一种负压吸附焊接装置和负压吸附焊接方法与流程

本发明主要涉及到金属焊接领域，具体涉及一种用于轨道交通设备的负压吸附焊接装置和一种负压吸附焊接方法。

背景技术：

现有技术的金属焊接工作中，待焊接物在焊接时会产生较大的热应力，产生较大的焊接变形，焊件变形是指在焊接过程中，由于对焊件局部加热与冷却作用，使熔填金属与母材附近产生热应变，这种热应变在焊道冷却时会产生收缩应力，因而使焊件产生弯曲，扭曲或扭转等现象，称之为变形。尤其是当待焊接物涉及到不锈钢材料或者时待焊接物比较薄时，焊接变形更为严重，使得焊接后的产品尺寸不符合图纸要求、不能正常使用、产品不美观。

现有技术中减少焊接应力与变形的工艺措施和存在的技术问题如下：

（1）反变形：大概给定一个趋势，使待焊接物在焊接变形后朝着预想的方向变形，如果待焊接物表面需要焊接很多配件的时候就无法使用反变形，局现性较大。

（2）减少线能量：在规定的焊接工艺规程范围内，减少热输入是一种有效减少焊接变形的办法，与焊接线能量有关的变数包括预热温度、层间温度、焊接层次（含焊道尺寸）、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电流种类与极性、焊接位置和焊条直径等。直接决定焊接线能量的因素是焊接电流、电弧电压和焊接速度。需要严格制定焊接工艺规程，对于焊接操作者的焊接技术和操作者执行也焊接工艺规程有很大的要求。

（3）工装提前预防：待焊接物在焊接前，会设计相应的预防变形的工装，而工装只是一方面起到预防变形。往往在使用焊接工装焊接时，虽然待焊接物受焊接工装的牵制力能保持很好的尺寸，平面度。但因为不能及时散热，在待焊接物收缩时，去掉焊接工装后，变形依然存在，仍需要人工调校。

( 4）焊接完成后锤击焊缝消除应力：锤击产生巨大的噪声，污染环境，影响工人身心健康，锤击过后会降低焊缝的韧性。

（5）焊接完成后进行人工火焰调校：用氧乙炔焰进行点热，由于加热点受热膨胀，使轴的弯曲程度增大，然后立即浇水冷却，工件骤冷收缩，使轴两端上挠，而且上挠量超过加热时增加的弯曲度，超过部分就是矫正量。花费的时间较长的，其低下的效率必然形成生产瓶颈。

（6）当待焊接物具有一定结构时，如待焊接物为用于轨道交通设备（如高铁、地铁等）上的电气柜，电气柜柜体焊接平整度要求高，但柜体空间却十分小，这使得如使用现有的火焰调校等其他方法进行后期调校，会存在极大的操作局限，使得调校效果差，调校效率低，质量难以控制。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于：针对现有技术存在的问题，提供一种结构设计合理、操作方便快捷、焊接变形小、能降低工作成本、提高工作效率的负压吸附焊接装置和负压吸附焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种负压吸附焊接装置，包括负压生产组件和负压吸附板组件，所述负压吸附板组件包括底部的负压板组件和顶部的吸附板组件，所述负压板组件和吸附板组件之间形成负压吸附腔室，所述负压生产组件和负压吸附腔室连通用于抽取负压吸附腔室内空气以形成真空负压，所述吸附板组件上设有多个负压吸附孔、用于在负压吸附腔室内形成真空负压时将待焊接物负压吸附固定于吸附板组件上以进行焊接作业。

作为本发明的进一步改进，所述吸附板组件上还设有多个与负压吸附孔相配合的密封件，多个所述密封件可拆卸地装设于任意多个负压吸附孔内、用于将所述多个负压吸附孔密封以在吸附板组件上形成局部的焊接区，所述待焊接物的焊接部于焊接区处进行焊接作业。

