CN111014937B - 基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法 - Google Patents

Abstract

基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法涉及焊接制造技术领域，解决了铝合金曲面板焊接而成的金属结构件的焊接变形量大和不美观的问题，包括：S1、通过三维拉伸机得到待焊接的铝合金曲面板；S2、将铝合金曲面板通过固定在金属结构件的工装上；工装包括支撑座和第二尼龙支撑板，第二尼龙支撑板通过其上端面支撑待通过焊接连接的铝合金曲面板，第二尼龙支撑板上端面上设有凹槽，待焊接处位于凹槽正上方；S3、将搅拌摩擦焊焊头下轴肩置于凹槽中、上轴肩在待焊接处上方，通过下轴肩沿凹槽移动焊接。本发明实现了搅拌摩擦焊用于曲面金属结构件的制作且应用范围广，可用于制作用于制作轨道车辆和汽车，尤其是动车组车头车顶或动车组车头侧墙。

Description

基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法

技术领域

本发明涉及焊接制造技术领域，具体涉及基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法。

背景技术

金属结构件由多个结构拼接焊接组成，随着科技的发展，对金属结构件的每个结构的位置精准性、美观性和制造效率的要求均提高。对于通过铝合金曲面板焊接而成金属结构件来说，现有技术中的制作方法基本无法实现曲面一次焊接，只能采用熔化焊焊接，焊接变形量很大、加工精度低、且不美观，这就严重限制了铝合金曲面金属结构件的精度和美观。尤其是在车辆领域，具体为轨道车辆和汽车领域，例如动车组的生产制造中，动车组的车头部件的设计采用的是三维曲面的结构，对于动车组车头的车顶和侧墙的制造，如今多数采用的制造方法是通过二维或三维夹紧工装夹紧固定各部件，采用熔化焊焊接方式再一一焊接，制造的产品在精度和效率方面仍需提高，无法满足社会发展的需求。搅拌摩擦焊的焊接技术由于其焊接显著的优势逐渐应用到各个焊接领域，但仍无法使用搅拌摩擦焊无法应用到铝合金曲面板焊接金属结构件中，因此需要一种采用搅拌摩擦焊焊接铝合金曲面板制作金属结构件的方法以降低焊接加工变形量、提高焊接加工精度和效率、提高金属结构的美观度。

发明内容

为了解决铝合金曲面板焊接而成的金属结构件的焊接加工变形量大、精度低、效率低和焊接不美观的问题，本发明提供基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，制作方法包括如下步骤：

S1、通过三维拉伸机对铝合金材料拉伸，得到待焊接的铝合金曲面板；

S2、将待通过焊接连接的铝合金曲面板通过夹具固定在金属结构件的工装上；所述工装包括支撑座和安装在支撑座上的第二尼龙支撑板，所述第二尼龙支撑板通过其上端面支撑待通过焊接连接的铝合金曲面板，且第二尼龙支撑板上端面匹配其支撑的铝合金曲面板，第二尼龙支撑板上端面上设有凹槽，待通过焊接连接的铝合金曲面板的待焊接处位于凹槽正上方，第二尼龙支撑板的长度大于等于待焊接处的长度，所述凹槽贯穿第二尼龙支撑板和/或凹槽的长度大于凹槽正上方铝合金曲面板的长度，搅拌摩擦焊焊头的下轴肩能够在凹槽中沿凹槽移动；

S3、将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于凹槽中且对应待焊接处的一端，搅拌摩擦焊焊头的上轴肩位于待焊接处上方，启动搅拌摩擦焊开始焊接，下轴肩从沿凹槽移动，直至该凹槽上的待焊接处焊接完成。

基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法用于制作轨道车辆和汽车。

本发明的有益效果是：

本发明的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，为铝合金曲面板焊接而成的金属结构件的制作提供了新的制作方法，通过在匹配金属结构件的工装，在工装上开设用于通过搅拌摩擦焊焊头下轴肩的凹槽实现采用搅拌摩擦焊的焊接技术，搅拌摩擦焊的焊接技术取代了熔化焊焊接，焊接变形量大大幅度减小，提高了焊接精度和焊接效率，焊接工艺高、焊接整洁，搅拌摩擦焊一次焊接两块铝合金曲面板，通过该方法所制作的金属结构件更美观。同时本发明的制作方法的应用范围广。

本发明的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，用于制造轨道车辆和汽车领域，实现轨道车辆和汽车上曲面金属结构焊接制造的焊接变形量小和焊接产品美观。通过该方法解决轨道车辆和汽车领域曲面的金属结构件制作焊接时变形大、焊接精度低和制作效果不美观的问题。

