一种高铁用铝合金面板激光焊接工装及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种高铁用铝合金面板激光焊接工装及其工作方法，高铁用铝合金面板激光焊接工装包括纵撑和横撑，纵撑与横撑的交点处固定设置垫块，垫块包括中部垫块和焊缝垫块，中部垫块包括水平设置的顶面，以使待焊接的铝合金面板可置于中部垫块上，焊缝垫块包括一体设置的焊缝垫块竖直支撑部和焊缝垫块水平支撑部，焊缝垫块竖直支撑部置于焊缝垫块水平支撑部的外侧，以使铝合金面板装夹时由焊缝垫块竖直支撑部的支撑立面进行支靠，且相邻两铝合金面板端部的待焊接区域置于焊缝垫块水平支撑部上，焊缝垫块水平支撑部上设置平面储气槽，支撑立面上设置立面储气槽，以使焊接时向平面储气槽、立面储气槽内充入惰性气体。

A Laser Welding Tool for Aluminum Alloy Plate for High-speed Rail and Its Working Method

The invention relates to a laser welding tooling for aluminium alloy panel used for high-speed rail and its working method. The laser welding tooling for aluminium alloy panel used for high-speed rail includes longitudinal and horizontal braces. A cushion block is fixed at the intersection of longitudinal and horizontal braces. The cushion block includes a middle cushion block and a weld cushion block. The middle cushion block includes a horizontal top surface so that the aluminium alloy panel to be welded can be placed on the middle cushion block and the weld seam. The cushion block includes the vertical support part of the weld pad and the horizontal support part of the weld pad, and the vertical support part of the weld pad is placed outside the horizontal support part of the weld pad, so that the support elevation of the vertical support part of the weld pad can support the aluminum alloy panel when clamping, and the weld pad is placed on the horizontal support part of the weld pad at the ends of the adjacent two aluminum alloy panels, and the weld pad is placed on the horizontal support part of the weld pad. A plane gas storage tank is arranged on the horizontal support part of the block, and a vertical gas storage tank is arranged on the support elevation, so that inert gas is filled into the plane gas storage tank and the elevation gas storage tank during welding.

【技术实现步骤摘要】
一种高铁用铝合金面板激光焊接工装及其工作方法
本专利技术涉及铝合金焊接设备
，特别是一种高铁用铝合金面板激光焊接工装及其工作方法。
技术介绍
