不鏽鋼軌道車輛側牆激光焊快速裝夾裝置開發_激光技術_激光百科

【摘要】由於(yu) 電阻點焊不鏽鋼軌道車輛車體(ti) 存在點焊壓痕明顯、密封性差、焊接效率低等問題，采用部分熔透激光搭焊工藝替代電阻點焊工藝進行不鏽鋼車體(ti) 製造，解決(jue) 點焊車體(ti) 存在的相關(guan) 問題。激光搭焊工藝要求工件間密貼，自動化程度高，為(wei) 此開發不鏽鋼軌道車輛側(ce) 牆激光焊快速裝夾裝置，針對激光焊接特性及焊接設備特點，進行了機器人數值模擬仿真設計與(yu) 實施，保證組對側(ce) 牆及窗口的長、寬、對角線等尺寸符合公差要求，控製側(ce) 牆整體(ti) 的變形量。

1. 概述

由於(yu) 電阻點焊不鏽鋼軌道車輛車體(ti) 存在點焊壓痕明顯、密封性差、焊接效率低等問題，目前國內(nei) 外軌道交通行業(ye) 製造商正致力於(yu) 激光焊工藝替代電阻點焊工藝進行不鏽鋼車體(ti) 製造，解決(jue) 點焊車體(ti) 存在的相關(guan) 問題。

不鏽鋼材料的熱物理性質決(jue) 定了不鏽鋼車體(ti) 不適於(yu) 電弧熔化焊接，焊接變形大和焊縫應力腐蝕開裂是不鏽鋼電弧焊的主要問題。不鏽鋼車設計者考慮到不鏽鋼薄板適於(yu) 搭接方式，並達到了預期的使用要求。不鏽鋼車體(ti) 側(ce) 牆主要采用骨架加蒙皮的結構，骨架與(yu) 蒙皮之間采用搭接焊。由於(yu) 側(ce) 牆外板不塗裝，點焊壓痕影響美觀效果，采用激光焊技術提高了車體(ti) 強度及外觀美觀程度。

根據激光焊的實際特點和工藝設備的具體(ti) 情況及試驗分析具體(ti) 數據，激光焊接的側(ce) 牆鋼結構主要采用了“夾心式”結構。此結構主要包括了側(ce) 牆外板、波紋板、結構強度件等搭接形式。由於(yu) 激光焊接技術對焊件的精度以及焊件間的間隙要求較高，故對焊接時使用的工裝夾具須具備非常高的精度才能保證焊接質量。

焊接工裝的設計是一門經驗性、理論性很強的綜合性技術，設計時要確定生產(chan) 綱領、使用環境，熟悉產(chan) 品結構，了解部件成形及公差特點，掌握焊接工藝方法，達到保證和提高產(chan) 品質量，提高生產(chan) 效率，改善勞動條件，降低成本的目的。

傳(chuan) 統的電阻點焊不鏽鋼側(ce) 牆工裝采用銅台鋪裝、點焊電極壓緊焊接的方式，為(wei) 剛性專(zhuan) 用工裝，隨著市場經濟的發展和國際市場的開拓，原有的傳(chuan) 統剛性工裝已不能適應鐵路車輛的製造需求。需針對激光焊接特性及焊接設備特點，開發激光焊不鏽鋼側(ce) 牆快速裝夾工裝，確保激光搭接焊件間無間隙，同時保證組對側(ce) 牆及窗口的長、寬、對角線等尺寸符合公差要求，控製側(ce) 牆整體(ti) 的變形量。

2. 快速裝夾裝置技術要求

（1）激光焊不鏽鋼車體(ti) 結構特點激光焊接的側(ce) 牆鋼結構主要采用了“夾心式”結構。此結構主要包括了側(ce) 牆外板、波紋板、結構強度件及結構功能件等零部件。外牆板與(yu) 波紋板、波紋板與(yu) 立柱補強結構件的焊接均采用部分熔透激光疊焊工藝，要求焊接時工件間密貼。

（2）激光焊設備特點激光焊設備Trudisk4002盤式固體(ti) 激光器，額定功率4kW ；光束質量8mm*mrad，激光束波長1.0 6μm，焊接時采用滾輪壓緊，激光焊接頭形式及焊縫斷麵如圖1所示。焊接時需要工裝將波紋板、立柱兩(liang) 端進行壓緊、定位。

（3）快速裝夾裝置設計要求快速裝夾裝置胎位金屬表麵加工的最後工序應為(wei) 數控銑加工，表麵粗糙度值≤3.2μm，在壓力100kg下不得有變形和位移。整體(ti) 平整度≤0.2mm，波紋板定位裝置精度尺寸≤0.5mm，窗框整體(ti) 平麵度精度要求≤0.2mm。

（4）快速裝夾裝置設計特點外牆板鋪裝在工作台上層，采用真空吸盤模式吸附外板，保證外板與(yu) 工作台麵密貼。

波紋板及側(ce) 牆立柱、窗框等定位裝置應不阻礙激光設備焊接及設備自身攜帶壓輪工作。波紋板與(yu) 外牆板、立柱與(yu) 波紋板的夾緊利用氣動及液壓元件執行，壓緊裝置應保證將料件緊密壓緊，同時料件壓力下無明顯變形量，氣動元件設置在側(ce) 牆周邊以及窗框周邊，電液伺服技術控製壓緊力。同時所有壓緊模式不能影響設備本身采用的滾輪壓緊模式。

3. 快速裝夾裝置設計開發

（1）側(ce) 牆板裝夾設計側(ce) 牆板采用真空吸盤方式將外牆板固定，工裝吸盤真空閥由手動開關(guan) ，氣動打開，吸盤的具體(ti) 安裝位置和選型將依據波紋板的焊接位置來選擇，胎膜內(nei) 嵌裝外牆板檢測傳(chuan) 感器，窗框內(nei) 側(ce) 設計雙工件檢測傳(chuan) 感器，如圖2所示。

（2）波紋板焊接定位設計波紋板采用兩(liang) 端型麵塊夾具固定，窗框左右側(ce) 波紋板暫時設計為(wei) 長型麵塊夾具，外牆板的限位塊共用於(yu) 波紋板的限位，如圖3所示。

（3）立柱焊接定位設計縱向加強立柱采用兩(liang) 端型麵塊夾具固定，窗框附近的縱向加強立柱采用加長的一端型麵塊夾具固定，型麵塊夾具帶有限位塊，保證加強板與(yu) 外牆板對齊，如圖4所示。

4. 快速裝夾裝置驗證

激光搭接焊焊縫斷麵及壓緊方式

外牆板真空吸盤設計

波紋板焊接定位

（1）模擬仿真驗證對激光焊不鏽鋼車體(ti) 側(ce) 牆快速裝夾裝置進行機器人數值模擬仿真分析，模擬波紋板與(yu) 外牆板焊接、立柱與(yu) 波紋板焊接的定位卡緊工裝與(yu) 焊接頭及壓緊滾輪焊接過程，考察快速裝夾裝置與(yu) 激光焊接設備是否存在幹涉的位置。

立柱焊接定位

（2）生產(chan) 試製驗證對開發側(ce) 牆激光焊快速裝夾裝置進行側(ce) 強激光焊接試製驗證，該裝置滿足設計要求，實現了側(ce) 牆外板、波紋板、立柱的定位、壓緊，與(yu) 激光焊接設備不發生幹涉，保證焊接質量，保證組對側(ce) 牆及窗口的長、寬、對角線等尺寸符合公差要求，控製側(ce) 牆整體(ti) 的變形量。