附图说明

图1为动车组车头车顶的组装装置的立体结构图。

图2为动车组车头车顶的组装装置的主视图。

图3为动车组车头车顶的组装装置的左视图。

图4为动车组车头车顶的组装装置的右视图。

图5为动车组车头车顶的组装装置的俯视图。

图6为动车组车头车顶的组装装置的仰视图。

图7为动车组车头车顶的组装装置的后视图。

图中：1、第一尼龙支撑板，2、第二尼龙支撑板，2.1、凹槽，3.1、管架一，3.11、加强板，3.2、管架二，4、基准块，5.1、条形基板一，5.2、条形基板二，5.3、条形基板三，6.1、支撑立板一，6.2、支撑立板二，6.3、支撑立板三，6.4、支撑立板四，6.5、支撑立板五，6.6、支撑立板六，6.7、支撑立板七，6.8、支撑立板八，6.9、支撑立板九，7.1、固定板，7.2、固定块，8.1、加强筋一，8.2、加强筋二，9、连接板，10、定位尼龙块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，金属结构件由铝合金曲面板焊接而成，制作方法包括如下步骤：

S1、通过三维拉伸机对铝合金材料拉伸，得到待焊接的铝合金曲面板；

S2、将待通过焊接连接的铝合金曲面板通过夹具固定在金属结构件的工装上；工装包括支撑座和安装在支撑座上的第二尼龙支撑板2，第二尼龙支撑板2通过其上端面支撑待通过焊接连接的铝合金曲面板，且第二尼龙支撑板2上端面匹配其支撑的铝合金曲面板，第二尼龙支撑板2上端面上设有凹槽2.1，待通过焊接连接的铝合金曲面板的待焊接处位于凹槽2.1正上方，第二尼龙支撑板2的长度大于等于待焊接处的长度，凹槽2.1贯穿第二尼龙支撑板2和/或凹槽2.1的长度大于凹槽2.1正上方铝合金曲面板的长度，搅拌摩擦焊焊头的下轴肩能够在凹槽2.1中沿凹槽2.1移动；

S3、将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于凹槽2.1中且对应待焊接处的一端，搅拌摩擦焊焊头的上轴肩位于待焊接处上方，启动搅拌摩擦焊开始焊接，焊接时下轴肩从沿凹槽2.1移动，边移动边实现上下轴肩的焊接，直至上下轴肩移动至该凹槽2.1待焊接处焊接完成。若下轴肩仍在该凹槽2.1，则从该凹槽2.1中移出。

本发明的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，为铝合金曲面板焊接而成的金属结构件的制作提供了新的制作方法，通过在匹配金属结构件的工装，在工装上开设用于通过搅拌摩擦焊焊头下轴肩的凹槽2.1实现采用搅拌摩擦焊的焊接技术，搅拌摩擦焊的焊接技术取代了熔化焊焊接，焊接变形量大大幅度减小，提高了焊接精度和焊接效率，焊接工艺高、焊接整洁，搅拌摩擦焊一次焊接两块铝合金曲面板，通过该方法所制作的金属结构件更美观。通过尼龙支撑板实现支撑有保证用于制作轨道车辆和汽车不受损。同时本发明的制作方法的应用范围广。

上述支撑座放置在焊接工作平台上，支撑座的下表面设有多个基准块4，所有基准块4的下表面共面，通过基准块4接触焊接工作平台，确保的z向基准。

上述夹具可采用外部的、不连接支撑座的夹具，例如利用外部能够将压在工装上的压片，使得铝合金曲面板定位在压片和第二尼龙支撑板2之间。夹具也可采用需要安装在支撑座上的夹具，例如在支撑座上设有用于安装夹具的安装孔，夹具可采用丝杆和压板，丝杆安装在安装孔上，压板安装在丝杆上，铝合金曲面板定位在压板和第二尼龙支撑板2之间。夹具也可采用设置在支撑座上的夹具和外部夹具的结合。

本发明基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，配合该金属结构件的能够使用搅拌金属焊的工装，可用于各种由铝合金曲面板焊接而成的金属结构件的制作。例如用于轨道车辆和汽车制作的，现今的轨道车辆和汽车的顶部或侧壁等采用曲面三维结构的，均属于本发明的金属结构件，可采用本发明制造。尤其是用于制作动车组车头车顶或动车组车头侧墙。动车组车头的车顶和侧墙都是曲面型，例如用于侧墙的焊接制造，首先通过三维拉伸机对铝合金材料拉伸制造侧墙原材料板，即铝合金曲面板作为侧墙原材料板；然后将侧墙原材料板放置在侧墙的工装上，通过夹具和用于侧墙原材料板的第二尼龙支撑板2定位待通过焊接连接的侧墙原材料板，待通过焊接连接的侧墙原材料板的待焊接处位于工装凹槽2.1正上方；最后将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于凹槽2.1中且对应待焊接处的一端，搅拌摩擦焊焊头的上轴肩位于待焊接处上方，启动搅拌摩擦焊开始焊接，下轴肩从沿凹槽2.1移动，该凹槽2.1上的待焊接处焊接完成。

