CN115846824A - 轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的mig焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，包括：制备平顶板组焊件：将第一平顶型材和两侧的第二平顶型材放置在工装的平顶正面支撑面上组装并进行焊缝的焊接；平顶板组焊件与边梁型材组对：将平顶板组焊件与边梁型材倒置在工装的圆顶反面支撑面上，并在Z轴向上向下施加压力，使其与工装贴合；背部弯梁焊接：将背部弯梁逐个焊接在组对后的平顶板组焊件和边梁型材上；平顶板组焊件与边梁型材焊接：将上述制得的平顶板组焊件倒置并固定于工装的圆顶正面支撑面上，并对平顶板组焊件与边梁型材的焊缝焊接；整体机加工；组装焊接一位端端板和二位端端板；调修、打磨、探伤。本发明极大减少焊接变形，减少人工调修成本和生产效率。

Description

轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法

技术领域

本发明属于轨道车辆技术领域，涉及一种轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶使用MIG(熔化极惰性气体保护焊)焊接的方法。

背景技术

圆顶作为轨道交通车辆中重要组成部件，目前国内地铁及动车主要采用的为双层结构型材配合搅拌摩擦焊的焊接方式进行生产制造。伴随着目前国内市场的高速发展，对轨道交通车辆轻量化及环保等方面的要求也越来越高，国内新兴结构设计的车辆逐渐将双层结构型材更改为单层结构型材，但不管双层结构还是单层结构两者的焊接方法一致，都是选择用搅拌摩擦焊的方式将型材组装完成后直接进行一次性焊接。

随着海外市场的不断发展，越来越多的海外产品涌入国内，对于海外设计的一种圆顶产品，其结构为单层型材，并要求使用MIG焊接方式进行制造。关于MIG焊和搅拌摩擦焊，前者热输入量大导致焊接变形量难以控制，对于生产制造增加了作业难度；且由于圆顶和平顶的型材挤压时减少费用共用一套模具，增加了后期圆顶组成由平板转换成弧形的难度。

针对此种结构及要求圆顶产品，需要制定一套完备的工艺方法用于生产。

现有的常规工艺流程为1)平顶板焊接、2)平顶板焊接件与边梁组对、3)平顶板焊接件与边梁焊接、4)背部弯梁焊接、5)整体机加工、6)配件组装焊接、7)调修、打磨、探伤。

按照现有的常规生产顺序，先焊接平顶板再与边梁组焊，最后焊接弯梁导致产品轮廓度无法保障，耗费大量人力进行调修，且外形弧度整体性较差，局部无弯梁支撑处仍会出现变形且难以调修情况存在，造成机加工不满足加工要求，产品整体质量较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，采取有效的装配顺序，也适用于单层薄壁铝型材平顶的MIG焊接，通过对焊接过程中设置合理的焊接顺序，合理的焊接参数，合理的工艺流程来解决试制过程中遇到的困难并提高生产效率，保障产品质量。

本发明的技术方案如下：

轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，所述方法包括：

1)制备平顶板组焊件：将第一平顶型材和其两侧的第二平顶型材放置在工装的平顶正面支撑面上组装并进行焊缝的焊接；

2)平顶板组焊件与边梁型材组对：将所述平顶板组焊件与边梁型材倒置在工装的圆顶反面支撑面上，并在Z轴向上向下施加压力，使平顶板组焊件与边梁型材由平板弯曲成弧板并与工装贴合；