由于工业铝型材具有质量轻、成型优、强度高、耐腐蚀、寿命长、可再生、少污染、维护费用低等多种优点，在众多材料中脱颖而出，已经成为了高铁的最爱。铝合金材料在车厢上的大规模使用使得高铁列车大大减轻了重量，为列车的高速行驶做出了中要贡献。列车的高速行驶是一项系统工程，其中包含很多技术条件和方法，而铁道列车的轻量化是实现列车高速重载的一个重要途径，即在其它条件相同的情况下，列车重量越轻速度就越快。铝型材无疑是轻量化最好的材料，早在20世纪50年代，世界上较发达的一些国家就开始采用铝型材来制造铁路车辆，包括美、加拿大、日本、俄罗斯、德国和法国等。虽然纯铝的强度很低，但是添加一定量元素形成的合金具有较高的强度，其较高的比强度、比刚度已胜过很多合金钢，成为理想的结构材料。高强度的铝合金抗拉强度大于480MPa，完全能符合高铁列车车厢的强度标准。同时铝合金的塑性好，可以加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，更是被越来越多的应用在飞机及高铁上。激光焊接技术是利用高能（102W/cm2）激光束对焊缝进行扫描，利用激光热能对焊缝两侧的金属进行熔化而形成的冶金结合，它具有加热集中，热损耗小、焊缝深宽比大、焊接变形小等优势。但激光焊由于其光束特性也有自身的不足：（1）激光聚焦光斑直径细小导致工件焊接装配精度要求高，通常装配间隙、错边量需小于0.1mm或板厚的10％，增大了具有复杂三维焊缝焊接结构的实施难度；（2）由于铝合金表面有一层氧化膜，熔点较高约2300℃，因而铝合金激光深熔焊接要求激光器具有较高的功率。（3）铝合金熔点低，液体金属流动性好，在密度集中的激光束作用下产生强烈的金属汽化，在焊接过程中伴随小孔效应所形成的金属蒸汽/等离子体云影响铝合金对激光能量的吸收，导致深熔焊接过程不稳定，焊缝易于产生气孔、表面塌陷、咬边等缺陷。因此如何改善铝合金激光焊接焊缝缺陷和提高焊接接头性能是本次专利技术所改变的。铝合金激光焊缝的主要缺陷是气孔、表面塌陷和咬边，其中表面塌陷、咬边缺陷可以通过激光填丝焊接或激光电弧复合焊接改善；而焊缝气孔缺陷控制则比较困难。通过焊前表面处理可以控制一部分冶金气孔，通常可以采用物理机械清理、化学清理或激光冲击清理。铝合金激光焊接过程工艺参数通常主要有激光功率、离焦量、焊接速度，以及气保护的成分和流量等。参数既影响焊接区域的保护效果，又影响激光深熔焊接过程的稳定性，从而影响焊缝气孔。确定合理的稳定焊缝成形的工艺参数是有效控制铝合金激光焊缝气孔的有效措施。高铁用铝合金面板焊接时有两个面，即焊接激光入射的正面和背面，常规气体保护焊是正面用保护嘴送惰性气体保护熔池，使表面熔池与空气隔绝达到保护作用。高铁用铝合金面板的焊接要穿透焊，熔池会在背面与空气接触，造成铝合金面板氧化。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种确保焊缝成形、避免焊缝气孔缺陷和氧化的高铁用铝合金面板激光焊接工装及其工作方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供的高铁用铝合金面板激光焊接工装，包括多根相互垂直设置的纵撑和横撑，所述纵撑包括多个中部纵撑和2个端部纵撑，所述横撑包括多个中部横撑和2个端部横撑，所述纵撑与横撑的交点处固定设置垫块，所述垫块包括中部垫块和焊缝垫块，所述中部垫块固定设置在所述中部纵撑与所述中部横撑的交点处，所述中部垫块包括水平设置的顶面，以使待焊接的铝合金面板可置于所述中部垫块上，所述端部纵撑与所述中部横撑的交点处设置焊缝垫块，所述焊缝垫块包括一体设置的焊缝垫块竖直支撑部和焊缝垫块水平支撑部，所述焊缝垫块竖直支撑部置于所述焊缝垫块水平支撑部的外侧，以使铝合金面板装夹时由焊缝垫块竖直支撑部的支撑立面进行支靠，且相邻两铝合金面板端部的待焊接区域置于焊缝垫块水平支撑部上，所述焊缝垫块水平支撑部上设置平面储气槽，所述支撑立面上设置立面储气槽，以使焊接时向平面储气槽、立面储气槽内充入惰性气体，对铝合金面板的焊接处的背面均形成惰性气氛保护，避免铝合金面板焊接焊穿时氧化产生气孔。进一步，所述平面储气槽与所述立面储气槽相通设置，惰性气体可由平面储气槽进入立面储气槽或立面储气槽进入平面储气槽。进一步，所述焊缝垫块水平支撑部上倾斜设置进气通道，该进气通道的出气口与所述平面储气槽相通，进气口置于所述焊缝垫块水平支撑部的侧壁上。进一步，所述平面储气槽与所述立面储气槽的截面呈U型。进一步，所述端部纵撑与所述中部横撑、端部横撑的交点处还设置端部垫块，所述端部垫块包括相互垂直设置的水平支撑部和竖直支撑部，所述竖直支撑部置于所述水平支撑部的外侧，以使铝合金面板装夹时由端部垫块的竖直支撑部进行支靠。进一步，所述焊缝垫块竖直支撑部的端部呈弧形过渡。上述高铁用铝合金面板激光焊接工装的工作方法，包括如下步骤：A、对高铁用铝合金面板激光焊接工装进行固定，保证重复定位的精度。B、将待焊接的铝合金面板置于高铁用铝合金面板激光焊接工装内，使得待焊接区域的背面处于焊缝垫块水平支撑部，由中部垫块对铝合金面板的中部进行支撑，由焊缝垫块的焊缝垫块竖直支撑部、端部垫块的竖直支撑部对铝合金面板的两端进行夹持。