本发明的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，用于制造轨道车辆和汽车，实现曲面结构焊接制造的焊接变形量小和焊接产品美观。动车组车头的车顶和侧墙现今均不具有基于搅拌摩擦焊制作的技术，通过该方法解决动车组车头的车顶和侧墙制作时变形大、焊接精度低和制作效果不美观的问题。

下面以本发明的制作方法用于动车组车头车顶的制造作为实施方式进行具体描述：

动车组车头车顶的工装又称动车组车头车顶的组装装置，具体结构图如图1～7，以其中仰视图图6的上方为下文的上方、以仰视图的下为下文的下方、以仰视图的左右定义下文的左右，以仰视图的长度方向为下文矩形底架的长度方向、以仰视图的垂直于纸面方向为下文矩形底架的宽度方向、以仰视图的高度方向为下文的高度方向。

动车组车头车顶的组装装置包括支撑座和第二尼龙支撑板2，还包括第一尼龙支撑板1。支撑座上设有安装孔，安装孔用于安装夹具，夹具为现有技术中的夹具，夹具用于固定待焊接的车顶原材料板，例如夹具采用丝杆和压板。车顶原材料板采用铝合金曲面板。第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2都安装在支撑座上，具体为第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2都通过螺栓固定连接支撑座，第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2都用于支撑车顶原材料板，车顶原材料板为待焊接的曲面板，车顶原材料板通过夹具的夹持定位和第一尼龙支撑板1的支撑实现在组装装置上的安装，或者是通过夹具的夹持定位和第二尼龙支撑板2的支撑实现在组装装置上的安装，再或者是通过夹具的夹持定位、第一尼龙支撑板1的支撑和第二尼龙支撑板2的支撑实现在组装装置上的安装。例如采用2个第一尼龙支撑板1和4个第二尼龙支撑板2，通过5个车顶原材料板焊接得到动车组车头车顶，4个第二尼龙支撑板2位于第一尼龙支撑板1之间，第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2均沿支撑座长度方向设置，尼龙支撑板和支撑座的长度方向一致，第二尼龙支撑板2位于中部，两个第一尼龙支撑板1分设在四个第二尼龙支撑板2外侧。第一尼龙支撑板1支撑车顶原材料板，且第一尼龙支撑板1上端面匹配其支撑的车顶原材料板，两个第一尼龙支撑板1分别用于支撑位于车顶两边的车顶原材料板。第二尼龙支撑板2上端面上设有凹槽2.1，凹槽2.1沿第二尼龙支撑板2长度方向设置，第二尼龙支撑板2上端面为曲面，第二尼龙支撑板2的上端面匹配动车组车头车顶，也就是第二尼龙支撑板2的上端面的匹配其所支撑的车顶原材料板，第二尼龙支撑板2的上端面能够贴合车顶原材料板，第二尼龙支撑板2可为弧形板。两个待通过焊接连接的车顶原材料板位于第二尼龙支撑板2上，凹槽2.1对应其上两块车顶原材料板的待焊接处，一块车顶原材料板位于凹槽2.1正上方也位于该凹槽2.1一侧的第二尼龙支撑板2上端面上、另一块车顶原材料板位于凹槽2.1正上方也位于该凹槽2.1另一侧的第二尼龙支撑板2上端面上。两个待通过焊接连接的车顶原材料板的待焊接处(待通过焊接连接的边)位于凹槽2.1正上方。凹槽2.1的对应搅拌摩擦焊焊头的下轴肩设置，下轴肩能够在凹槽2.1中沿凹槽2.1移动，凹槽2.1的形状可匹配搅拌摩擦焊焊头的下轴肩，凹槽2.1的尺寸大于搅拌摩擦焊焊头的下轴肩。第二尼龙支撑板2的长度大于等于待焊接处的长度。为保证搅拌摩擦焊的焊接过程中下轴肩能够进出凹槽2.1，凹槽2.1需要贯穿第二尼龙支撑板2、或者凹槽2.1的长度大于凹槽2.1正上方车顶原材料板的长度、再或者凹槽2.1的长度大于等于凹槽2.1正上方车顶原材料板的长度且凹槽2.1贯穿第二尼龙支撑板2。