作为本发明的进一步改进，每个所述负压吸附孔均为内螺纹孔，每个所述密封件均呈螺钉状用于旋入固定于负压吸附孔内。

作为本发明的进一步改进，所述吸附板组件由导热性好的金属材料制成，优选由铜制成。

作为本发明的进一步改进，所述负压板组件包括构成腔体的底板和设于底板四周的侧板，所述腔体内于底板顶面上设有多个呈阵列布置的凸起支撑块，相邻所述凸起支撑块之间留有间距以形成相互连通的气道，所述吸附板组件承载于凸起支撑块上以和负压板组件配合形成负压吸附腔室，所述吸附板组件上的多个负压吸附孔均对应设于气道的上方，所述负压生产组件和气道连通以快速抽取负压吸附腔室内空气形成真空负压。

作为本发明的进一步改进，所述负压板组件于四周侧板的顶部上设有一圈密封条，用于使负压吸附板组件和待焊接物密封接触后进行负压吸附焊接作业。

作为本发明的进一步改进，还包括底座和气管，所述负压吸附板组件通过气管与负压生产组件连通，所述负压吸附板组件可拆卸地承载于底座上以进行负压吸附焊接作业，所述负压板组件的底面上设有一个以上的拉手、用于将负压吸附板组件从底座上提起并移动至带焊接物上进行负压吸附焊接作业。

作为本发明的进一步改进，所述底座上于负压吸附板组件的四周均设有一块用于支撑待焊接物的焊接支撑板。

本发明还提供一种基于上述负压吸附焊接装置的负压吸附焊接方法，步骤如下：

A）将吸附板组件与待焊接物接触，使待焊接物的焊接部位于吸附板组件处；

B）负压生产组件工作，抽取负压吸附腔室内空气以形成真空负压，并通过多个负压吸附孔将待焊接物牢牢地负压吸附固定于吸附板组件上；

C）对待焊接物的焊接部进行焊接作业；

D）焊接作业完成后，负压生产组件停止工作，以使待焊接物不再负压吸附固定于吸附板组件上。

作为本发明的进一步改进，步骤A）中，根据待焊接物的焊接部的具体位置，调整吸附板组件与待焊接物的接触方位，使得焊接部不处于负压吸附孔处；或者，根据待焊接物的焊接部的具体位置，使用密封件将部分负压吸附孔密封以在吸附板组件上形成局部的焊接区，然后使得待焊接物的焊接部处于焊接区处。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的负压吸附焊接装置，被焊接物被牢牢的负压吸附固定在呈平面的吸附板组件上，使得被焊接物在焊接时不易发生扭曲形变，焊接完成的被焊接物的平面度大大提升。

（2）本发明的负压吸附焊接装置，由于真空负压吸附的作用，使得被焊接物上的焊接高温能通过多个负压吸附孔迅速流失，减少了被焊接物热容量的增大，减少了焊接结晶收缩，减少了导热及热膨胀系数增大等不利因素，使得被焊接物上的热应力集中被减少，进而极大减少了焊接变形，实现了极佳的焊接效果。

（3）本发明的负压吸附焊接装置，虽然采用真空吸附作用，但是并非盲目地直接吸附于被焊接物上，而是先通过呈平面的吸附板组件对被焊接物形成很好的平面支撑，再利用吸附板组件上的多个负压吸附孔进行分散式吸附固定，使得既能有效保证了平面负压吸附的固定效果，同时又不会使被焊接物因强力吸附而出现焊缝下榻、或板面塌陷变形的焊接缺陷，有效保证了最终的焊接效果，特别适用于薄板与厚梁柱特殊产品的焊接需要。

（4）本发明的负压吸附焊接装置，通过设置与负压吸附孔相配合的密封件，操作人员可以根据不同待焊接物上的不同焊接部，在吸附板组件上填补以形成不同的局部的焊接区，直接避免了负压吸附力造成的焊缝缺陷。同时，由于多个密封件可拆卸地装设于任意多个负压吸附孔内，使得本发明的焊接装置能够适应不同焊缝分布的待焊接物，使用范围广泛。

（5）本发明的负压吸附焊接装置，吸附板组件由导热性好的金属材料制成，使得在焊接作业时，被焊接物上的焊接高温不但能通过多个负压吸附孔迅速流失，同时，吸附板组件也能够最大限度的传递、分散焊接产生的高温热量，进一步减少了被焊接物热容量的增大，进一步减少了焊接结晶收缩，进而极大减少了焊接变形，进一步保证了极佳焊接效果的实现。

