■ 唐淑勤，韓峰，鄭凱，劉碧輝

1.概述

與傳統(tǒng)的弧焊和電阻點焊相比，激光焊接技術(shù)具有能量密度高，穿透能力強，焊接速度快，焊接變形小，焊接外形美觀等優(yōu)勢。但是激光焊接技術(shù)對工件裝配質(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手動壓緊和氣缸自動壓緊形式，在此基礎(chǔ)上開發(fā)的電磁吸附式激光焊接試驗工裝具有快速切換、工裝柔性化好、適用范圍廣、裝配質(zhì)量好等優(yōu)點，具體對比如表1所示。

本項目在現(xiàn)有激光焊接裝配技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了新型多功能激光焊接試驗平臺，用于激光焊接設(shè)備日常焊接工藝試驗。焊接試驗平臺在滿足現(xiàn)車手動壓緊和氣缸自動壓緊功能的基礎(chǔ)上完成電磁吸附壓緊功能開發(fā)，并進行激光焊接試驗，分析了電磁場對激光焊縫的影響，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.電磁吸附式試驗平臺設(shè)計

（1）電磁吸附工裝的應(yīng)用 目前電磁吸附工裝在工件搬運及機械加工行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，采用磁力吸盤對鐵磁性材料進行吸合固定，如機械加工車削、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，通過電控系統(tǒng)對內(nèi)部磁路的分布進行控制與轉(zhuǎn)換，使永磁磁場在系統(tǒng)內(nèi)部自身平衡，對外表特征為消磁（DEMAG）即放松狀態(tài)；或者釋放到吸盤的工作表面，對外表特征為充磁（MAG）即夾緊狀態(tài)。

（3）電磁吸附式試驗平臺設(shè)計及制造 本工裝主要由下部支撐框架、電永磁吸附式上部裝配平臺、氣動壓緊式上部裝配平臺三部分構(gòu)成（見圖1）。

圖1 電磁吸附式試驗平臺主體結(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及試板等零部件的存放功能。電磁吸附式上部裝配平臺與機械壓緊式上部裝配平臺安裝于此下部支撐框架上，框架組焊完成后進行退火及整體加工，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≤0.2mm；框架本身具有良好的強度及剛度，在長期運輸及使用過程中不得出現(xiàn)變形。

表1 各種裝配方式對比

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

對不同形式的試板種類分別設(shè)計了不同的上部輔助壓塊，壓塊設(shè)計合理，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)，并實現(xiàn)對激光頭保護氣管的避讓。所有壓塊表面均進行鍍鉻處理，鍍層附著良好不會出現(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有凹槽，使焊縫下部為懸空狀態(tài)。對日常激光焊接位置進行刻線標識。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，簡潔規(guī)整。

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

上部壓緊采用氣動整體壓緊裝置（見圖1左側(cè)），壓緊裝置通過直線滑軌安裝于下部框架兩側(cè)，可以沿平臺通長移動。每個氣缸壓緊裝置包含9個氣缸壓緊壓頭，和兩側(cè)氣缸舉升裝置。壓緊氣缸缸徑為20mm，行程為20mm。壓緊氣缸通過螺栓緊固在壓緊橫梁上，可通過長圓孔進行局部調(diào)整。舉升氣缸缸徑為50mm，行程為80mm。上料及出胎時舉升氣缸舉升、移動，避免有干涉。氣缸壓緊裝置安裝于滑塊上，可沿滑軌通長移動，并能實現(xiàn)精確定位和鎖緊。對日常激光焊接位置進行刻線標識。

（4）焊接工藝試驗 嚴格按照ISO EN15614-11標準要求進行激光焊工藝試驗，參數(shù)如表2所示。對比分析電磁場對激光焊接焊縫光致等離子體、焊縫成形及接頭強度的影響，焊縫形貌如圖2所示。

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

圖2 激光焊縫宏觀形貌

表2 焊接試驗參數(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)焊接工藝試驗結(jié)果表明，電磁場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，結(jié)合電磁吸附工裝原理，針對現(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)，進行側(cè)墻單元電磁吸附工裝概念設(shè)計。

3.結(jié)語

通過設(shè)計制作的電磁吸附式平臺進行激光焊接工藝試驗，試驗結(jié)果表明，電磁場加入后，在相同焊接參數(shù)條件下，拉伸強度變化不大，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。