CN114535778B - 一种侧墙板摩擦焊接方法及装夹工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种侧墙板摩擦焊接方法及装夹工装。所述侧墙板摩擦焊接方法包括依据侧墙板拼装位置，在其上划分n条焊缝，并对n条焊缝进行排序；排序方法为：1～n为自然数，按先横向自左向右排列、再按竖向自上向下排列；先进行侧墙板的反面焊接，再进行侧墙板的正面焊接；进行反面焊接时，按竖向排列自上向下焊接同一横排的焊缝后，再焊下一横排焊缝；在最后两横排的焊缝采用先下再上的顺序焊接；进行正面焊接时，按竖向排列跳位再折回的方式焊接；在最后两横排的焊缝采用先下再上的顺序焊接。本发明大幅提高侧墙板焊接质量，减少焊接变形。

Description

一种侧墙板摩擦焊接方法及装夹工装

技术领域

本发明涉及摩擦焊技术领域，尤其涉及一种侧墙板摩擦焊接方法，适用于铝 合金城轨车辆车体侧墙板的焊接与装夹。

背景技术

在轨道交通行业，搅拌摩擦焊(以下简称FSW)痕接接头缺陷率、制造成本、 变形控制、工人机能水平及环境温湿度要求等存在较大优势，使FSW应用在轨道 交通领域中已成为主流趋势。

城轨车体侧墙板一般为长直型焊缝，断面结构也非常适用于采用摩擦焊焊接， 是摩擦焊技术目前应用最广的车体部件。

侧墙板结构种类多样，不仅宽窄不一，中部大侧墙上还设有窗口，导致焊接 工装难以具备通用性，若采用单台位作业，工装需要频繁切换。另外，焊接方法 对于焊接变形量同样有着决定性作用。

现有专利公告号CN108857045B公示的侧墙搅拌摩擦焊控制变形工艺，其采用 的是正面焊、反面焊再正面焊，焊接过程中，需要对工件反复翻边，要么投入专 用翻边工装，要么占用吊运设备过多时间。另外，其无论进行正面焊还是反面焊 时，焊接顺序均由侧墙Ⅱ侧向Ⅰ侧方向依次焊接，这种方式增加侧墙的焊接变形量，影响产品轮廓成品率。

因此，提高侧墙板摩擦焊质量，不仅要考虑装夹工装的通用性、有效性，还 要着重考虑焊接方法的适用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种侧墙板摩擦焊接方法及装夹工装，提高侧墙板摩 擦焊质量。

本发明的技术方案是：一种侧墙板摩擦焊接方法包括：

依据侧墙板拼装位置，在其上划分n条焊缝，并对n条焊缝进行排序；

排序方法为：1～n为自然数，按先横向自左向右排列、再按竖向自上向下排 列；

先进行侧墙板的反面焊接，再进行侧墙板的正面焊接；

进行反面焊接时，按竖向排列自上向下焊接同一横排的焊缝后，再焊下一横 排焊缝；在最后两横排的焊缝采用先下再上的顺序焊接；

进行正面焊接时，按竖向排列跳位再折回的方式焊接；在最后两横排的焊缝 采用先下再上的顺序焊接。

上述方案中，从焊缝排序及焊缝焊接顺序入手优化侧墙板焊接工艺方法，采 用焊缝错开式焊接，且正面焊与反面焊错开顺序不同，能大幅提高侧墙板焊接质 量，减少焊接变形。

正面焊接为第二面焊接，是在反面焊接完成后进行的，为了进一步有效减少 变形量，所述跳位为隔一排跳位的方式。

优选的，在进行反面焊接时，最上面的一横排的焊缝的焊接压力为A，第二 横排的焊缝的焊接压力为B，其余横排的焊接压力为C，A＝B＞C；

在进行正面焊接时，最上面的一横排的焊缝的焊接压力为A＇，第二横排的 焊缝的焊接压力为B＇，其余横排的焊缝的焊接压力为C＇，A＞A＇＞B＇，B＇＝ C＇＝C。

焊接时，焊接压力对焊缝及变形量影响较大，对各焊缝设计合适的焊接压力， 对提高焊接质量有进一步的促进作用。

优选的，在进行正面焊接时，在最后两横排的焊缝处采用支撑垫高的方式反 变形。焊接预制反变形是常见的控制焊接变形的工艺方法，通过大量工艺试错得 到正面焊接工装最优的反变形设置参数，达到一次焊接即可满足轮廓度要求的目 的。