支撑座用于放置在焊接操作平台上，在支撑座的安装孔上安装夹具并将车顶原材料板通过夹具固定在支撑座和尼龙支撑板上，两个待焊接的车顶原材料板的待焊接的边位于凹槽2.1上。搅拌摩擦焊焊头的下轴肩位于凹槽2.1中，上轴肩位于待焊接的车顶原材料板的上方，焊接时下轴肩沿着凹槽2.1前进，实现曲面板的一次焊接。

动车组车头车顶的组装装置提供了动车组车头车顶的新的组装装置，该组装装置适用于搅拌摩擦焊。通过第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2支撑待焊接的车顶原材料板、通过在支撑座的安装孔上安装夹具来固定车顶原材料板，实现了车顶原材料板的精准固定。通过在第二尼龙支撑板2上设有用于搅拌摩擦焊焊头的下轴肩焊接时通过的凹槽2.1，实现车顶原材料板之间的两个曲面板的一次焊接成型。通过该组装装置和搅拌摩擦焊制造的动车组车头车顶，变形量远远小于熔化焊焊接，加工精度高，成品的美观程度也大幅提高。

支撑座包括底架、条形基板、支撑板组件、连接板9。还可包括基准块4、定位尼龙块10和固定组件。

基准块4安装在底架下表面，基准块4数量为多个，所有基准块4下表面位于同一平面上。条形基板安装在底架上，支撑板组件安装在条形基板上，固定组件安装在支撑板组件上，条形基板和固定组件上均设有用于安装夹具的定位孔。连接板9安装在支撑组件上，第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2均通过连接板9安装在支撑座上。基准块4设置在底架的下侧表面，作用是确保底架对应搅拌摩擦焊的z向基准，所有基准块4的下表面位于同一平面上，实现动车组车头车顶的组装装置放置在焊接操作平台上的平稳，保证焊接制作车顶的精度。定位尼龙块10安装在支撑组件上端面上，对应车顶原材料板的定位中心基准设置，定位尼龙块10的上端面匹配车顶原材料板的定位中心基准的基准面，接触并贴合车顶原材料板的定位中心基准，实现具有定位中心基准的车顶原材料板的定位，用于搅拌摩擦焊确定y基准，提高搅拌摩擦焊焊接和制造的精度。

底架为动车组车头车顶的组装装置的底架，本实施方式中底架选用矩形，由方型钢管焊接形成，包括管架一3.1和连接管架一3.1的管架二3.2，管架一3.1和管架二3.2均采用方形管架。管架一3.1为2个，管架二3.2为9个(通常采用8个或9个，但不限定具体个数)，管架一3.1沿图2横向设置(底架长度方向)、管架二3.2纵向设置沿图2竖向设置(底架宽度方向)，9个管架二3.2之间均匀设置、间距相等，管架二3.2的一端焊接一个管架一3.1、另一端焊接另一个管架一3.1，构成矩形，管架一3.1沿矩形底架长度方向设置，管架二3.2沿矩形底架宽度方向设置。其中，管架一3.1包括两个子管架一3.1和一个加强板3.11，两个子管架一3.1通过加强板3.11实现连接焊接构成管架一3.1，由于动车组车头车顶的长度较长，所以对支撑座的长度要求较长，底架的长度通常为6.9m，因此需要两个子管架一3.1拼接得到管架一3.1。底架的下侧表面上设有基准块4，具体为基准块4焊接在管架二3.2的下表面上，作用是确保底架对应搅拌摩擦焊的z向基准，所有基准块4的下表面位于同一平面上，实现动车组车头车顶的组装装置放置在焊接操作平台上的平稳，保证焊接制作车顶的精度。

条形基板的数量大于等于2个，间隔的焊接在底架上表面上，条形基板包括具有定位孔的条形基板和不具有定位孔的条形基板。条形基板在本实施方式中为三条即条形基板一5.1、条形基板二5.2和条形基板三5.3，一一对应的设置在底架上表面的一端、中间、另一端(主视图的上中下)，三个条形基板沿底架宽度方向顺次设置，条形基板一5.1和条形基板三5.3具有定位孔，定位孔用于安装夹具，条形基板二5.2可不具有定位孔。每个条形基板沿底架长度方向设置即沿支撑座长度方向设置，优选的是条形基板长度等于或略小于底架的长度。由于车顶的长度较长，所以每个条形基板可以由多个子板拼接而成，构成同一条形基板的子板可分别焊接在底架上表面上，焊接后构成一个条形基板。条形基板用于支撑支撑板组件，条形基板和底架共同作为支撑板组件的底座，条形基板的定位孔用于安装夹具，夹具夹持固定待焊接的车顶原材料板。

