端墙上的车顶焊缝豁口；209.右侧车顶焊缝搅拌摩擦焊接机器人；210.工艺撑；211.左侧墙焊缝搅拌摩擦焊接机器人；212.右侧搅拌摩擦焊接机器人导轨。

具体实施方式

如同前面所述，本发明利用带辅助拉绳装置的静止双轴肩、或四轴肩搅拌摩擦焊搅拌头焊接轨道车辆的车体总成，一是对于静止四轴肩的焊缝接口形状必须中空型圆弧边、或者直线边四边形对接焊缝，对于静止双轴肩的焊缝接口形状必须是一般等厚度对接焊缝；二是各焊缝的对接面必须进行机械加工，且满足一定的精度；三是还有必须采用常用的带匙孔的引入板和引出板。在吊装到车体总成台位之前，这些准备工作必须已做好。现将利用本发明焊接车体筒体的步骤进行叙述，步骤如下：

(1)请参阅图10，将已机加工焊接边和已带有引入板和引出板的底架1吊入车体筒体总成焊接台架201，使其与车长、焊缝方向和导轨202、212平行，在车体枕梁处与车体筒体总成焊接台架201螺栓固定；

(2)请参阅图10，将2个工艺端墙204分别吊入实际端墙位置靠车体中央内侧100～200mm范围内，使用工艺撑210固定工艺端墙204；

(3)请参阅图10，分别将已加工焊接边和已带有引入板和引出板的含边顶的左右侧墙3、7吊入到底架1并搁在工艺端墙204上，使用工艺撑210固定左右侧墙3、7；

(4)请参阅图10，将车顶5吊入到含边顶的左右侧墙3、7并搁在工艺端墙204上，使用工艺撑210固定车顶；

(5)请参阅图10，使用上下可调支座使车体底架1的下边梁中央上拱，使用上下可调升降装置或拉链葫芦使车体底架1的下边梁两端下沉，使车体按要求形成所需要的上拱曲线(这与传统工艺相同，故所需工装未画出)。调节工艺端墙204上的升降手柄207，将实际端墙吊入实际端墙所在位置(刚试制时要检验，以后可以不做)，不断调节各工艺撑210，使4组焊缝对的间隙最小，其值小于许可最小值(该值由试验得到，对超过该许可最小值之处，则可采用合适厚度和宽度去氧化皮后的铝带塞入)，同时也应使车顶5、含边顶的左右侧墙3、7和底架1的端面均与实际端墙正对；

(6)本步骤有A、B两种方式，分别叙述如下：

A方式：搅拌摩擦焊接机器人的移动底座带动的带四根辅助拉绳装置的静止四轴肩，请参见图8；

B方式：采用单独电机一起带动各轴肩拉绳和搅拌摩擦焊接机器人，请参见图9。

对于A方式，分述如下：

请参阅图1，采用静止四轴肩搅拌摩擦焊焊接车体的底架与含边顶的左侧墙之间的内外焊缝2，当采用搅拌摩擦焊接机器人带动的带四根辅助拉绳装置的静止四轴肩时(请参阅图8，轴肩为圆弧轴肩，见图6、图7)，其分步如下：①请参阅图2，按图2要求在引入板的匙孔处装配好静止四轴肩搅拌头；请参阅图8，各拉绳和定滑轮按图8连接好，请注意拉绳161是返回用拉绳，其长度应使有一定的松弛度，如比正常长0.5～1m；将图8中的拉绳120、121、134、135与对应的轴肩耳孔相连(这4条拉绳需采用碳纤维制作)；②请参阅图8，沿导槽150拉动滑板122，将拉绳120、121、134、135拉直，通过在导槽上的螺栓组压紧滑板122(该螺栓组未画出)；此时，调节拉紧调节装置123、124、125、126(装置内有初调装置、调节螺纹和压力传感器等，滑板122中间有长方形开口，便于调节拉紧调节装置，下同)，使拉绳120、121、134、135所承受的拉力分别等于其所对应分担的轴肩摩擦表面产生的干摩擦阻力与对应分担的搅拌针受到工件产生的前进阻力之和，注意，这些力事先已通过试验得到；调节带调节装置的拉力传感器132，使拉绳128的拉力等于120、121、134、135所承受的拉力之和。本步非常关键，它可使4条轴肩拉绳始终承受拉力，同时消除拉绳部分弹性和间隙引起的各拉绳的伸长量。③将搅拌头的柄部与搅拌摩擦焊机旋转主轴相连并紧固，松开滑板122上螺栓组；④启动各设备，设置搅拌摩擦焊机的旋转主轴的转速为合适转速，使搅拌针开始旋转；设置搅拌摩擦焊接机器人移动底座的前进速度，使其等于合适的焊接速度，并使之前进，进而带动滑板122、四条轴肩拉绳120、121、134、135、各轴肩、搅拌摩擦焊接机器人的移动底座133等匀速前进，并保持匀速。同时，机器人的焊缝跟踪系统引导搅拌针在垂直于拉绳方向移动和其它方向摄动(包含旋转摄动)，当搅拌摩擦焊接机器人的控制系统检测出搅拌针的纵向力偏大正常值时，可使搅拌针往焊缝前进方向的反向摄动，但由于拉绳前进速度和搅拌摩擦焊接机器人移动底座的前进速度远大于该摄动速度，故搅拌针的合速度仍然沿前进方向，不存在搅拌针真正回走的问题，这样可使轴肩拉绳的拉力增大，使搅拌针受力减小，直至移出焊缝的引出板，完成焊缝的焊接。