3)背部弯梁焊接：将背部弯梁逐个焊接在步骤2)组对后的平顶板组焊件和边梁型材上；

4)平顶板组焊件与边梁型材焊接：将步骤3)制得的包括背部弯梁、边梁型材的平顶板组焊件倒置并固定于工装的圆顶正面支撑面上，并对平顶板组焊件与边梁型材的焊缝焊接；

5)整体机加工；

6)组装焊接一位端端板和二位端端板；

7)调修、打磨、探伤。

进一步的，所述工装包括底座、龙门压紧机构、一位侧翻转机构、二位侧翻转机构和翻转装置，底座上垂直设有两个龙门压紧机构且龙门压紧机构沿底座长度方向前后移动，底座的两侧分别设有对应的一位侧翻转机构和二位侧翻转机构，每对所述一位侧翻转机构和二位侧翻转机构共同夹持并旋转一个翻转装置，翻转装置包括旋转轴以及旋转轴上分布的平顶正面支撑面、平顶反面支撑面、圆顶正面支撑面和圆顶反面支撑面。

进一步的，所述工装设有多对所述一位侧翻转机构和二位侧翻转机构；对应的，所述工装设有多个所述翻转装置。

进一步的，所述步骤1)：在型材组对过程中，将一端的第一平顶型材和第二平顶型材对齐处理，后续组装以此端面为X方向基准点；

将所述第一平顶型材和第二平顶型材这个整体的宽度方向两端固定防止焊后变形；在所述第一平顶型材和第二平顶型材的焊接处的背部设置垫块；

间断焊接：焊接长度为2300～2400mm且交错焊接；

使用轨道式龙门自动焊机替代人工焊接。

进一步的，所述步骤2)：平顶板组焊件与边梁型材由平板弯曲成弧板并与工装贴合面间隙≤0.5mm。

进一步的，所述步骤3)：将背部弯梁放置在步骤2)组对后的平顶板组焊件和边梁型材上，并从中心向两侧逐个焊接直到将所有背部弯梁焊接完成。

进一步的，所述步骤4)的焊缝焊接为间断焊接：焊接长度为2300～2400mm且交错焊接。

本发明的有益效果是：

本发明的生产工艺流程为1)平顶板焊接、2)平顶板焊接件与边梁组对、3)背部弯梁焊接、4)平顶板焊接件与边梁焊接、5)整体机加工、6)配件组装焊接、7)调修、打磨、探伤。

本发明通过调整焊接顺序及流程，改进产品焊后变形量，保障圆顶产品最终轮廓度要求。本发明将产品的生产流程进行细化，形成生产方法。

按照本发明方法操作，极大减少焊接变形，减少人工调修成本和生产效率；同时本发明方法也适用于同类型单层薄壁铝型材平顶的MIG焊接，对于其他产品工艺生产也具体借鉴意义。

附图说明

图1为圆顶正面示意图；

图2为圆顶反面示意图；

图3为步骤1)平顶板组焊件在宽度方向的端面剖视图；

图4为步骤1)平顶板组焊件的焊接顺序图；

图5为步骤1)平顶板组焊件示意图；

图6为步骤2)平顶板组焊件与边梁组对示意图；

图7为步骤3)背部弯梁焊接示意图；

图8为步骤4)平顶板组焊件与边梁组对焊接示意图；

图9为本焊接工装的整体结构图；

图10为底座示意图；

图11为龙门压紧机构示意图；

图12为一位侧翻转机构示意图；

图13为二位侧翻转机构示意图；

图14为翻转装置示意图；

图15为底座的纵梁放大图；

图16为龙门压紧机构的气缸、压块放大图；

图17为一位侧翻转机构放大图；

图18为二位侧翻转机构放大图；

图19为翻转装置中A面、C面上的气缸压紧块示意图；

图20为图19的气缸压紧块放大图；

图中标记为：

E、第一平板型材，F、第二平板型材，G、边梁型材，I、背部弯梁，J、一位端端板，K、二位端端板；

1、底座，2、龙门压紧机构，3、一位侧翻转机构，4、二位侧翻转机构，5、翻转装置；21、气缸，22、压块；41、限位螺栓；51、气缸压紧块；A、平顶正面支撑面，B、平顶反面支撑面，C、圆顶正面支撑面，D、圆顶反面支撑面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1和图2所示，本实施例需要焊接完成圆顶为单层薄壁铝型材圆顶，其包括第一平顶型材E、第二平顶型材F、边梁型材G、背部弯梁I、一位端端板J、二位端端板K和其余配件。

