激光切割在汽車橋殼焊接中的應用

1、激光切割在汽車橋殼焊接中的應用河北科技大學機械電子工程學院(石家莊市050054金清肅婁晨輝趙曉明馮運摘要在橋殼的焊接中,應用激光切割的方法改進沖裁下料工藝,較好地解決了傳統(tǒng)下料工藝中存在的割縫質(zhì)量差的問題,同時還降低了生產(chǎn)成本,提高了焊接效率。關(guān)鍵詞:激光切割焊接橋殼APPL I CAT I O N O F LASER CUTT I NG I N W ELD I NG O F BR I D GE CASEHebei University of Science and Technol ogyJ i n Q i n gsu,L ou Chenhu i,Zhao X i a om i n g,Fe

2、ng Y unAbstractThe app licati on of laser cutting during the welding of bridge case was used t o i m p r ove the technol ogy of blanking.It s olved the p r oblem of welding quality in the traditi onal blanking p r ocess,and reduced the manufacture cost and raised welding efficiency.Key words:l a ser

3、 cutti n g,weld i n g,br i dge ca se在國內(nèi),由于受技術(shù)、資金、傳統(tǒng)觀念等因素的影響,激光切割的應用與先進國家相比差距甚大,目前國內(nèi)激光切割設備擁有量只有數(shù)百臺套,不足美國的百分之一。根據(jù)美國的經(jīng)驗,激光切割的成本是傳統(tǒng)切割的80%1。在汽車行業(yè)中板材切割量非常大。如果在國內(nèi)大量用激光切割代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模具沖裁落料,可以節(jié)省大量的模具制造費用,從而產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。此外,激光切割是通過計算機控制,可以精確地切割復雜的圖案,并便于修改,與傳統(tǒng)的模具沖裁落料工藝相比,編制加工程序和修改數(shù)據(jù)要比做模具便捷的多,這樣可縮短新產(chǎn)品的加工周期,更適應當今產(chǎn)品多品種、小批量、

4、更新快、個性化的設計需要?；谏鲜黾す馇懈畹拿黠@優(yōu)勢和更大的發(fā)展空間,筆者在汽車橋殼焊接上做了一些初步的嘗試,并收到了很好的效果。1原橋殼焊接存在的問題某廠原橋殼的上橋片是用5mm厚的16Mn鋼板,通過沖裁下料模具和成形模具兩次加工完成的。然后,與加工工藝相同的下橋片對接,中間再用兩個三角塊填補,最后焊接成橋殼,如圖1所示 。圖1原橋殼示意圖由于傳統(tǒng)工藝中板材毛坯沖裁的輪廓和精度不盡人意,造成上、下橋片成形后與三角塊一起對接時,割縫寬窄不一,高低不齊,為下面的自動焊接帶來加工問題和質(zhì)量問題。車橋成品試漏時,在三角區(qū)常出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。故此,三角區(qū)不得不改為手工焊接。分析板材毛坯沖裁質(zhì)量問題有以下原

5、因:由于橋片的部分區(qū)域成形復雜,其毛坯輪廓很難精確設計計算,要想得到理想的橋片毛坯輪廓,保證成形后橋片邊緣形狀滿足焊接路徑平直的要求,需要對毛坯輪廓多次試料修正,但以往這些修正是通過傳統(tǒng)的機加方法,對復雜毛坯輪廓的修正,機加方法非常困難、精度也不高。既使毛坯輪廓尺寸反復修正,還是達不到要求,再根據(jù)毛坯輪廓尺寸制造沖裁模具,其過程84焊接2006(7中又會出現(xiàn)毛坯的測量誤差和沖裁模具的加工誤差。最后用于成形模具的毛坯輪廓尺寸很難滿足成形件邊緣形狀精度較高的要求。為了解決上述難題,原設計不得不采用比較簡單的橋片毛坯輪廓。這就造成成形后的上、下橋片與填補三角塊用半徑不易確定的r圓弧對接(圖1,并且,

6、三角塊的對接處在橋片圓<85mm向平面尺寸90mm 的過渡面之間。因此,使得自動焊接的路徑既不平也不直。2激光切割在橋殼設計和焊接中的應用激光切割設備是一套完整的加工系統(tǒng),它包括激光器、光路系統(tǒng)、加工機、控制器。其中激光器是加工系統(tǒng)的核心部件。80%的激光切割采用16k W的CO2激光器。目前國內(nèi)有數(shù)家單位可生產(chǎn)12k W軸流式CO2激光器,但多數(shù)產(chǎn)品與國外成套設備相比,在可靠性、配套性和實用性上尚有相當差距。迄今國內(nèi)已進口CO2激光加工系統(tǒng)約200多臺套。分布在各地的激光切割中心或加工站以及與板材加工有關(guān)的廠家中。激光切割的原理為:激光器將聚焦后的激光照射在被切割的板材表面,此時光能迅

7、速轉(zhuǎn)換成熱能,光點區(qū)溫度瞬間升高到材料的熔點以上,材料被熔化或汽化,一個直徑為0.1mm的小孔被刺出。當激光束沿著設定路徑移動時,光子與材料不斷相互作用,割縫隨即形成。在上述過程中,輔助氣體一直通過噴嘴吹過割縫,以達到助切、吹掉熔渣及冷卻的作用。在半浮式車橋改為全浮式車橋的技術(shù)改造中,需重新制造橋殼成形摸具。借此機會,針對以往橋殼在焊接加工中存在的問題,利用激光切割技術(shù)進行了相應的改進:采用進口的CO2激光設備,其參數(shù)為:激光器功率1.2k W;加工范圍1.25m×2m;切口寬度0.18 mm;加工精度±0.1mm;切口粗糙度R a2030m。首先,將原上、下橋片的邊緣尺寸