对于图1中的内外焊缝8，亦是如此，这里不再赘述。

对于B方式，分述如下：

请参阅图1，采用静止四轴肩搅拌摩擦焊焊接车体的底架与含边顶的左侧墙之间的内外焊缝2，当采用单独电机一起带动各轴肩拉绳和搅拌摩擦焊接机器人(请参阅图9，轴肩为圆弧轴肩，请参阅图6、图7)，其分步如下：①请参阅图2、4，按图2、4要求在引入板的匙孔处装配好静止四轴肩搅拌头；请参阅图9，各拉绳和定滑轮按图9连接好，将图9中的拉绳120、121、134、135与对应的轴肩耳孔相连，将图9中的拉绳139与搅拌摩擦焊接机器人的移动底座相连；请注意拉绳161是返回用拉绳，其长度应使有一定的松弛度，如比正常长0.5～1m，即当拉绳正常工作焊接时拉绳161不产生阻力作用；②请参阅图9，沿导槽150拉动滑板122，将拉绳120、121、134、135拉直，通过在导槽上的螺栓组压紧滑板122(该螺栓组未画出)；此时，调节拉紧调节装置123、124、125、126(装置内有初调装置、调节螺纹和压力传感器等，滑板122中间有长方形开口，便于调节拉紧调节装置，下同)，使拉绳120、121、134、135所承受的拉力分别等于其所对应分担的轴肩摩擦表面产生的干摩擦阻力与对应分担的搅拌针受到工件产生的前进阻力之和，使拉绳139的拉力等于搅拌摩擦焊接机器人的前进阻力，注意，这些力事先已通过试验得到。这样，拉绳128的拉力等于120、121、134、135、139的拉力之和，但考虑机械效率，可以略微放大。本步非常关键，它可使5条轴肩拉绳始终承受拉力，同时消除拉绳部分弹性和间隙引起的各拉绳的伸长量。后述步骤与A方式的分步③、④类似，不同的是由独立电机带动各拉绳、轴肩和搅拌摩擦焊接机器人，这里不再赘述。4条焊缝对的拉绳组见图11。

(7)请参阅图1，采用静止双轴肩搅拌摩擦焊焊接车体的车顶与含边顶的左侧墙之间的内外焊缝4和6，一样有A、B两种方式，不同的是它只有两根轴肩拉绳，其它与步骤(6)近似，这里不再赘述。这2组焊缝对虽同时焊接，但各自的搅拌摩擦焊接机器人的控制、跟踪和搅拌针的摄动是独立的，互不影响。4焊缝对的拉绳组见图11。

(8)请参阅图8，让搅拌摩擦焊接机器人回到原位，通过返回用拉绳161带动滑板122将所带动的设备回归到原位附近；请参阅图9通过电机130反转，通过拉绳164拉动滑板122，滑板再通过拉绳161使机器人返回。请参见图10，下降工艺端墙的升降手柄207，取出工艺端墙204，将焊接完成的车体筒体吊入下一工位，进行两端的端墙与筒体的焊接，并打磨各焊缝。

至此，具体实施过程叙述完毕。但对说明书和说明书附图中未尽事宜部分，则进一步的说明如下：

①静止轴肩与待焊铝合金表面产生的压缩量、干摩擦力、搅拌针单纯的前进阻力和合适的焊接参数，由理论计算和大量试验可以得到，供正式制造时使用。

②可以通过定滑轮组及其支撑装置，使每条拉绳再转向180°，拉绳又回到起焊点附近，使导槽在长度上不占用空间；使各拉绳起等速运动的滑板可以铺设在地表下面，不占用地面上部空间；

③对于滑板，各拉绳的布置最好使滑板不承受附加力矩作用，同时带滚轮的滑板应有一定的长度，如500～1000mm，它与导轨之间的两侧间隙之和不大于1mm。

④焊接圆弧边或者直线边空腔四边形接口时(如图2、搅拌头如图4)，四轴肩可只采用3条辅助拉绳，即空腔中的2条拉绳合并，甚至可以是2条，即只保留空腔外面的两条拉绳，空腔内无拉绳，此时，各拉绳的拉力发生变化，但仍是分担自身所对应承担的拉力；对于一般等厚度对接焊缝(如图3、搅拌头如图5)，可只采用搅拌针尾端的拉绳。但无疑，每一轴肩对应一条辅助拉绳，则搅拌针的受力最小。

