不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置及方法与流程

本发明涉及轨道客车激光叠焊技术领域，具体涉及一种不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置及方法。

背景技术：

现有不锈钢轨道车辆车体表面一般为免涂装产品，采用美观拉丝处理的钢板制造，在进行电阻焊后产生一定焊接凹痕，影响车辆整体外观美观性，通过采用激光叠焊技术后可实现车体外表没有明显焊接痕迹，焊接强度明显提高，车辆的整体美观性和产品质量均有很高提升。由于激光叠焊是激光焊接技术的特殊应用，对焊接参数需要精确的控制，才能既保证焊接熔深和强度，又能够控制焊后车体外表没有焊接痕迹，所以对激光叠焊的产品工件组对及完全贴合提出了极高的要求。

如图1和图2所示，不锈钢轨道客车的侧墙1为弧面结构，其由外板1-1、上边梁1-2、波纹板1-3、立柱1-4和窗口1-5构成，波纹板1-3由窗下波纹板1-3-1、窗侧短波纹板1-3-2和窗边长波纹板1-3-3组成，立柱1-4由窗下小立柱1-4-1和窗侧长立柱1-4-2组成。由于侧墙1为弧面结构，且由外板、波纹板、立柱、边梁多层结构焊接形成，即使通过真空吸附装置实现侧墙外板1-1与现有装夹定位工装的定位基础面完全密贴，但却无法实现利用现有装夹定位工装使每个激光叠焊接头(例如，每个波纹板与外板的叠焊接头、每个立柱与每个波纹板的叠焊接头、边梁与外板的叠焊接头)满足压紧密贴的要求，进而无法实现使用激光叠焊技术对侧墙1的焊接。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置及方法，其是根据产品结构特点开发的合理有效且可靠的激光叠焊接头的压紧密贴装置，能够满足激光叠焊的工艺要求，实现产品批量化和高质量的生产制造。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置，其包括波纹板及边梁压紧工装、立柱压紧工装和压紧滚轮机构；所述波纹板及边梁压紧工装包括多个第一压紧机构、多个第二压紧机构、第三压紧机构和多个第四压紧机构，第一压紧机构、第二压紧机构、第三压紧机构和第四压紧机构均具有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的镂空结构；多个第一压紧机构两两对称设置，用于压紧窗下波纹板与外板的焊缝位置，以及窗侧短波纹板与外板的焊缝位置；多个第二压紧机构两两对称设置，用于压紧窗边长波纹板与外板的焊缝位置；第三压紧机构和多个第四压紧机构用于压紧上边梁的中部与外板的焊缝位置；所述立柱压紧工装包括多个第五压紧机构、多个第六压紧机构、多个第七压紧机构和多个第八压紧机构，第五压紧机构、第六压紧机构、第七压紧机构和第八压紧机构均具有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的镂空结构；多个第五压紧机构用于压紧上边梁的两端与窗侧长立柱的焊缝位置，以及窗边长波纹板的两端与窗侧长立柱的焊缝位置；多个第六压紧机构用于压紧窗下小立柱与靠近窗口一侧的窗下波纹板的焊缝位置；多个第七压紧机构用于压紧窗下小立柱与远离窗口一侧的窗下波纹板的焊缝位置，以及窗侧长立柱与窗下波纹板的焊缝位置；多个第八压紧机构用于同时压紧相邻的窗下小立柱、窗侧长立柱与窗下波纹板的焊缝位置；所述压紧滚轮机构包括滚轮和旋转臂，滚轮固定在旋转臂上，滚轮用于在焊接无压紧工装位置处压紧焊缝位置；旋转臂固定在激光焊头上，旋转臂可绕激光焊头旋转90度。

上述第一压紧机构包括第一操作梁、两个第一l形连接板和两个第一压块，两个第一l形连接板的竖直段上部对称固定在第一操作梁前端的两侧，两个第一l形连接板的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第一长条孔；两个第一压块分别固定在两个第一l形连接板的水平段底部，每个第一压块在对应第一l形连接板的第一长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第二长条孔。