支撑板组件安装在条形基板上，支撑板组件包括多个支撑立板，多个支撑立板沿底架长度方向顺次间隔设置，优选的是等间距设置。支撑立板的长度方向均与底架宽度方向一致。支撑板组件用于安装固定组件、第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2。本实施方式中每个支撑立板都沿底架宽度方向设置，支撑立板垂直于条形基板，支撑板组件的上端面对应车顶形状设置，所有支撑立板的上端面所在的面匹配动车组车头车顶；每个支撑立板的中部高度最高、向两端逐渐降低，支撑立板之间相互平行。本实施方式中支撑立板为9个，支撑板组件包括支撑立板一6.1、支撑立板二6.2、支撑立板三6.3、支撑立板四6.4、支撑立板五6.5、支撑立板六6.6、支撑立板七6.7、支撑立板八6.8和支撑立板九6.9，顺次的设置在条形基板上，每个支撑立板均同时焊接连接三个条形基板，且支撑立板通过加强筋连接条形基板，通过加强筋进行加固，具体为支撑立板和条形基板二5.2通过加强筋一8.1焊接连接，支撑立板和条形基板一5.1通过加强筋二8.2焊接连接，支撑立板和条形基板三5.3通过加强筋二8.2焊接连接，如图2和图3所述，图7中未示意加强筋一8.1和加强筋二8.2。

固定组件，固定组件包括固定板7.1和固定块7.2，固定板7.1连接支撑板组件，固定板7.1横跨支撑立板一6.1～支撑立板七6.7，且同时连接支撑立板一6.1～支撑立板七6.7，固定板7.1一共两条，分设在支撑立板长度方向的两端，固定板7.1位于第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2外侧，固定板7.1更临近支撑座的边缘，第一尼龙支撑板1位于固定板7.1之间。固定板7.1可相对于焊接操作平台倾斜设置。固定块7.2的数量为18个，每个支撑立板上设有两个固定块7.2。固定块7.2位于第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2之间。固定板7.1和固定块7.2通过焊接或螺栓连接支撑板组件，其上均设有定位孔。固定板7.1和固定块7.2的作用都是安装夹具，夹具安装在定位孔上，夹具用于固定车顶原材料板。

连接板9安装在支撑组件上，第一尼龙支撑板1和第二尼龙支撑板2均通过连接板9安装在支撑座上。如图1，连接板9为6条，4条较长的连接板9上设有第二尼龙支撑板2，2条较短的连接板9上设有第一尼龙支撑板1。第一尼龙支撑板1由多个第一子尼龙支撑板组成，第二尼龙支撑板2由多个第二子尼龙支撑板组成，连接板9包括多个子连接块，每个连接板9上子连接块之间可不直接连接，子连接块焊接在支撑立板上，子连接块位于两个相邻的支撑立板之间，则焊接在其两侧的支撑立板，位于边缘的子连接块只焊接在一个支撑立板上。子连接块上通过螺栓连接一个第一子尼龙支撑板或第二子尼龙支撑板。本实施方式中，4条较长的连接板9的子连接块上设有第二子尼龙支撑板，2条较短的连接板9的子连接块上设有第一子尼龙支撑板，每个第一子尼龙支撑板或每个第二子尼龙支撑板设置在1或2块子连接块上，如图5和6位于边缘的子连接块和与其相邻的子连接块共同连接一个第一子尼龙支撑板或第二子尼龙支撑板。

定位尼龙块10通过一固定连接块安装在支撑座上，固定连接块焊接在支撑组件上端面上，具体为固定连接块和定位尼龙块10均为3块且一一对应设置，固定连接块分别焊接在支撑立板一6.1上端面的中间、支撑立板五6.5上端面的中间和支撑立板九6.9上端面的中间，如图2、图3和图4，其余图未示意定位尼龙块10和固定连接块。定位尼龙块10通过螺栓安装在固定连接块的上端面上，定位尼龙块10对应车顶原材料板的定位中心基准设置，定位尼龙块10的上端面匹配车顶原材料板的定位中心基准的基准面，将待焊接的车顶原材料板安装在动车组车头车顶的这个工装上时，定位尼龙块10接触并贴合车顶原材料板的定位中心基准，定位尼龙块10用于搅拌摩擦焊确定y基准，提高搅拌摩擦焊焊接和制造的精度。

动车组车头车顶的组装装置通过底架、条形基板、支撑板组件、固定组件和连接板9的设置，便于夹具的安装和拆卸。通过基准块4和定位尼龙块10的设置保证了制作焊接的精度效果。