⑤由于拉绳理论上只能承受拉力不能承受压力，搅拌针受力为超静定结构，加上各处的力不等，搅拌针实际受附加力的作用。

⑥当轴肩运动时，从理论上来讲，无论轴肩往哪个运行方向，轴肩与工件的摩擦力大小是一定的，对于接近直线的平滑曲线对接焊缝，该摩擦力方向与拉绳方向的夹角很小，它在拉绳的垂向方向的分力就很小，该分力由搅拌针自身承担，但总摩擦力主要由拉绳承担，所以在工作过程中机器人通过搅拌针很易使轴肩沿拉绳垂直方向的移动。

⑦对于本发明提出的4组焊缝对，与底架相连的2组焊缝对可同时焊接，也可是一组焊缝开始后，再焊接另外一组焊缝对，而车顶处的2组焊缝对可随后同时焊接。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范畴，倘若这些改动或变形属于本发明的权利要求和等同技术范围内，则本发明也意图包含这些改动或变形。

Claims (1)

1.一种轨道车辆的铝合金车体筒体总成的搅拌摩擦焊接方法，搅拌摩擦焊采用包括带辅助拉绳装置的静止双轴肩或四轴肩的搅拌头的焊接装置进行，其特征在于：焊接装置由静止双轴肩或者四轴肩搅拌头、若干拉绳、搅拌摩擦焊接机器人、导轨、龙门架、滑板、若干定滑轮、若干工艺撑、2个工艺端墙和车体筒体总成焊接台架；

工艺端墙用来替代实际端墙，且工艺端墙的顶部特征与车体的内部横截面曲线一致，并位于实际端墙内侧附近，用于支撑含边顶的左右侧墙和车顶；在车顶和含边顶的左右侧墙所在的焊缝位置附近处，工艺端墙上留有豁口，且可调节其高度；

焊接车顶和含边顶的左右侧墙之间的2组焊缝对的搅拌摩擦焊接机器人位于龙门架的横梁上，焊接底架和含边顶的左右侧墙之间的2组焊缝对的2台搅拌摩擦焊接机器人分别位于车体筒体总成焊接台架的两侧的龙门架的支架上，两支架的底端分别设于导轨上；

带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌头适用于带中空型圆弧边或直线边四边形的对接焊缝，中空型圆弧边或直线边四边形的中部空腔容纳带辅助拉绳装置的静止四轴肩搅拌头的中间2个轴肩；带辅助拉绳装置的静止双轴肩搅拌头适用于接口处等厚的对接焊缝；

焊接方法包括步骤S1～S8：

S1：做好事前准备工作：底架、车顶、含边顶的左右侧墙在吊入工作台之前，各焊缝的对接面处进行机械加工，且满足一定的精度；采用常用的带匙孔的引入板和引出板；

S2：将底架吊入车体筒体总成焊接台架，使其与车长、焊缝方向和导轨平行，在枕梁处与车体筒体总成焊接台架螺栓固定；

S3：将2个工艺端墙分别吊入实际端墙靠中央内侧附近，使用工艺撑固定工艺端墙；

S4：将含边顶的左右侧墙吊入到底架并搁在工艺端墙上，使用工艺撑固定左右侧墙；

S5：将车顶吊入并搁在工艺端墙上，进行与含边顶的左右侧墙进行拼装，使用工艺撑固定车顶；

S6：使车体按要求形成所需要的上拱曲线，调节工艺端墙上的升降手柄，将实际端墙吊入实际端墙的位置，不断调节各工艺撑，使车顶、含边顶的左右侧墙和底架的端面均与实际端墙正对并满足技术要求；使4组焊缝对的间隙小于研制和试制时提出的许可最小值，在超过该值处，则塞填合适厚度和宽度去氧化皮后的铝带；

S7：利用搅拌摩擦焊接机器人和辅助拉绳装置，对铝合金车体筒体的4组焊缝对进行焊接；

步骤S7具体为：在引入板的匙孔处装配好静止双轴肩或者四轴肩搅拌头，静止双轴肩或者四轴肩搅拌头的各轴肩的轴肩耳孔通过若干拉绳与滑板一端的拉紧调节装置连接，滑板另一端的拉绳通过若干定滑轮后，连接到搅拌摩擦焊接机器人的移动底座上，或滑板另一端的拉绳与独立电机相连，滑板设在导槽中可沿导槽移动，通过在导槽上的螺栓组压紧滑板，调节拉紧调节装置使与各轴肩连接的拉绳所承受的拉力分别等于其所对应分担的轴肩摩擦表面产生的干摩擦阻力与对应分担的搅拌针受到的工件产生的前进阻力，且滑板另一端的拉绳的拉力等于与各轴肩连接的拉绳的拉力之和；将搅拌针的柄部与搅拌摩擦焊机的旋转主轴相连并紧固，松开滑板的螺栓组，启动设备，由搅拌摩擦焊接机器人的移动底座带动滑板、静止双轴肩或者四轴肩搅拌头进行焊接，或独立电机带动滑板、静止双轴肩或者四轴肩搅拌头、搅拌摩擦焊接机器人的移动底座进行焊接；

S8：焊接结束后，下降工艺端墙的升降手柄，取出工艺端墙，将焊接完成的车体筒体总成吊入下一工位。

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