本发明还提供一种侧墙板摩擦焊装夹工装，用于装夹侧墙板，以实现上述侧 墙板摩擦焊接方法，其包括多个升降压紧组件；

多个所述升降压紧组件分别竖向设于所述侧墙板的旁侧，所述升降压紧组件 的顶部铰接有第一压臂，所述第一压臂沿其铰接点正反旋转以形成第一位置和第 二位置，在所述第一位置时，所述第一压臂压紧所述侧墙板，在所述第二位置时， 所述第一压臂远离侧墙板。

上述方案中，通过上下+旋转的方式，在不使用时，有效避让侧墙板；在使用 时，能快速装夹，且有效装夹。

优选的，所述升降压紧组件包括升降单元及压紧单元，所述升降单元设于所 述侧墙板的旁侧，所述压紧单元与所述升降单元相连，所述升降单元用于驱动所 述压紧单元升降，所述第一压臂铰接设于所述压紧单元上。

优选的，所述压紧单元包括安装体、及收容于所述安装体内的驱动源，所述 驱动源的一端与所述第一压臂共同铰接于所述安装体的一端，所述驱动源的另一 端与所述安装体的另一端铰接；所述安装体的外壁上设有支撑块，在所述第一位 置时，所述第一压臂与所述支撑块上下相对设置并形成压紧腔。

优选的，所述侧墙板摩擦焊装夹工装还包括多个滑动压紧组件，所述滑动压 紧组件通过向所述侧墙板方向水平位移的方式，并通过在所述滑动压紧组件上设 置的第一压臂压紧所述侧墙板。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、优化焊接方法，避免侧墙板焊装时反复翻边，造成工件的损坏，且减少 翻边工装的投入，吊运设备占用及人力投入；

二、优化侧墙板上焊缝的焊接顺序，有效控制焊后变形量在最小范围，有效 控制焊接变形，提高焊接质量；

三、采用可升降动作的升降压紧组件，将其设置在侧墙板的窗口处，一方面， 通过升降所述压紧单元以适应不同高度尺寸的侧墙板的装夹，且能在窗口附近充 足装夹，利于保证焊后产品轮廓度；另一方面，通过升降所述压紧单元，以有效 避开无窗口的侧墙板的位置，避免干涉，提高通用性；还能通过灵活升降避免侧墙板吊装过程的碰撞风险；

四、大量工艺试验得出，优化后的焊接工艺方法最大程度减少焊接工序对侧 墙板变形的影响，结合稳定的工装装夹状态，保证焊后产品轮廓度控制在3mm以 内，真正实现焊后免矫形。

附图说明

图1为侧墙板反面焊缝的布局示意图；

图2为侧墙板正面面焊缝的布局示意图；

图3为反变形设置示意图；

图4为本发明提供的侧墙板摩擦焊装夹工装使用时的示意图；

图5为图3中的升降压紧组件的结构示意图；

图6为图4中的压紧单元的剖视示意图；

图7为升降压紧组件松开避让时的示意图；

图8为升降压紧组件夹紧状态时的示意图；

图9为滑动压紧组件的结构示意图。

附图中：1、侧墙板；11、C型件；12、窗口；2、滑动压紧组件；21、连接板；22、滑块；23、导轨；24、第二压臂；3、升降压紧组件；31、升降单元；312、螺杆；311、电机；32、连接座；33、压紧单元；331、安装体；332、驱动源；333、第一压臂；334、支撑块；335、压紧腔；4、支撑；5、垫高台；6、工装平台。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突 的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下 文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、 左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

本实施例提供的一种侧墙板摩擦焊接方法包括：

步骤S1，依据侧墙板拼装位置，在其上划分n条焊缝，并对n条焊缝进行排 序。如图1、图2所示，侧墙板1实现的是双面焊，正面、反面焊缝位置一致。 在本实施例中，n＝8。

步骤S2，排序方法为：1～n为自然数，按先横向自左向右排列、再按竖向自 上向下排列。即排序后形成如图1、图2所示的编号焊缝1～焊缝8。

步骤S3，先进行侧墙板的反面焊接，再进行侧墙板的正面焊接。常规城轨车 体大侧墙板截面如图3所示，侧墙板1的反面焊接有C型件11，现场为方便焊后 检测及生产周转，相焊接反面随后翻边进行正面焊接，这样可以在正面焊接完成后将侧墙板1吊装至检测台位，更便于进行产品轮廓度检测，不在需要额外增加 一道翻边工序。

步骤S4，先将侧墙板1反面朝上装夹：如图4所示，将侧墙板1定位在侧墙 板摩擦焊装夹工装上。所述侧墙板1的周边通过滑动压紧组件2压紧，窗口12 通过升降压紧组件3压紧。另外，也可以全部采用升降压紧组件3装夹侧墙板1。 如图3所示，侧墙板1各焊缝位置的底部设置有垫高台5，所述垫高台5置于工 装平台6上，所述滑动压紧组件2和升降压紧组件3可设置在所述工装平台6上。