上述第二压紧机构包括第二操作梁和两个第二压块，两个第二压块的上部对称固定在第二操作梁前端的两侧，两个第二压块自上而下各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的凹槽。

上述第三压紧机构包括第三操作梁、第三连接块和第六压块，第六压块的上部通过第三连接块固定在第三操作梁前端的下侧，第六压块的横断面为几字形结构，第六压块的两侧各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的第三通孔。

上述第四压紧机构包括第四操作梁、第二连接块和第五压块，第五压块的上部通过第二连接块固定在第四操作梁前端的下侧，第五压块的横断面为几字形结构，第五压块的两侧各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的第二通孔。

上述第五压紧机构包括第五操作梁、两个第二l形连接板、第一连接块、两个第三压块和第四压块；两个第二l形连接板的竖直段上部对称固定在第五操作梁前端的两侧，两个第二l形连接板的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第三长条孔；两个第三压块分别固定在两个第二l形连接板的水平段底部，每个第三压块在对应第二l形连接板的第三长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第四长条孔；第四压块的上部通过第一连接块固定在第五操作梁后端的下侧，第四压块的横断面为几字形结构，第四压块的两侧各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的第一通孔。

上述第六压紧机构包括第六操作梁、两个第三l形连接板、两个第七压块、第八压块和第九压块；两个第三l形连接板的竖直段上部对称固定在第六操作梁前端的两侧，两个第三l形连接板的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第五长条孔；两个第七压块分别固定在两个第三l形连接板的水平段底部，每个第七压块在对应第三l形连接板的第五长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第六长条孔；第八压块和第九压块固定在第六操作梁中部的底端位置。

上述第七压紧机构包括第七操作梁、两个第四l形连接板、两个第十压块和第十一压块；两个第四l形连接板的竖直段上部对称固定在第七操作梁前端的两侧，两个第四l形连接板的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第七长条孔；两个第十压块分别固定在两个第四l形连接板的水平段底部，每个第十压块在对应第四l形连接板的第七长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第八长条孔；第十一压块固定在第七操作梁中部的底端位置。

上述第八压紧机构包括第八操作梁、两个第五l形连接板、两个第十二压块、两个第六l形连接板、两个第十三压块和第十四压块；第八操作梁的前部为具有两个叉齿的叉形结构，第十四压块固定在第八操作梁叉形结构的叉杆底端位置；两个第五l形连接板的竖直段上部对称固定在第八操作梁一个叉齿前端的两侧，两个第五l形连接板的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第九长条孔；两个第十二压块分别固定在两个第五l形连接板的水平段底部，每个第十二压块在对应第五l形连接板的第九长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第十长条孔；两个第六l形连接板的竖直段上部对称固定在第八操作梁另一个叉齿前端的两侧，两个第六l形连接板的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第十一长条孔；两个第十三压块分别固定在两个第六l形连接板的水平段底部，每个第十三压块在对应第六l形连接板的第十一长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第十二长条孔。

基于上述不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置的焊接方法，其包括如下步骤：

第一步、利用真空吸附装置将侧墙的外板吸附定位后，将上边梁、窗口周边的窗侧短波纹板和两个窗边长波纹板放置在外板上，通过第三压紧机构和多个第四压紧机构将上边梁的中部与外板压紧定位，通过多组对称设置的第二压紧机构将两个窗边长波纹板与外板压紧定位，通过多组对称设置的第一压紧机构将窗侧短波纹板与外板压紧定位，采用压紧滚轮机构的滚轮进行上边梁与外板的搭接焊缝、窗侧短波纹板与外板的搭接焊缝、两个窗边长波纹板与外板的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂将滚轮转角90℃进行避让，并通过压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接；

第二步、将窗口下边的窗下波纹板放置在外板上，通过多组对称设置的第一压紧机构将窗下波纹板与外板压紧定位，采用压紧滚轮机构的滚轮进行窗下波纹板与外板的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂将滚轮转角90℃进行避让，并通过第一压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接；