（6）本发明的负压吸附焊接装置，通过设置凸起支撑块和气道，一是使得吸附板组件能够得到很均衡的承载，使得吸附板组件自身不会因负压吸附或者被焊接物的压迫而出现下陷，有效保证了吸附板组件自身的整体平面性，进而有效保证吸附板组件上的被焊接物的焊接平面度。二是相互连通的气道能够使得负压吸附腔室内的气体能够快速的被负压生产组件抽取，以快速形成真空负压环境后进行吸附焊接，提高了工作效率。三是呈阵列布置的凸起支撑块形成了呈阵列的气道，使得每个负压吸附孔的负压吸附力都相对均衡，使得吸附板组件能实现均衡分布的负压吸附，有效保证了待焊接物的均衡固定，进而有效保证极佳的焊接效果。

（7）本发明的负压吸附焊接装置，通过设置底座，形成了一个焊接工作台，便于操作人员将大型的待焊接物直接放置于负压吸附板组件上进行吸附后的焊接作业。通过设置拉手，使得本发明的负压吸附焊接装置能够满足多种复杂结构形式的待焊接物的焊接需要，应用范围和应用前景十分广泛。

（8）本发明的负压吸附焊接方法，有效减少焊接时焊缝收缩，使得焊缝成型良好，焊接变形少，最终使得被焊接物的焊接效果极佳，提高了焊接成功率，极大减少了焊接后的后期整形调校工作，提高了整体工作效率，降低了工作成本，有力保证了产品的极佳质量。

附图说明

图1是本发明的负压吸附焊接装置的立体结构原理示意图。

图2是图1中A处的放大结构原理示意图。

图3是本发明的负压吸附焊接装置的俯视局部结构原理示意图。

图4是本发明的负压板组件的俯视结构原理示意图。

图5是本发明的负压板组件的剖视结构原理示意图。

图例说明：

1、负压生产组件；2、负压吸附板组件；21、负压板组件；211、凸起支撑块；212、气道；213、密封条；214、拉手；22、吸附板组件；221、负压吸附孔；222、密封件；23、负压吸附腔室；3、底座；31、焊接支撑板；4、气管。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图5所示，本发明提供一种负压吸附焊接装置，包括负压生产组件1和负压吸附板组件2，负压吸附板组件2包括底部的负压板组件21和顶部的吸附板组件22，负压板组件21和吸附板组件22之间形成负压吸附腔室23，负压生产组件1和负压吸附腔室23连通用于抽取负压吸附腔室23内空气以形成真空负压，吸附板组件22上设有多个负压吸附孔221、用于在负压吸附腔室23内形成真空负压时将待焊接物负压吸附固定于吸附板组件22上以进行焊接作业。

焊接作业开始前，先将待焊接物（例如不锈钢板）放置于吸附板组件22上，然后开启负压生产组件1，负压生产组件1抽取负压吸附腔室23内空气以形成真空负压，此时，由于吸附板组件22上设有多个负压吸附孔221，使得放置于吸附板组件22上的待焊接物会在超强的真空负压的吸附作用下，被牢牢地吸附固定在吸附板组件22上。当待焊接物被吸附固定住后，即可在待焊接物上进行焊接作业。通过以上特殊的科学设计，具有如下优点：

一是焊接时，被焊接物被牢牢的负压吸附固定在呈平面的吸附板组件22上，使得被焊接物在焊接时不易发生扭曲形变，焊接完成的被焊接物的平面度大大提升。二是由于真空负压吸附的作用，使得被焊接物上的焊接高温能通过多个负压吸附孔221迅速流失，减少了被焊接物热容量的增大，减少了焊接结晶收缩，减少了导热及热膨胀系数增大等不利因素，使得被焊接物上的热应力集中被减少，进而极大减少了焊接变形，实现了极佳的焊接效果。三是本发明虽然采用真空吸附作用，但是并非盲目地直接吸附于被焊接物上，而是先通过呈平面的吸附板组件22对被焊接物形成很好的平面支撑，再利用吸附板组件22上的多个负压吸附孔221进行分散式吸附固定，使得既能有效保证了平面负压吸附的固定效果，同时又不会使被焊接物因强力吸附而出现焊缝下榻、或板面塌陷变形的焊接缺陷，有效保证了最终的焊接效果，特别适用于薄板与厚梁柱特殊产品的焊接需要（例如轨道交通车辆用的电气柜的焊接需要）。综上，通过以上设置，有效减少焊接时焊缝收缩，使得焊缝成型良好，焊接变形少，最终使得被焊接物的焊接效果极佳，提高了焊接成功率，极大减少了焊接后的后期整形调校工作，提高了整体工作效率，降低了工作成本，有力保证了产品的极佳质量。