C、经气管和调节阀由进气通道向平面储气槽和立面储气槽内充入惰性气体，并启动激光焊接设备，对铝合金面板的待焊接区域的正面进行焊接，并由激光焊接设备的惰性气体对待焊接区域的正面形成惰性气体保护、由平面储气槽和立面储气槽内的惰性气体对待焊接区域的背面形成惰性气体保护。进一步，所述惰性气体为纯度不低于99.999%的氩气，进入立面储气槽、平面储气槽的惰性气体的速度控制在9L/min，激光焊接设备的惰性气体速度控制在3L/min。专利技术的技术效果：本专利技术的高铁用铝合金面板激光焊接工装，相对于现有技术，通过在焊缝垫块上设置平面储气槽和立面储气槽，使得铝合金面板进行焊接时，在储气槽内填充惰性气体，且立面储气槽的设置，使得焊接时可在侧面进气，在铝合金面板侧面进气比铝合金面板底面进气的优势是底面进气的气流会对局部焊道形成吹力，直接影响焊道成型，而铝合金面板侧面进气则可以以均匀的压力分散进入腔体，得到有效保护氛围；平面储气槽和立面储气槽双气道保护有效的解决了焊缝气孔的问题，同时对离焦量的调整可以增加焊接熔池的流动时间，利于熔池中气孔的溢出；采用正面和背面同时惰性气体保护，所以在背面开了U型槽来储气达到保护作用，避免铝合金面板焊接时处于穿透焊状态、熔池会在背面与空气接触的难题；进气通道倾斜设置在焊缝垫块水平支撑部，且进气口设置在焊缝垫块水平支撑部的侧壁上，使得惰性气体由斜向进入平面储气槽，确保平面储气槽内气氛、气压更加均匀，由侧面进入储气槽还可以避免气流直吹对焊缝造成影响，提高焊接效果。附图说明下面结合说明书附图对本专利技术作进一步详细说明：图1是本专利技术高铁用铝合金面板激光焊接工装的结构示意图；图2是本专利技术的焊缝垫块的立体结构示意图；图3是本专利技术的端部垫块的立体结构示意图。图中：端部横撑1，中部横撑11，端部纵撑2，中部纵撑21，中部垫块3，焊缝垫块4，焊缝垫块竖直支撑部41，平面储气槽42，立面储气槽43，支撑立面44，弧形过渡面45本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高铁用铝合金面板激光焊接工装，其特征在于，包括多根相互垂直设置的纵撑和横撑，所述纵撑包括多个中部纵撑和2个端部纵撑，所述横撑包括多个中部横撑和2个端部横撑，所述纵撑与横撑的交点处固定设置垫块，所述垫块包括中部垫块和焊缝垫块，所述中部垫块固定设置在所述中部纵撑与所述中部横撑的交点处，所述中部垫块包括水平设置的顶面，以使待焊接的铝合金面板可置于所述中部垫块上，所述端部纵撑与所述中部横撑的交点处设置焊缝垫块，所述焊缝垫块包括一体设置的焊缝垫块竖直支撑部和焊缝垫块水平支撑部，所述焊缝垫块竖直支撑部置于所述焊缝垫块水平支撑部的外侧，以使铝合金面板装夹时由焊缝垫块竖直支撑部的支撑立面进行支靠，且相邻两铝合金面板端部的待焊接区域置于焊缝垫块水平支撑部上，所述焊缝垫块水平支撑部上设置平面储气槽，所述支撑立面上设置立面储气槽，以使焊接时向平面储气槽、立面储气槽内充入惰性气体。

【技术特征摘要】
1.一种高铁用铝合金面板激光焊接工装，其特征在于，包括多根相互垂直设置的纵撑和横撑，所述纵撑包括多个中部纵撑和2个端部纵撑，所述横撑包括多个中部横撑和2个端部横撑，所述纵撑与横撑的交点处固定设置垫块，所述垫块包括中部垫块和焊缝垫块，所述中部垫块固定设置在所述中部纵撑与所述中部横撑的交点处，所述中部垫块包括水平设置的顶面，以使待焊接的铝合金面板可置于所述中部垫块上，所述端部纵撑与所述中部横撑的交点处设置焊缝垫块，所述焊缝垫块包括一体设置的焊缝垫块竖直支撑部和焊缝垫块水平支撑部，所述焊缝垫块竖直支撑部置于所述焊缝垫块水平支撑部的外侧，以使铝合金面板装夹时由焊缝垫块竖直支撑部的支撑立面进行支靠，且相邻两铝合金面板端部的待焊接区域置于焊缝垫块水平支撑部上，所述焊缝垫块水平支撑部上设置平面储气槽，所述支撑立面上设置立面储气槽，以使焊接时向平面储气槽、立面储气槽内充入惰性气体。2.根据权利要求1所述的高铁用铝合金面板激光焊接工装，其特征在于，所述平面储气槽与所述立面储气槽相通设置。3.根据权利要求1或2所述的高铁用铝合金面板激光焊接工装，其特征在于，所述焊缝垫块水平支撑部上倾斜设置进气通道，该进气通道的出气口与所述平面储气槽相通，进气口置于所述焊缝垫块水平支撑部的侧壁上。4.根据权利要求3所述的高铁用铝合金面板激光焊接工装，其特征在于，所述平面储气槽与所述立面储气槽的截面呈U型。5.根据权利要求3所述的高铁用铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建方，刘少彬，刘汉杰，
申请(专利权)人：丹阳宏图激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32