第三步、将窗侧长立柱放置在窗口两侧的波纹板上，通过多个第五压紧机构和多个第七压紧机构将上边梁的两端与窗侧长立柱压紧定位，同时将窗侧长立柱与窗口两侧的波纹板压紧定位，采用压紧滚轮机构的滚轮进行窗侧长立柱与窗口两侧波纹板的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂将滚轮转角90℃进行避让，并通过压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接；

第四步、将窗下小立柱放置在窗口下边的波纹板上，通过多个第六压紧机构和多个第七压紧机构将窗下小立柱与窗下波纹板压紧定位，通过多个第八压紧机构将相邻的窗下小立柱和窗侧长立柱与窗下波纹板压紧定位，采用压紧滚轮机构的滚轮进行窗下小立柱与窗下波纹板的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂将滚轮转角90℃进行避让，并通过压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接，至此完成侧墙的激光叠焊焊接。

本发明的有益效果是：通过真空吸附装置实现侧墙外板与工装定位基础面完全密贴，在激光叠焊专用激光焊头上配置通用性和灵活性较高的焊接压紧滚轮，实现没有压紧工装位置处的常规焊缝的压紧密贴；将波纹板及边梁压紧工装、立柱压紧工装均在焊缝位置设计成镂空结构，满足工件定位位置的焊缝能够在压紧密贴状态下焊接，保证所有焊缝全部在完全密贴状态下进行激光叠焊焊接。

附图说明

图1是不锈钢轨道客车侧墙的结构示意图。

图2是图1的爆炸结构示意图。

图3是本发明中的波纹板及边梁压紧工装结构示意图。

图4是本发明中的第一压紧机构结构示意图。

图5是本发明中的第二压紧机构结构示意图。

图6是本发明中的第三压紧机构结构示意图。

图7是本发明中的第四压紧机构结构示意图。

图8是本发明中的立柱压紧工装结构示意图。

图9是本发明中的第五压紧机构结构示意图。

图10是本发明中的第六压紧机构结构示意图。

图11是本发明中的第七压紧机构结构示意图。

图12是本发明中的第八压紧机构结构示意图。

图13是本发明中的压紧滚轮机构结构示意图。

图14是本发明利用波纹板及边梁压紧工装将波纹板、上边梁与外板压紧定位的结构示意图。

图15是本发明利用立柱压紧工装将立柱与上边梁、波纹板压紧定位的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图3至图13所示，本发明的不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置包括波纹板及边梁压紧工装a、立柱压紧工装b和压紧滚轮机构c。压紧滚轮机构c具有配合激光焊头同步实现各种焊缝位置的压紧功能，通过激光叠焊机器人自动编程软件设定压紧的压力值，实现激光叠焊的自动焊接和加压。

波纹板及边梁压紧工装a包括十八个第一压紧机构2、四个第二压紧机构3、一个第三压紧机构4和两个第四压紧机构5，上述第一压紧机构2、第二压紧机构3、第三压紧机构4和第四压紧机构5均具有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的镂空结构；十八个第一压紧机构2两两对称设置，用于压紧窗下波纹板1-3-1与外板1-1的焊缝位置，以及窗侧短波纹板1-3-2与外板1-1的焊缝位置；四个第二压紧机构3两两对称设置，用于压紧窗边长波纹板1-3-3与外板1-1的焊缝位置；第三压紧机构4和两个第四压紧机构5用于压紧上边梁1-2的中部与外板1-1的焊缝位置。

立柱压紧工装b包括六个第五压紧机构6、三个第六压紧机构7、九个第七压紧机构8和两个第八压紧机构9，上述第五压紧机构6、第六压紧机构7、第七压紧机构8和第八压紧机构9均具有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的镂空结构；六个第五压紧机构6用于压紧上边梁1-2的两端与窗侧长立柱1-4-2的焊缝位置，以及窗边长波纹板1-3-3的两端与窗侧长立柱1-4-2的焊缝位置；三个第六压紧机构7用于压紧窗下小立柱1-4-1与靠近窗口1-5一侧的窗下波纹板1-3-1的焊缝位置；九个第七压紧机构8用于压紧窗下小立柱1-4-1与远离窗口1-5一侧的窗下波纹板1-3-1的焊缝位置，以及窗侧长立柱1-4-2与窗下波纹板1-3-1的焊缝位置；两个第八压紧机构9用于同时压紧相邻的窗下小立柱1-4-1、窗侧长立柱1-4-2与窗下波纹板1-3-1的焊缝位置。