为便于描述，圆顶的长度方向为X轴向，关于产品宽度方向为Y轴向，关于产品的高度方向为Z方向。本圆顶产品的尺寸规格为(7000mm*2800mm*450mm)。

实施例1

本实施例的圆顶需要使用到如下的单层薄壁铝型材车顶组焊工装，如图9所示，该轨道车辆单层薄壁铝型材车顶组焊工装是一种适用于平顶和圆顶焊接用工装，包括底座1、龙门压紧机构2、一位侧翻转机构3、二位侧翻转机构4和翻转装置5，底座1的两端垂直设有两个龙门压紧机构2，底座1一侧设有多个一位侧翻转机构3，底座1的另一侧对应设置多个二位侧翻转机构4，每对一位侧翻转机构3和二位侧翻转机构4共同固定并旋转一个翻转装置5。

其中，如图10和图15所示，底座1包括两根平行设置的纵梁，纵梁的主体结构由方管和板材通过焊接而成，方管的上下表面通过机加工的方式获取平面度及平行度，安装时通过下部膨胀螺栓与地面固定，再配合水平仪和调整螺栓高度将两侧的纵梁调整至同一水平高度，其作用为整体工装提供水平支撑；板材设置在方管的侧面，板材为龙门压紧机构2提供移动轨道。

如图11和图16所示，龙门压紧机构2包括两侧支撑柱、横梁、以及设置在横梁上的气缸21和压块22，其中，两侧支撑柱的底部安装在底座1侧面的板材上，且可进行前后方向移动；横梁横跨设置在两侧支撑柱上，且横梁的上部预制3组气缸21，气缸21下方连接压块22，接通气源后，通过气缸21向下运动，使气缸21下部的压块22压紧部件。

如图12和图17所示，一位侧翻转机构3包括手动旋转转轮、立柱、固定座，立柱的底部固定在底座的一根纵梁上，立柱的顶部设有固定座，固定座侧面设有贯穿的限位孔，限位孔内用于插入翻转装置5的旋转轴的一端，通过手动旋转转轮的旋转带动翻转装置5旋转轴进行转动。一位侧翻转机构3中的旋转驱动部分为蜗杆减速机(NRV090)，属于常规通用件。

一位侧翻转机构3的下部使用螺栓紧固于底座1的一根纵梁上(具体的是，紧固在纵梁的方管上)，通过手动旋转转轮将翻转装置5的一端进行旋转，从而将整个翻转装置5进行360°旋转，从而达到切换翻转装置5中的平顶正面支撑面A、平顶反面支撑面B、圆顶正面支撑面C、圆顶反面支撑面D四个不同面的效果。

如图13和图18所示，二位侧翻转机构4包括立柱、固定座和限位螺栓41，其中，立柱的下部使用螺栓紧固于底座1的另一根纵梁上(具体的是，紧固在另一根纵梁的方管上)；立柱上固定有固定座，固定座侧面设有贯穿的限位孔，限位孔内用于插入翻转装置的旋转轴，固定座上垂直向下设置限位螺栓41，限位螺栓41伸入到限位孔内。其作用是固定翻转机构5的另一端，且当翻转装置5翻转到固定角度后，可使用限位螺栓41进行限位，防止翻转装置5进行旋转晃动。

如图14和图19所示，翻转装置5包括旋转轴、平顶正面支撑面A、平顶反面支撑面B、圆顶正面支撑面C、圆顶反面支撑面D，旋转轴上每隔90°分布平顶正面支撑面A、平顶反面支撑面B、圆顶正面支撑面C、圆顶反面支撑面D四个面，分别对应支撑平顶正面、平顶反面、圆顶正面、圆顶反面。其中平顶正面支撑面A和圆顶正面支撑面C位置焊缝对接处设置有气缸夹紧块51，可对焊接位置型材处进行夹紧。此工装共设置6组翻转装置5，通过间隔分布构建出产品的支撑面并进行焊接作业。