第一尼龙支撑板1包括第一尼龙支撑板一和第一尼龙支撑板二；第二尼龙支撑板2包括第二尼龙支撑板2从上至下依次称为第二尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板二、第二尼龙支撑板三和第二尼龙支撑板四；第二尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板二、第二尼龙支撑板三和第二尼龙支撑板四可以是一个顺次连接的整体结构，可以是4个不连接的分体，也就可以部分连接等，本发明不限定。第一尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板二、第二尼龙支撑板三、第二尼龙支撑板四和第一尼龙支撑板二顺次设置，如2图主视图中从上至下依次设置，且均通过连接板9安装在支撑板组件上。车顶原材料板包括车顶原材料板四、车顶原材料板一、车顶原材料板二、车顶原材料板三和车顶原材料板五，所述车顶原材料板二上设有定位中心基准。第一尼龙支撑板一的上端面匹配车顶原材料板四，第二尼龙支撑板一临近第一尼龙支撑板一一侧的上端面匹配车顶原材料板四、临近第二尼龙支撑板二一侧的上端面匹配车顶原材料板一，第二尼龙支撑板二临近第二尼龙支撑板一一侧的上端面匹配车顶原材料板一，第二尼龙支撑板二临近第二尼龙支撑板三一侧的上端面匹配车顶原材料板二，第二尼龙支撑板三临近第二尼龙支撑板二一侧的上端面匹配车顶原材料板二，第二尼龙支撑板三临近第二尼龙支撑板四一侧的上端面匹配车顶原材料板三，第二尼龙支撑板四临近第二尼龙支撑板三一侧的上端面匹配车顶原材料板三，第一尼龙支撑板二的上端面匹配车顶原材料板五。车顶原材料板四、车顶原材料板一、车顶原材料板二、车顶原材料板三和车顶原材料板五依次焊接得到动车组车头车顶。

使用动车组车头车顶的组装装置的动车组车头车顶制作过程如下：

步骤一、将动车组车头车顶的组装装置放置在焊接操作平台上，在条形基板一5.1的定位孔上、条形基板三5.3的定位孔上、固定块7.2的定位孔上安装适合的夹具，该夹具用于夹持位于动车组车头车顶中间的三个车顶原材料板，夹具为丝杆和压板，压板选用可伸缩压板。在条形基板一5.1、条形基板三5.3和所有固定块7.2的定位孔上均安装丝杆且丝杆垂直于焊接操作平台，位于同一侧(图2上半侧)的条形基板一5.1和固定块7.2上的丝杆同时连接固定可伸缩压板，该压板可沿平行于焊接操作平台方向拉伸。在另外一侧(图2下半侧)的条形基板三5.3和固定块7.2上的丝杆同时连接固定可伸缩压板，该压板可沿平行于焊接操作平台方向拉伸。取得位于车顶五个车顶原材料板，按照主视图从上至下依次称为车顶原材料板四、车顶原材料板一、车顶原材料板二、车顶原材料板三和车顶原材料板五，其中车顶原材料板二上具有上段所述的定位中心基准。

步骤二、第二尼龙支撑板一和第二尼龙支撑板二上放置车顶原材料板一，第二尼龙支撑板二和第二尼龙支撑板三放置车顶原材料板二，同时定位中心基准对应定位尼龙块10。车顶原材料板一位于第二尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板二上，车顶原材料板一通过安装在对应主视图上半侧的压板固定，压板从上侧压在车顶原材料板一上、夹具和组装装置共同作用实现车顶原材料板一的夹持固定。车顶原材料板二位于第二尼龙支撑板二、第二尼龙支撑板三上，车顶原材料板二通过安装在对应主视图下半侧的压板固定，压板从上侧压在车顶原材料板二上、夹具和组装装置共同作用实现车顶原材料板二的夹持固定，车顶原材料板一和车顶原材料板二的待通过焊接连接的边均位于第二尼龙支撑板二的凹槽2.1的正上方。通过搅拌摩擦焊焊接车顶原材料板一和车顶原材料板二，焊接具体为搅拌摩擦焊焊头的上轴肩位于车顶原材料板一和车顶原材料板二上方，将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板二的凹槽2.1内，下轴肩沿第二尼龙支撑板二凹槽2.1从凹槽2.1一端运动到另一端，完成车顶原材料板一和车顶原材料板二的一次焊接。

步骤三、调节丝杠和安装在对应主视图上半侧的压板，使得车顶原材料板一和车顶原材料板二这一整体通过安装在对应主视图上半侧的压板固定，压板从上侧压在车顶原材料板一和/或车顶原材料板二上、夹具和组装装置共同作用实现夹持固定；在第二尼龙支撑板三和第二尼龙支撑板四上放置车顶原材料板三，并且通过安装在对应主视图下半侧的压板固定，压板从上侧压在车顶原材料板三上、夹具和组装装置共同作用实现车顶原材料板三的夹持固定；车顶原材料板二和车顶原材料板三的待通过焊接连接的边均位于第二尼龙支撑板三的凹槽2.1的正上方。通过搅拌摩擦焊焊接车顶原材料板三和车顶原材料板二，焊接具体为搅拌摩擦焊焊头的上轴肩位于车顶原材料板二和车顶原材料板三上方，将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板三凹槽2.1内，下轴肩沿第二尼龙支撑板三凹槽2.1从凹槽2.1一端运动到另一端，完成车顶原材料板二和车顶原材料板三的一次焊接，也就是完成了车顶中间部分的焊接。