压紧滚轮机构c包括滚轮10和旋转臂11，滚轮10固定在旋转臂11上，滚轮10用于在焊接无压紧工装位置处压紧焊缝位置；旋转臂11固定在激光焊头12上，旋转臂11可绕激光焊头旋转90度，以使滚轮10避让波纹板及边梁压紧工装a和立柱压紧工装b。

第一压紧机构2包括第一操作梁2-1、两个第一l形连接板2-2和两个第一压块2-3，两个第一l形连接板2-2的竖直段上部对称固定在第一操作梁2-1前端的两侧，两个第一l形连接板2-2的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第一长条孔；两个第一压块2-3分别固定在两个第一l形连接板2-2的水平段底部，每个第一压块2-3在对应第一l形连接板2-2的第一长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第二长条孔。

第二压紧机构3包括第二操作梁3-1和两个第二压块3-2，两个第二压块3-2的上部对称固定在第二操作梁3-1前端的两侧，两个第二压块3-2自上而下各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的凹槽3-2-1。

第三压紧机构4包括第三操作梁4-1、第三连接块4-2和第六压块4-3，第六压块4-3的上部通过第三连接块4-2固定在第三操作梁4-1前端的下侧，第六压块4-3的横断面为几字形结构，第六压块4-3的两侧各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的第三通孔4-3-1。

第四压紧机构5包括第四操作梁5-1、第二连接块5-2和第五压块5-3，第五压块5-3的上部通过第二连接块5-2固定在第四操作梁5-1前端的下侧，第五压块5-3的横断面为几字形结构，第五压块5-3的两侧各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的第二通孔5-3-1。

第五压紧机构6包括第五操作梁6-1、两个第二l形连接板6-2、第一连接块6-3、两个第三压块6-4和第四压块6-5。

两个第二l形连接板6-2的竖直段上部对称固定在第五操作梁6-1前端的两侧，两个第二l形连接板6-2的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第三长条孔；两个第三压块6-4分别固定在两个第二l形连接板6-2的水平段底部，每个第三压块6-4在对应第二l形连接板6-2的第三长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第四长条孔。

第四压块6-5的上部通过第一连接块6-3固定在第五操作梁6-1后端的下侧，第四压块6-5的横断面为几字形结构，第四压块6-5的两侧各设有一个用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的第一通孔6-5-1。

第六压紧机构7包括第六操作梁7-1、两个第三l形连接板7-2、两个第七压块7-3、第八压块7-4和第九压块7-5；两个第三l形连接板7-2的竖直段上部对称固定在第六操作梁7-1前端的两侧，两个第三l形连接板7-2的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第五长条孔；两个第七压块7-3分别固定在两个第三l形连接板7-2的水平段底部，每个第七压块7-3在对应第三l形连接板7-2的第五长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第六长条孔；第八压块7-4和第九压块7-5固定在第六操作梁7-1中部的底端位置。

第七压紧机构8包括第七操作梁8-1、两个第四l形连接板8-2、两个第十压块8-3和第十一压块8-4；两个第四l形连接板8-2的竖直段上部对称固定在第七操作梁8-1前端的两侧，两个第四l形连接板8-2的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第七长条孔；两个第十压块8-3分别固定在两个第四l形连接板8-2的水平段底部，每个第十压块8-3在对应第四l形连接板8-2的第七长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第八长条孔；第十一压块8-4固定在第七操作梁8-1中部的底端位置。

第八压紧机构9包括第八操作梁9-1、两个第五l形连接板9-2、两个第十二压块9-3、两个第六l形连接板9-4、两个第十三压块9-5和第十四压块9-6；第八操作梁9-1的前部为具有两个叉齿的叉形结构，第十四压块9-6固定在第八操作梁9-1叉形结构的叉杆底端位置。

