■ 唐淑勤，韓峰，鄭凱，劉碧輝

1.概述

與傳統(tǒng)的弧焊和電阻點(diǎn)焊相比，激光焊接技術(shù)具有能量密度高，穿透能力強(qiáng)，焊接速度快，焊接變形小，焊接外形美觀等優(yōu)勢(shì)。但是激光焊接技術(shù)對(duì)工件裝配質(zhì)量有極其苛刻的要求，傳統(tǒng)的激光焊接試件裝配主要通過(guò)手動(dòng)壓緊和氣缸自動(dòng)壓緊形式，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的電磁吸附式激光焊接試驗(yàn)工裝具有快速切換、工裝柔性化好、適用范圍廣、裝配質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，具體對(duì)比如表1所示。

本項(xiàng)目在現(xiàn)有激光焊接裝配技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了新型多功能激光焊接試驗(yàn)平臺(tái)，用于激光焊接設(shè)備日常焊接工藝試驗(yàn)。焊接試驗(yàn)平臺(tái)在滿足現(xiàn)車手動(dòng)壓緊和氣缸自動(dòng)壓緊功能的基礎(chǔ)上完成電磁吸附壓緊功能開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行激光焊接試驗(yàn)，分析了電磁場(chǎng)對(duì)激光焊縫的影響，研究電磁吸附式工裝用于奧氏體不銹鋼車體激光焊接的可行性。

2.電磁吸附式試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

（1）電磁吸附工裝的應(yīng)用 目前電磁吸附工裝在工件搬運(yùn)及機(jī)械加工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，采用磁力吸盤對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行吸合固定，如機(jī)械加工車削、銑削、磨削、鏜削、鍛件模具加工的緊固工作。

在軌道交通行業(yè)中，電磁吸附工裝已成功應(yīng)用于歐洲高強(qiáng)碳鋼車體側(cè)墻激光焊接。

（2）電磁吸附工作原理 電磁吸附主要是利用不同永磁的不同特性，通過(guò)電控系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部磁路的分布進(jìn)行控制與轉(zhuǎn)換，使永磁磁場(chǎng)在系統(tǒng)內(nèi)部自身平衡，對(duì)外表特征為消磁（DEMAG）即放松狀態(tài)；或者釋放到吸盤的工作表面，對(duì)外表特征為充磁（MAG）即夾緊狀態(tài)。

（3）電磁吸附式試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及制造 本工裝主要由下部支撐框架、電永磁吸附式上部裝配平臺(tái)、氣動(dòng)壓緊式上部裝配平臺(tái)三部分構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。

圖1 電磁吸附式試驗(yàn)平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)

第一，下部支撐框架：下部支撐框架主要用于支撐和安裝電永磁吸附式上部裝配平臺(tái)及試板等零部件的存放功能。電磁吸附式上部裝配平臺(tái)與機(jī)械壓緊式上部裝配平臺(tái)安裝于此下部支撐框架上，框架組焊完成后進(jìn)行退火及整體加工，支撐框架的上下平面為加工面，上平面的平面度要求≤0.1mm/m，全長(zhǎng)≤0.2mm；框架本身具有良好的強(qiáng)度及剛度，在長(zhǎng)期運(yùn)輸及使用過(guò)程中不得出現(xiàn)變形。

表1 各種裝配方式對(duì)比

第二，電永磁吸附式上部裝配平臺(tái)：電永磁吸附式上部平臺(tái)（見(jiàn)圖1右側(cè)部分）主要用于搭接及對(duì)接激光焊接試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)厚度為3mm+2mm或以上組合不銹鋼搭接試板的壓緊。電永磁吸盤通過(guò)螺栓連接固定在下部支撐框架平臺(tái)上，連接可靠拆卸方便。導(dǎo)磁塊安裝于電永磁吸盤上，安裝好后進(jìn)行整體加工，加工后導(dǎo)磁塊厚度為20mm，最后進(jìn)行表面鍍鉻處理。鍍鉻處理后，鍍層附著良好，不會(huì)出現(xiàn)脫落剝離現(xiàn)象。