如图5所示，所述升降压紧组件3包括升降单元31、连接座32和压紧单元 33。所述升降单元31包括电机311和与所述电机311驱动连接的螺杆312。所述 连接座32与所述螺杆312螺纹连接。所连接座32的两端分别固定一个所述压紧 单元33。通过所述电机311驱动所述螺杆312及其上的连接座32和压紧单元33 上下运动。升降单元31设计为螺杆312的结构形式，能够实现微量升降调节，且 避免全刚性装夹对工件焊接时产生更大的变形量。

如图6所示，所述压紧单元33包括安装体331、驱动源332、第一压臂333、 支撑块334和压紧腔335。

所述安装体331为封闭的盒状结构，上下各设一个小孔。所述驱动源332为 油缸，收容于所述安装体331内。所述驱动源332的一端与所述第一压臂333共 同铰接于所述安装体331位于上端的小孔内。所述驱动源332的另一端与所述安 装体331位于下端的小孔铰接。所述安装体331的外壁上设有支撑块334。所述 驱动源332伸缩(油缸升压或泄压)，以驱动所述第一压臂333沿铰接点正反旋 转以形成第一位置和第二位置。在所述第一位置时，所述第一压臂333与所述支 撑块334上下相对设置并形成压紧腔335，即所述第一压臂333压紧所述侧墙板， 所述支撑块334在侧墙板底部形成支撑，侧墙板置于所述压紧腔335中。在所述 第二位置时，所述第一压臂333远离侧墙板。

当侧墙板无窗口位置时，将升降压紧组件3下降，避开侧墙板(如图7所示)。 当需要装夹窗口12位置时，则将升降压紧组件3上升，旋转第一压臂333(如图 8所示)。

如图4所示，侧墙板1的周边用滑动压紧组件2装夹。如图9所示，所述滑 动压紧组件2包括连接板21、滑块22、导轨23和第二压臂24。所述第二压臂24 设于所述连接板21上端，并在其末端通过螺纹连接的螺杆产生向下的压紧力。所述连接板21的底部设有滑块22，所述导轨23安装在工装平台6上，所述滑块22 与所述导轨23滑动连接，以使所述滑动压紧组件2向侧墙板方向靠拢或远离。优 化后的滑动压紧组件2能在滑轨行程范围内灵活移动，使第二压臂24位置调整不 在需要专门寻位并通过螺栓拧紧固定，更加方便快捷。

步骤S6，开始焊接。焊接前，调整焊接工艺参数：搅拌头转速1800Rpm，焊 速1600mm/min。

进行反面焊接时，按竖向排列自上向下焊接同一横排的焊缝后，再焊下一横 排焊缝；在最后两横排的焊缝采用先下再上的顺序焊接。具体为：

通过大量的试验比对，由于墙板结构为正反两面均需焊接，采用不同的焊接 顺序会对侧墙板1焊后变形量产生较大影响。但是反面焊接对工件整体焊接完成 后的变形影响远不如正面，反面焊接时，保证装夹稳定性，控制各型材组件之间 的间隙，采用1-2-3-4-5-6-8-7的焊接顺序即可。

搅拌摩擦焊是固态焊接方法，焊接压力对焊缝及变形影响也较大，具体改进 方法如下：

在进行反面焊接时，如图1所示，最上面的一横排的焊缝(焊缝1、焊缝2) 的焊接压力为A，第二横排的焊缝(焊缝3、焊缝4)的焊接压力为B，其余横排 焊缝(焊缝5、焊缝6、焊缝7、焊缝8)的焊接压力为C，A＝B＞C。

步骤S7，进行正面焊接时，按竖向排列跳位再折回的方式焊接；在最后两横 排的焊缝采用先下再上的顺序焊接。所述跳位为隔一排跳位的方式。具体为：

为研究焊接顺序对侧墙板工件焊接变形量的影响，开展大量具体生产实测， 从实测数据可看出焊接顺序对焊后变形影响极大，在此基础摸索出最优焊接顺序 为1-2-5-6-3-4-8-7，通过采用不同的焊接顺序，焊后产品变形量存在较大差异， 只有采用最优焊接顺序后，焊后变形量可以稳定在6mm以内。