实施例2

本实施例的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法包括如下步骤：

1)平顶板焊接：将一件第一平顶型材E和两件第二平顶型材F打磨清洗(仅焊接区域)后放置于工装或平台上(实施例1的所述的工装)进行组装，要求间隙控制在2mm(避免间隙过小焊接质量无法保证，间隙过大导致焊接收缩量大，导致变形量增加)，可使用2mm垫片控制组装间隙并进行定位焊，全部调整后再进行长度方向持续焊接。

此时使用工装的平顶正面支撑面A进行支撑。

改进项点：

i)在型材组对过程中将一端的第一平顶型材E和第二平顶型材F对齐处理，后续物料组装以此端面为X方向基准点，便于后续工序进行操作。

ii)除常规工艺方法将宽度方向两端固定防止焊后变形向焊接一侧上翘外，为改进焊接后焊缝处下沉情况，在焊接处背部施加4～5mm垫块，焊前呈现上拱后进行焊接(如图3所示)。

iii)从X轴长度方向一端向另一端从头到尾持续焊接，导致热量集中无法消除，最终应力集中端部导致端部位置凸起，影响后续产品使用。因此，调整焊接顺序，将持续焊接更改为间断焊接，焊接长度更改为2300～2400mm之间且交错焊接(如图4所示)。

iiii)因焊缝长度分段后在两米多，人工MIG焊接长时间工作强度大，焊缝质量无法保证，改进为使用轨道式龙门自动焊机替代人工焊接，提高焊接效率，提升焊缝质量。

通过上述步骤1)得到如图5所示的平顶板组焊件。

2)平顶板组焊件与边梁型材G组对：按照图6所示，将步骤1)制得的平顶板组焊件与边梁型材G倒置在工装上，并配合使用龙门式压块在Z轴向上向下施加压力，使得平顶板组焊件由平板弯曲成弧板并与工装贴合面间隙≤0.5mm。

改进项点：

i)由正向压型调整至反装压型，正向压型过程中平顶板组焊件由平板弯曲成弧板容易出现急弯造成轮廓度偏差6mm以上不满足最终产品要求。

此时工装使用的是圆顶反面支撑面D用于支撑平顶板组焊件。

3)背部弯梁I焊接：步骤2)的平顶板组焊件与边梁型材G组对完成紧贴工装仿形面后，如图7所示，将背部弯梁I放置于指定位置并按照焊接工艺要求从中心向两侧逐个焊接，将所有背部弯梁I焊接完成后松开压紧装置。

改进项点：

i)更改背部弯梁I焊接顺序，通过背部弯梁I弧度来控制整个圆顶组成成型后轮廓度，既解决了成型困难也能够保证轮廓度要求，背部弯梁I组焊完成后轮廓度≤1mm。

此时工装使用的是圆顶反面支撑面D用于支撑平顶板组焊件。

4)平顶板组焊件与边梁型材G焊接：步骤3)完成后，将步骤3)制得的产品翻身并固定于工装上，如图8所示，然后使用夹具将边梁型材G固定于工装上。

参考图4所示焊接顺序，对平顶板组焊件与边梁型材G的焊缝进行间断、交错焊接。

改进项点：

i)将平顶板组焊件与边梁型材G的焊缝放置在弯梁焊接之后进行焊接，此时整体轮廓度因为弯梁支撑而不易产品变形，且焊接处背部弯梁I进行支撑，焊缝也不会出现下沉情况。焊接完成后宽度方向轮廓度能够保持在2mm以内，若局部出现变形仅需轻微调整即可满足加工要求。

此时工装使用的是圆顶正面支撑面C用于支撑平顶板组焊件和边梁型材G。

5)整体机加工：按照图纸尺寸要求对步骤4)制得的圆顶进行机加工，机加工开孔尺寸精度取决于产品轮廓度，轮廓度数值越小，产品加工也接近于理论尺寸，轮廓度数值越大，产品加工尺寸偏离理论尺寸越大。