對(duì)不同形式的試板種類分別設(shè)計(jì)了不同的上部輔助壓塊，壓塊設(shè)計(jì)合理，保證橫梁的方便除預(yù)留給激光焊的空間外均處于約束狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)激光頭保護(hù)氣管的避讓。所有壓塊表面均進(jìn)行鍍鉻處理，鍍層附著良好不會(huì)出現(xiàn)破損及脫落現(xiàn)象。激光焊縫處設(shè)置鉻鋯銅墊板，墊板在焊縫正下方開(kāi)有凹槽，使焊縫下部為懸空狀態(tài)。對(duì)日常激光焊接位置進(jìn)行刻線標(biāo)識(shí)。電永磁吸盤走線均為暗線，電永磁控制器安裝于下部支撐框架封板上，操作方便，簡(jiǎn)潔規(guī)整。

第三，氣動(dòng)壓緊式上部裝配平臺(tái)：氣動(dòng)壓緊式式上部平臺(tái)主要用于搭接及對(duì)接激光焊接試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)厚度為3mm+2mm或以上組合不銹鋼搭接試板的壓緊。平臺(tái)臺(tái)面為鋁合金材質(zhì)，厚度為加工后30mm，采用螺栓連接安裝于下部框架平臺(tái)上，安裝后整體加工，高度與電永磁吸盤平臺(tái)平齊，整體平面度≤0.1mm/m。

上部壓緊采用氣動(dòng)整體壓緊裝置（見(jiàn)圖1左側(cè)），壓緊裝置通過(guò)直線滑軌安裝于下部框架兩側(cè)，可以沿平臺(tái)通長(zhǎng)移動(dòng)。每個(gè)氣缸壓緊裝置包含9個(gè)氣缸壓緊壓頭，和兩側(cè)氣缸舉升裝置。壓緊氣缸缸徑為20mm，行程為20mm。壓緊氣缸通過(guò)螺栓緊固在壓緊橫梁上，可通過(guò)長(zhǎng)圓孔進(jìn)行局部調(diào)整。舉升氣缸缸徑為50mm，行程為80mm。上料及出胎時(shí)舉升氣缸舉升、移動(dòng)，避免有干涉。氣缸壓緊裝置安裝于滑塊上，可沿滑軌通長(zhǎng)移動(dòng)，并能實(shí)現(xiàn)精確定位和鎖緊。對(duì)日常激光焊接位置進(jìn)行刻線標(biāo)識(shí)。

（4）焊接工藝試驗(yàn) 嚴(yán)格按照ISO EN15614-11標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行激光焊工藝試驗(yàn)，參數(shù)如表2所示。對(duì)比分析電磁場(chǎng)對(duì)激光焊接焊縫光致等離子體、焊縫成形及接頭強(qiáng)度的影響，焊縫形貌如圖2所示。

如圖2及表2所示，增加電磁場(chǎng)以后激光焊接接頭拉伸強(qiáng)度與未加磁場(chǎng)接頭變化不大，均高于標(biāo)準(zhǔn)拉伸強(qiáng)度要求；增加電磁場(chǎng)焊接接頭熔深明顯增加，熔寬明顯減小，表明增加電磁場(chǎng)后焊縫熱影響區(qū)更小，具有更好的接頭形狀，并有較小的變形趨勢(shì)。

圖2 激光焊縫宏觀形貌

表2 焊接試驗(yàn)參數(shù)

（5）不銹鋼地鐵側(cè)墻單元電磁吸附壓緊工裝研究 根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，電磁場(chǎng)的加入有利于激光焊接焊縫性能的提升，現(xiàn)車生產(chǎn)具備使用電磁吸附壓緊工裝完成側(cè)墻單元激光焊接的條件。根據(jù)現(xiàn)車激光焊縫特點(diǎn)，結(jié)合電磁吸附工裝原理，針對(duì)現(xiàn)有側(cè)墻單元激光焊接結(jié)構(gòu)，研究可應(yīng)用于現(xiàn)車的新型側(cè)墻單元裝配壓緊工裝結(jié)構(gòu)及規(guī)格參數(shù)，進(jìn)行側(cè)墻單元電磁吸附工裝概念設(shè)計(jì)。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)制作的電磁吸附式平臺(tái)進(jìn)行激光焊接工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，電磁場(chǎng)加入后，在相同焊接參數(shù)條件下，拉伸強(qiáng)度變化不大，激光焊縫熔深增大，熔寬減小，具有更好的接頭形狀，有利于激光焊接焊縫性能的提升，并應(yīng)用于車體不銹鋼的焊接，取得了較好的效果。