如图1、图2所示，进一步，在较佳实施例中，吸附板组件22上还设有多个与负压吸附孔221相配合的密封件222，多个密封件222可拆卸地装设于任意多个负压吸附孔221内、用于将多个负压吸附孔221密封以在吸附板组件22上形成局部的焊接区，待焊接物的焊接部于焊接区处进行焊接作业。当被焊接物的焊接部位于负压吸附孔221处时，强劲的真空负压吸附力可能会造成焊缝缺陷。为此，本发明进一步提供多个与负压吸附孔221相配合的密封件222。操作人员可以根据不同待焊接物上的不同焊接部，利用密封件222在吸附板组件22上填补以形成不同的局部的焊接区，然后将该待焊接物上的焊接部对应放置于该焊接区后，再进行真空负压吸附和焊接作业，直接避免了负压吸附力造成的焊缝缺陷。同时，由于多个密封件222可拆卸地装设于任意多个负压吸附孔221内，使得本发明的焊接装置能够适应不同焊缝分布的待焊接物，使用范围广泛。

如图2所示，进一步，在较佳实施例中，每个负压吸附孔221均为内螺纹孔，每个密封件222均呈螺钉状用于旋入固定于负压吸附孔221内。通过这样的设置，使得每个密封件222不会被强劲的真空负压吸附力吸进至负压吸附腔室23内，有效保证了焊接区的实现和后续焊接作业的进行。当然，在其他实施例中，密封件222也可以设计为其他形式，例如设计为长钉状，使之插入负压吸附孔221后也不会被吸附掉落，或者设计为楔形状等，只要和负压吸附孔221相配合，既能对负压吸附孔221进行堵塞密封，又不会被吸附掉落，都应属于本发明的保护范围。

进一步，在较佳实施例中，吸附板组件22由导热性好的金属材料制成，优选由铜制成。通过这样的设置，使得在焊接作业时，被焊接物上的焊接高温不但能通过多个负压吸附孔221迅速流失，同时，吸附板组件22能够最大限度的传递、分散焊接产生的高温热量，进一步减少了被焊接物热容量的增大，进一步减少了焊接结晶收缩，进而极大减少了焊接变形，进一步保证了极佳焊接效果的实现。在本优选实施例中，吸附板组件22和密封件222均由铜制成，铜具有极佳的散热性能，又能耐高温。当然，在其他实施例中，吸附板组件22也可以由其他导热性好的金属材料制成，例如铝、铜铝合金等。

如图1、图4、图5所示，进一步，在较佳实施例中，负压板组件21包括构成腔体的底板和设于底板四周的侧板，腔体内于底板顶面上设有多个呈阵列布置的凸起支撑块211，相邻凸起支撑块211之间留有间距以形成相互连通的气道212，吸附板组件22承载于凸起支撑块211上以和负压板组件21配合形成负压吸附腔室23，吸附板组件22上的多个负压吸附孔221均对应设于气道212的上方，负压生产组件1和气道212连通以快速抽取负压吸附腔室23内空气形成真空负压。

通过这样的设置，一是使得吸附板组件22能够得到很均衡的承载，使得吸附板组件22自身不会因负压吸附或者被焊接物的压迫而出现下陷，有效保证了吸附板组件22自身的整体平面性，进而有效保证吸附板组件22上的被焊接物的焊接平面度。二是相互连通的气道212能够使得负压吸附腔室23内的气体能够快速的被负压生产组件1抽取，以快速形成真空负压环境后进行吸附焊接，提高了工作效率。三是呈阵列布置的凸起支撑块211形成了呈阵列的气道212，多个负压吸附孔221均对应设于呈阵列的气道212的上方，使得每个负压吸附孔221的负压吸附力都相对均衡，使得吸附板组件22能实现均衡分布的负压吸附，有效保证了待焊接物的均衡固定，进而有效保证极佳的焊接效果。