两个第五l形连接板9-2的竖直段上部对称固定在第八操作梁9-1一个叉齿前端的两侧，两个第五l形连接板9-2的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第九长条孔；两个第十二压块9-3分别固定在两个第五l形连接板9-2的水平段底部，每个第十二压块9-3在对应第五l形连接板9-2的第九长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第十长条孔。

两个第六l形连接板9-4的竖直段上部对称固定在第八操作梁9-1另一个叉齿前端的两侧，两个第六l形连接板9-4的水平段中部设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第十一长条孔；两个第十三压块9-5分别固定在两个第六l形连接板9-4的水平段底部，每个第十三压块9-5在对应第六l形连接板9-4的第十一长条孔的位置处设有用于将激光头上的焊针引至焊缝位置的贯通的第十二长条孔。

波纹板及边梁压紧工装a、立柱压紧工装b均可以采用气缸或液压缸提供动力，通过各操作梁的后端进行气动或液动施压，构成气动夹钳或者液压夹钳机构，实现各端部焊缝位置处焊接工件的密贴，保证焊接质量。

如图14和图15所示，本发明基于上述不锈钢轨道客车侧墙激光叠焊接头压紧装置的焊接方法包括如下步骤：

第一步、利用真空吸附装置将侧墙1的外板1-1吸附定位后，将上边梁1-2、窗口1-5周边的窗侧短波纹板1-3-2和两个窗边长波纹板1-3-3放置在外板1-1上，通过第三压紧机构4和两个第四压紧机构5将上边梁1-2的中部与外板1-1压紧定位，通过两组对称设置的第二压紧机构3将两个窗边长波纹板1-3-3与外板1-1压紧定位，通过六组对称设置的第一压紧机构2将窗侧短波纹板1-3-2与外板1-1压紧定位，采用压紧滚轮机构c的滚轮10进行上边梁1-2与外板1-1的搭接焊缝、窗侧短波纹板1-3-2与外板1-1的搭接焊缝、两个窗边长波纹板1-3-3与外板1-1的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮10随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂11将滚轮10转角90℃进行避让，并通过压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接；

第二步、将窗口1-5下边的窗下波纹板1-3-1放置在外板1-1上，通过三组对称设置的第一压紧机构2将窗下波纹板1-3-1与外板1-1压紧定位，采用压紧滚轮机构c的滚轮10进行窗下波纹板1-3-1与外板1-1的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮10随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂11将滚轮10转角90℃进行避让，并通过第一压紧机构2上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接；

第三步、将窗侧长立柱1-4-2放置在窗口1-5两侧的波纹板上，通过六个第五压紧机构6和六个第七压紧机构8将上边梁1-2的两端与窗侧长立柱1-4-2压紧定位，同时将窗侧长立柱1-4-2与窗口1-5两侧的波纹板压紧定位，采用压紧滚轮机构c的滚轮10进行窗侧长立柱1-4-2与窗口1-5两侧波纹板的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮10随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂11将滚轮10转角90℃进行避让，并通过压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接；

第四步、将窗下小立柱1-4-1放置在窗口1-5下边的波纹板上，通过三个第六压紧机构7和三个第七压紧机构8将窗下小立柱1-4-1与窗下波纹板1-3-1压紧定位，通过两个第八压紧机构9将相邻的窗下小立柱1-4-1和窗侧长立柱1-4-2与窗下波纹板1-3-1压紧定位，采用压紧滚轮机构c的滚轮10进行窗下小立柱1-4-1与窗下波纹板1-3-1的搭接焊缝的随行压紧，启动激光叠焊机器人，在没有任何压紧机构的焊缝位置处，通过滚轮10随焊针同步行走实施激光焊接，在有压紧机构的焊缝位置处，通过旋转臂11将滚轮10转角90℃进行避让，并通过压紧机构上的镂空结构将焊针引至焊缝位置进行激光焊接，至此完成侧墙1的激光叠焊焊接过程。