此外，考虑焊接压力对焊缝及变形影响较大，在进行正面焊接时，如图2所 示，最上面的一横排的焊缝(焊缝1、焊缝2)的焊接压力为A＇，第二横排(焊 缝3、焊缝4)的焊缝的焊接压力为B＇，其余横排(焊缝5、焊缝6、焊缝7、焊 缝8)的焊接压力为C＇，A＞A＇＞B＇，B＇＝C＇＝C。

在本实施例中，A＝B＝14KN，B＇＝C＇＝C＝12KN，A＇＝13KN。

步骤S8，在进行正面焊接时，还需考虑焊接预制反变形对变形量控制的影响。 侧墙板通常为双面焊缝，在反面焊缝焊接完成后，工装可以根据变形状态设置一 定反变形以消除正面面焊接对侧墙板变形的影响。如图3所示，多次试验结果反映在焊缝7和焊缝8处增设支撑4，使焊缝7和焊缝8比在反面焊时再垫高2mm 的反变形，对焊后产品变形量优化存在较大帮助。采用该方式焊接反变形时，焊 后变形量控制在2mm以内，达到有效控制变形的目的。支撑4放置在工装平台6 上的垫高台5上。

对比例

为研究焊接顺序对侧墙板焊接变形量的影响，开展了大量具体生产实测，实 测数据如下表1所示，从实测数据可看出焊接顺序对焊后变形影响极大，在此基 础摸索出最优焊接顺序。

表1：焊接顺序实测统计表

经过大量工艺试错，研究侧墙板变形量，得到正面焊接时最优的反变形设置 参数，如下表2所示，达到一次焊接即可达到轮廓度要求的目的。

表2：各焊缝反变形试验数据统计表

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用 本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种侧墙板摩擦焊接方法，其特征在于，包括：

依据侧墙板拼装位置，在其上划分n条焊缝，并对n条焊缝进行排序；

排序方法为：1~n为自然数，按先横向自左向右排列、再按竖向自上向下排列；

先进行侧墙板的反面焊接，再进行侧墙板的正面焊接；

进行反面焊接时，按竖向排列自上向下焊接同一横排的焊缝后，再焊下一横排焊缝；在最后两横排的焊缝采用先下再上的顺序焊接；

进行正面焊接时，按竖向排列以跳位一次再折回一次的方式焊接；在最后两横排的焊缝采用先下再上的顺序焊接；所述跳位为隔一排跳位的方式。

2.根据权利要求1所述的侧墙板摩擦焊接方法，其特征在于，在进行反面焊接时，最上面的一横排的焊缝的焊接压力为A，第二横排的焊缝的焊接压力为B，其余横排的焊接压力为C，A=B＞C；

在进行正面焊接时，最上面的一横排的焊缝的焊接压力为A＇，第二横排的焊缝的焊接压力为B＇，其余横排的焊缝的焊接压力为C＇，A＞ A＇＞B＇，B＇= C＇=C。

3.根据权利要求1所述的侧墙板摩擦焊接方法，其特征在于，在进行正面焊接时，在最后两横排的焊缝处采用支撑垫高的方式反变形。

4.一种侧墙板摩擦焊装夹工装，用于在对侧墙板进行如权利要求1~3任一项所述的侧墙板摩擦焊接方法时，装夹所述侧墙板，其特征在于，其包括多个升降压紧组件；

多个所述升降压紧组件分别竖向设于所述侧墙板的旁侧，所述升降压紧组件的顶部铰接有第一压臂，所述第一压臂沿其铰接点正反旋转以形成第一位置和第二位置，在所述第一位置时，所述第一压臂压紧所述侧墙板，在所述第二位置时，所述第一压臂远离侧墙板。

5.根据权利要求4所述的侧墙板摩擦焊装夹工装，其特征在于，所述升降压紧组件包括升降单元及压紧单元，所述升降单元设于所述侧墙板的旁侧，所述压紧单元与所述升降单元相连，所述升降单元用于驱动所述压紧单元升降，所述第一压臂铰接设于所述压紧单元上。

6.根据权利要求5所述的侧墙板摩擦焊装夹工装，其特征在于，所述压紧单元包括安装体、及收容于所述安装体内的驱动源，所述驱动源的一端与所述第一压臂共同铰接于所述安装体的一端，所述驱动源的另一端与所述安装体的另一端铰接；所述安装体的外壁上设有支撑块，在所述第一位置时，所述第一压臂与所述支撑块上下相对设置并形成压紧腔。

7.根据权利要求4所述的侧墙板摩擦焊装夹工装，其特征在于，还包括多个滑动压紧组件，所述滑动压紧组件通过向所述侧墙板方向水平位移的方式，并通过在所述滑动压紧组件上设置的第一压臂压紧所述侧墙板。