改进项点：

i)为减少机加工后产品的焊接工作量，已提前将边梁型腔内部筋板焊接完成，加工原定组成长度时，需比理论尺寸增加2mm焊接收缩余量，防止最终产品长度尺寸超出公差(-2，+1)要求。

6)配件组装焊接：产品加工完成后，优先组装焊接一位端端板J和二位端端板K。焊接完成后两侧边梁与前后端板组成形成整体，后续配件安装与焊接对整体外形尺寸造成较大影响。

改进项点：

i)由于圆顶产品在宽度方向为弧形结构，无法保证测量尺寸精度。故前期控制好加工前产品轮廓度，保证产品孔尺寸加工精度，有利于后续配件安装。

7)调修、打磨、探伤：产品焊接完成后通过自互检及专检对圆顶组成产品尺寸及焊缝外观进行检验，符合要求后再次进行渗透探伤对焊缝质量进行确认。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

1)制备平顶板组焊件：将第一平顶型材和其两侧的第二平顶型材放置在工装的平顶正面支撑面上组装并进行焊缝的焊接；

2)平顶板组焊件与边梁型材组对：将所述平顶板组焊件与边梁型材倒置在工装的圆顶反面支撑面上，并在Z轴向上向下施加压力，使平顶板组焊件与边梁型材由平板弯曲成弧板并与工装贴合；

3)背部弯梁焊接：将背部弯梁逐个焊接在步骤2)组对后的平顶板组焊件和边梁型材上；

4)平顶板组焊件与边梁型材焊接：将步骤3)制得的包括背部弯梁、边梁型材的平顶板组焊件倒置并固定于工装的圆顶正面支撑面上，并对平顶板组焊件与边梁型材的焊缝焊接；

5)整体机加工；

6)组装焊接一位端端板和二位端端板；

7)调修、打磨、探伤。

2.如权利要求1所述的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述工装包括底座、龙门压紧机构、一位侧翻转机构、二位侧翻转机构和翻转装置，底座上垂直设有两个龙门压紧机构且龙门压紧机构沿底座长度方向前后移动，底座的两侧分别设有对应的一位侧翻转机构和二位侧翻转机构，每对所述一位侧翻转机构和二位侧翻转机构共同夹持并旋转一个翻转装置，翻转装置包括旋转轴以及旋转轴上分布的平顶正面支撑面、平顶反面支撑面、圆顶正面支撑面和圆顶反面支撑面。

3.如权利要求2所述的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述工装设有多对所述一位侧翻转机构和二位侧翻转机构；对应的，所述工装设有多个所述翻转装置。

4.如权利要求1-3任意一项所述的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述步骤1)：在型材组对过程中，将一端的第一平顶型材和第二平顶型材对齐处理，后续组装以此端面为X方向基准点；

将所述第一平顶型材和第二平顶型材这个整体的宽度方向两端固定防止焊后变形；在所述第一平顶型材和第二平顶型材的焊接处的背部设置垫块；

间断焊接：焊接长度为2300～2400mm且交错焊接；

使用轨道式龙门自动焊机替代人工焊接。

5.如权利要求1-3任意一项所述的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述步骤2)：平顶板组焊件与边梁型材由平板弯曲成弧板并与工装贴合面间隙≤0.5mm。

6.如权利要求1-3任意一项所述的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述步骤3)：将背部弯梁放置在步骤2)组对后的平顶板组焊件和边梁型材上，并从中心向两侧逐个焊接直到将所有背部弯梁焊接完成。

7.如权利要求1-3任意一项所述的轨道车辆单层薄壁铝型材圆顶的MIG焊接方法，其特征在于，所述步骤4)的焊缝焊接为间断焊接：焊接长度为2300～2400mm且交错焊接。

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