步骤四、调节丝杠和伸缩安装在对应主视图上半侧的压板，使该压板固定步骤三焊好的车顶中间部分这一整体。取下安装在主视图下侧固定块7.2和条形基板三5.3的丝杆和压板，在第一尼龙支撑板二上放置车顶原材料板五，并在条形基板三5.3同侧的固定板7.1上安装丝杆和压板，压板从上侧压在车顶原材料板五上，压板和组装装置共同固定车顶原材料板五，车顶原材料板五位于第一尼龙支撑板二和第二尼龙支撑板四上，车顶原材料板五和车顶原材料板三待通过焊接连接的边均位于第二尼龙支撑板四凹槽2.1的正上方。将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板四的凹槽2.1内，下轴肩沿第二尼龙支撑板四的凹槽2.1从凹槽2.1一端运动到另一端，完成车顶原材料板三和车顶原材料板五的一次焊接连接。

步骤五、取下主视图上侧对应的条形基板一5.1和固定块7.2上的丝杆压板，取下主视图下侧固定板7.1上的丝杆和压板，在主视图下侧的定位块和条形基板三5.3上安装丝杆和压板，压板压在步骤四所得到的半成品上。在第一尼龙支撑板一上放置车顶原材料板四，并在条形基板一5.1同侧的固定板7.1上安装丝杆和压板，压板从上侧压在车顶原材料板四上，压板和组装装置共同固定车顶原材料板四，车顶原材料板四位于主视图上侧第一尼龙支撑板一和第二尼龙支撑板一上，车顶原材料板四和车顶原材料板一待通过焊接连接的边均位于第二尼龙支撑板一凹槽2.1的正上方。将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板一的凹槽2.1内，上轴肩位于待焊接处，下轴肩沿第二尼龙支撑板一凹槽2.1从凹槽2.1一端运动到另一端，完成车顶原材料板一和车顶原材料板四的一次焊接连接。动车组车头车顶焊接完成，可取下所有丝杆和压板对动车组车头车顶的固定。

在实际应用中，动车组车头的组装装置各个组成部件的间距、个数、尺寸等均根据待制造的动车组车头设计，动车组车头的组装装置可根据车顶原材料板制造组装装置，也可根据动车组车头的组装装置制造车顶原材料板，在此均不作具体限定和穷举。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，制作方法包括如下步骤：

S1、通过三维拉伸机对铝合金材料拉伸，得到待焊接的铝合金曲面板；

S2、将待通过焊接连接的铝合金曲面板通过夹具固定在金属结构件的工装上；所述工装包括支撑座和安装在支撑座上的第二尼龙支撑板(2)，所述第二尼龙支撑板(2)通过其上端面支撑待通过焊接连接的铝合金曲面板，且第二尼龙支撑板(2)上端面匹配其支撑的铝合金曲面板，第二尼龙支撑板(2)上端面上设有凹槽(2.1)，待通过焊接连接的铝合金曲面板的待焊接处位于凹槽(2.1)正上方，第二尼龙支撑板(2)的长度大于等于待焊接处的长度，所述凹槽(2.1)贯穿第二尼龙支撑板(2)和/或凹槽(2.1)的长度大于凹槽(2.1)正上方铝合金曲面板的长度，搅拌摩擦焊焊头的下轴肩能够在凹槽(2.1)中沿凹槽(2.1)移动；

S3、将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于凹槽(2.1)中且对应待焊接处的一端，搅拌摩擦焊焊头的上轴肩位于待焊接处上方，启动搅拌摩擦焊开始焊接，下轴肩从沿凹槽(2.1)移动，直至该凹槽(2.1)上的待焊接处焊接完成。

2.如权利要求1所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，所述支撑座的下表面设有多个基准块(4)，所有所述基准块(4)的下表面共面。

3.如权利要求1所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，所述支撑座上设有用于安装夹具的安装孔。

4.如权利要求2所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，用于制作轨道车辆和汽车。

5.如权利要求4所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，用于制作动车组车头车顶或动车组车头侧墙。

