[发明专利]一种机械式焊接变形测量装置及客车骨架接头焊接工艺优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接变形测量装置，更确切地说，涉及一种机械式焊接变形测量装置以及基于此装置的客车骨架接头焊接工艺优化方法。

背景技术

在焊接过程中，焊缝金属的热胀冷缩导致工件在焊接后存在残余变形。传统的焊接变形测量方法，如在工件上贴应变片等，其测量精度较低；而光干涉法、光电变形测量法以及应用较广的固定点重复测量方法的测量装置均较为复杂，对测量环境要求严格，测量成本较高且操作繁琐，不适于实际工程中的批量测量。

与简单焊接结构的焊接残余应力不同，客车骨架接头在焊接过程中焊接杆件由于受到周围结构的约束而不能自由变形，导致杆件在焊后会产生残余应力(我们称之为焊接变形应力)，这种应力的存在往往会降低焊接杆件的承载能力和机械性能。不同的焊接工艺，如简单的改变焊接顺序等，对焊接变形应力的影响很大。因此，选择合理的焊接工艺将对骨架接头强度的提高有着重要意义。

目前，在进行客车车身结构设计时，由于缺少对不同焊接工艺下焊接变形应力的评价方法，设计人员往往忽略接头处焊接变形应力对结构强度的影响，而采用增加杆件截面尺寸和增加焊角的方式来提高接头的局部强度，在增加制造成本同时也不利于客车骨架的轻量化设计。

发明内容

本发明的目的是要提供一种机械式焊接变形测量装置及客车骨架接头焊接工艺优化方法，该装置构造简单、操作方便、成本低、精度高，可测量不同形式客车骨架接头在焊接过程中产生的弯曲及扭转变形，该方法可为客车结构的优化设计提供数据支持，并为客车接头焊接工艺的选择提供有效的评价方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机械式焊接变形测量装置，包括一个矩形工作平台，

二个凹形座，内设矩形凹槽且对称固定在工作平台的前、后两侧，用于支撑客车骨架接头的主梁；

定位块，分别设在二个凹形座的矩形凹槽内，用于对所述主梁进行定位；

二个压紧装置，分别连接在二个凹形座上，用于对所述主梁压紧；

表座支架，垂直固定在工作平台中部，用于支撑测量用的测量仪表；

一组测量仪表，分别固定在表座支架上，用于对客车骨架接头的焊接梁在焊接过程中产生的位移、转角进行测量；

金属片，固定在所述焊接梁的端部，通过测量仪表分别对金属片两端的位移进行测量从而得到焊接梁在焊接过程中产生的位移。

作为进一步优选，在工作平台的两端对称设有二组测量仪表。

作为进一步优选，所述每组测量仪表的数量为三个，其中每组中的两个测量仪表对称布置在所述焊接梁的两侧并且测杆垂直对应所述金属片，另外一个测量仪表的测杆对应所述焊接梁的一侧。

作为进一步优选，所述测量仪表测量点到所述骨架接头焊接区域的距离大于1m，以对所测位移数据进行适当放大，从而减小测量误差。

作为进一步优选，所述凹形座和表座支架通过螺栓固定在工作平台上，在工作平台上设有与所述凹形座对应的多组定位螺孔，以调整凹形座与表座支架的相对位置，适应不同规格骨架接头的测量要求。

作为进一步优选，所述压紧装置是由压紧片和贯穿在压紧片两端的二组紧固螺栓和压力弹簧构成，通过紧固螺栓与凹形座螺纹连接并通过压紧片将所述主梁固定在凹形座的矩形凹槽内。

作为进一步优选，所述测量仪表为机械式千分表。

作为进一步优选，在所述凹形座的矩形凹槽底面设有半圆柱形凸起，以避免所述主梁在固定过程中发生变形。

一种客车骨架接头焊接工艺优化方法，包含步骤如下：

1)使用机械式焊接变形测量装置，测量出焊接接头在不同焊接工艺下的焊接变形；

2)选择骨架接头中焊接梁的非焊接端为加载断面，利用几何转换的方法对步骤1)测量的数据进行处理，获得加载断面处的位移、转角变形量；

3)建立整车梁单元模型，再根据所述加载断面处的变形量，建立变形后的接头壳单元模型，假设将该接头壳单元模型置于整车模型中，对整车模型的加载断面进行反向加载使焊接梁恢复至变形前，进而计算出客车骨架接头在焊接过程中由于受到周围杆件的约束无法自由变形而在接头局部产生的焊接变形应力；

4)对客车中不同规格接头进行步骤1)至步骤3)，获得客车中不同规格接头在不同焊接工艺下的焊接变形应力，并将焊接变形应力存储到数据库；

5)在进行客车接头强度分析时，根据接头具有多种不同焊接工艺，对数据库中每种焊接工艺的焊接变形应力进行数据提取与应力叠加，以获得更接近实际的客车骨架接头应力；获得最优的接头焊接工艺。