8、r圓弧改為直線(圖2,使得三角塊的兩個焊接邊緣隨其也成為直線,這樣,橋殼上焊接路徑變成3段直線,便于全程自動焊接。針對上、下橋片的成形尺寸,初步設計出橋片毛坯輪廓(圖3。通過修正R1,R2,R3這3個半徑尺寸和L1,L2長度尺寸,確保圖2中:l區(qū)域平、2區(qū)域直、3區(qū)域與R109圓弧尺寸相吻合。采用激光切割設備進行橋片毛坯的下料 。圖2 改進后橋殼示意圖圖3橋片改進后毛坯示意圖將激光首次切下的橋片毛坯在成形模具上試壓成形,再將成形后的上、下橋片和三角塊放在一起進行對縫檢查,割縫寬度要求為01mm。對3個區(qū)域中不滿意的邊緣,通過激光切割進行修正。激光切割加工精度很高,而且調(diào)整尺寸很方便,只需修改上

9、次激光切割軟盤上需調(diào)整的數(shù)據(jù)。修正后的橋片毛坯再次試壓成形后,再次檢查割縫情況。重復上述過程,直到滿足割縫要求。通過3次修正,最終割縫寬度均控制在1mm 以內(nèi)。并且割縫相當平直。完全滿足全程自動焊接的要求。將最終一次激光切割的加工軟盤,直接用于制造沖裁模具的線切割數(shù)據(jù)程序,得到比毛坯機械修正精度高得多的沖裁模具。其沖裁下料的橋片毛坯與激光切割的毛坯尺寸完全一致,只是切口粗糙值略高,但仍能滿足焊縫的要求。3應用效果由于激光切割修正的便捷,更易得到理想的板材毛坯輪廓,應用激光切割作為沖裁模具制造的輔助手段,在新橋殼的設計和焊接中取得了良好的效果。(1由于上、下橋殼和三角塊的連接采用了全程自動焊接,

10、橋殼的外觀和內(nèi)在質(zhì)量明顯的提高,焊后試漏返修率由原來的20%以上,下降到1%以下,焊接效率也提高了2倍左右。(2新橋殼改進后,焊接工序的加工人員比原來減少了2/3,加工成本降低了約一半,沖裁模具的制造94焊接2006(7費用也有所降低。(3該工序的應用成功為工廠其它類似的焊接件的工藝改進提供了經(jīng)驗。目前,受現(xiàn)有設備和傳統(tǒng)觀念的影響,板材下料還是以模具沖裁為主。考慮到現(xiàn)階段的實際情況,應用激光切割作為沖裁模具制造的輔助手段,在毛坯試料及修正時使用,這樣既利用了現(xiàn)有的沖裁設備,又利用了新技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量、成本和效率上帶來的明顯優(yōu)勢。對于小批量沖裁下料的焊接件也可直接采用激光切割下料,以減少模具的投入

11、。參考文獻1唐元冀.激光切割在工業(yè)上應用的現(xiàn)狀J.激光與光電子學進展,2002,39(1:53-56.(收稿日期20060420作者簡介:金清肅,1955年出生,大學本科,高級工程師,主要從事機械設計制造方面的教學及科研工作。發(fā)表專著1部,論文30余篇。舟山桃夭門大橋鋼箱梁板塊制造焊接變形控制中鐵寶橋股份有限公司(寶雞市721006郭文輝余團營孟培元北京華宏路橋咨詢監(jiān)理公司(101113王穎摘要分析了舟山桃夭門大橋鋼箱梁板塊單元制造焊接變形產(chǎn)生的原因,闡述了采用專用反變形胎架控制焊接變形的技術(shù),運用這種方法,有效地控制了變形,滿足了鋼箱梁段拼焊的需要。關(guān)鍵詞:板塊單元焊接變形焊接反變形胎架W

12、ELD I NG D EFO R M AT I O N CO NTROL O N G I RD ER PLATE M ANUFACTURE O F STEEL BO X O N TAOYAOM EN BR I D GE I N ZHO USHANChina Rail w ay Baoji B ridge Co.L tdGuo W enhu i,Y u Tuany i n g,M eng Pe i yuan Beijing Huahong R&B Consultant sur pervise Co.W ang Y i n gAbstractThe paper analyzed the r

13、eas on of welding defor mati on for med during the girder p late manufacture of steel box on Taoyaomen bridge in Zhoushan.The technol ogy that s pecial tyre fra me was used t o contr ol the welding def or mati on was mainly intr oduced.Key words:pl a te un it,weld i n g defor ma ti on,reversed defor ma ti on tyre fram e桃夭門公路大橋為雙塔雙索面七孔連續(xù)混合式斜拉橋,跨度在混合式斜拉橋中位居國內(nèi)第一。全橋鋼箱梁重約6400t,鋼箱梁分為7種類型45個梁段。鋼箱梁在制造上分3個階段:板塊單元制造現(xiàn)場組焊箱段橋位吊裝箱段間焊接。板塊的幾何形狀直接