6.如权利要求5所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，用于动车组车头车顶的制作，所述铝合金曲面板作为车顶原材料板，所述工装还包括安装在支撑座上的第一尼龙支撑板(1)，所述第一尼龙支撑板(1)安装在支撑座上，第一尼龙支撑板(1)支撑车顶原材料板，且第一尼龙支撑板(1)上端面匹配其支撑的车顶原材料板。

7.如权利要求6所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，所述支撑座包括底架、条形基板、支撑板组件和连接板(9)；所述底架用于放置在焊接操作平台上，所述基准块(4)安装在底架的下表面，条形基板安装在底架上，支撑板组件安装在条形基板上，连接板(9)安装在支撑板组件上，第一尼龙支撑板(1)和第二尼龙支撑板(2)安装在连接板(9)上。

8.如权利要求7所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，所述底架包括管架一(3.1)和连接管架一(3.1)的管架二(3.2)；条形基板设置在管架二(3.2)上或设置在管架一(3.1)和管架二(3.2)上，条形基板上设有用于安装夹具的安装孔；所述支撑板组件包括多个支撑立板，多个所述支撑立板沿底架长度方向顺次设置，支撑立板通过加强筋连接条形基板；所述连接板(9)设置在支撑立板上；所述支撑座还包括固定板(7.1)和固定块(7.2)，所述固定板(7.1)和固定块(7.2)均连接支撑立板，固定板(7.1)和固定块(7.2)上设有用于安装夹具的安装孔。

9.如权利要求8所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，所述车顶原材料板包括车顶原材料板四、车顶原材料板一、车顶原材料板二、车顶原材料板三和车顶原材料板五，所述车顶原材料板二上设有定位中心基准；所述S2中的支撑立板上设有定位尼龙块(10)，所述定位尼龙块(10)对应车顶原材料板二的定位中心基准设置，所述第一尼龙支撑板(1)包括第一尼龙支撑板一和第一尼龙支撑板二，所述第二尼龙支撑板(2)包括第二尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板二、第二尼龙支撑板三和第二尼龙支撑板四，所述第一尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板一、第二尼龙支撑板二、第二尼龙支撑板三、第二尼龙支撑板四和第一尼龙支撑板二顺次设置，第一尼龙支撑板一用于支撑车顶原材料板四，第二尼龙支撑板一用于支撑车顶原材料板四和车顶原材料板一，第二尼龙支撑板二用于支撑车顶原材料板一和车顶原材料板二，第二尼龙支撑板三用于支撑车顶原材料板二和车顶原材料板三，第二尼龙支撑板四用于支撑车顶原材料板三和车顶原材料板五，第一尼龙支撑板二用于支撑车顶原材料板五。

10.如权利要求9所述的基于搅拌摩擦焊的金属结构件的制作方法，其特征在于，具体制作过程如下：

焊接车顶原材料板一和车顶原材料板二：将车顶原材料板一放置在第二尼龙支撑板一和第二尼龙支撑板二上、车顶原材料板二放置在第二尼龙支撑板二和第二尼龙支撑板三上，车顶原材料板一和车顶原材料板二的待焊接处位于第二尼龙支撑板二正上方，通过夹具定位车顶原材料板一和车顶原材料板二，将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板二的凹槽(2.1)内且通过下轴肩沿第二尼龙支撑板二的凹槽(2.1)移动进行焊接；

焊接车顶原材料板二和车顶原材料板三：将车顶原材料板三放置在第二尼龙支撑板三和第二尼龙支撑板四上，车顶原材料板二和车顶原材料板三的待焊接处位于第二尼龙支撑板三正上方，通过夹具定位车顶原材料板三，在定位孔中安装夹具定位车顶原材料板二和车顶原材料板三，将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板三的凹槽(2.1)内且通过下轴肩沿第二尼龙支撑板三的凹槽(2.1)移动进行焊接；

焊接车顶原材料板三和车顶原材料板五、焊接车顶原材料板四和车顶原材料板一：将车顶原材料板五放置在第二尼龙支撑板四和第一尼龙支撑板二上，车顶原材料板三和车顶原材料板五的待焊接处位于第二尼龙支撑板四正上方，通过夹具定位车顶原材料板五，将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板四的凹槽(2.1)内且通过下轴肩沿第二尼龙支撑板四的凹槽(2.1)移动进行焊接；将车顶原材料板四放置在第二尼龙支撑板一和第一尼龙支撑板一上，车顶原材料板四和车顶原材料板一的待焊接处位于第二尼龙支撑板一正上方，通过夹具定位车顶原材料板四，并确定夹具定位车顶原材料板一，将搅拌摩擦焊焊头的下轴肩置于第二尼龙支撑板一的凹槽(2.1)内且通过下轴肩沿第二尼龙支撑板一的凹槽(2.1)移动进行焊接，动车组车头车顶焊接完成。

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