如图4、图5所示，进一步，在较佳实施例中，负压板组件21于四周侧板的顶部上设有一圈密封条213，用于使负压吸附板组件2和待焊接物密封接触后进行负压吸附焊接作业。密封条213据有一定的弹性，使得待焊接物被吸附时会挤压密封条213，进而使得待焊接物仍被吸附固定在吸附板组件22板面上。通过这样的设置，进一步使得待焊接物能够十分牢固的被吸附在吸附板组件22上以进行焊接作业。当然，在其他实施例中，当待焊接物不能全部覆盖于密封条213上时，也可以利用前述的密封件222将未被待焊接物覆盖住的负压吸附孔221堵塞密封，也能使得待焊接物在极强负压作用下吸附固定于吸附板组件22上。

如图1所示，进一步，在较佳实施例中，还包括底座3和气管4，负压吸附板组件2通过气管4与负压生产组件1连通，负压吸附板组件2可拆卸地承载于底座3上以进行负压吸附焊接作业，负压板组件21的底面上设有一个以上的拉手214、用于将负压吸附板组件2从底座3上提起并移动至带焊接物上进行负压吸附焊接作业。在本实施例中，负压生产组件1为真空机，真空机通过气管4抽取负压吸附腔室23内空气。通过设置底座3，形成了一个焊接工作台，便于操作人员将大型的待焊接物直接放置于负压吸附板组件2上进行吸附后的焊接作业。而当待焊接物为一复杂结构体时，例如为轨道交通车辆用的电气柜，而焊接部位于柜体内部时，为便于柜内狭小空间的操作，操作人员可以利用拉手214，将负压吸附板组件2从底座3上提起并灵活移动至柜内的焊接部处，针对柜内各个焊接部再一一进行负压吸附后的焊接作业。使得本发明的负压吸附焊接装置，能够满足多种复杂结构形式的待焊接物的焊接需要，应用范围和应用前景十分广泛。在本实施例中，真空机与气管4通过一个气阀装置进行连通（图中未示出），气阀装置即可以作为中间平衡阀，用于调节负压吸附板组件2的气压，同时，气阀装置上设有多个接口，以满足多个负压吸附板组件2通过多根气管4与真空机连接，以同时进行多个焊接工作。

如图1所示，进一步，在较佳实施例中，底座3上于负压吸附板组件2的四周均设有一块用于支撑待焊接物的焊接支撑板31。当待焊接物的体积或面积较大时，焊接支撑板31能够对该待焊接物形成很好的支撑，使得其不会发生折弯或其他形变，有效的保证了产品的完整性。在本实施例中，四块焊接支撑板31均与负压吸附板组件2设置为一个平面，当然，在其他实施例中，焊接支撑板31也可以设计为一块、两块或多块，并且也不一定要设置在同一平面上，可以设置在不同平面以满足不同结构形式的待焊接物的支撑需要。

本发明还提供一种基于上述负压吸附焊接装置的负压吸附焊接方法，步骤如下：

A）将吸附板组件22与待焊接物接触，使待焊接物的焊接部位于吸附板组件22处；

B）负压生产组件1工作，抽取负压吸附腔室23内空气以形成真空负压，并通过多个负压吸附孔221将待焊接物牢牢地负压吸附固定于吸附板组件22上；

C）对待焊接物的焊接部进行焊接作业；

D）焊接作业完成后，负压生产组件1停止工作，以使待焊接物不再负压吸附固定于吸附板组件22上。

进一步，在较佳实施例中，步骤A）中，根据待焊接物的焊接部的具体位置，调整吸附板组件22与待焊接物的接触方位，使得焊接部不处于负压吸附孔221处，即可以使得该焊接部位于多个个或者两行负压吸附孔221之间的空白处，避免了负压吸附力造成的焊缝缺陷；或者，根据待焊接物的焊接部的具体位置，使用密封件将部分负压吸附孔221密封以在吸附板组件22上形成局部的焊接区，然后使得待焊接物的焊接部处于焊接区处，也可以避免负压吸附力造成的焊缝缺陷。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。