铝合金结构件焊接变形控制方法及焊接设备与流程

本技术涉及焊接，尤其涉及一种铝合金结构件焊接变形控制方法及焊接设备。

背景技术：

1、随着新能源汽车轻量化和平台化开发持续推进，铝合金材料因质量轻、比强度较高、截面设计灵活等特点，逐步应用于车身承载结构、安装横梁及连接支架等零部件。其中，座椅后横梁既承担座椅载荷传递作用，又与车身地板及动力电池安装结构存在连接关系，其焊后尺寸状态直接影响总成装配质量和使用稳定性。

2、对于大尺寸铝合金型材零件，焊接是实现局部支架连接和总成集成的重要工艺方式。该工艺具有结构适应性强、制造灵活性高等优点，但焊接过程中局部热输入、焊缝冷却收缩及焊接设备约束变化，容易引起零件局部翘曲、整体弯曲和匹配面尺寸波动。尤其是长尺寸中空型材结构，焊接区域分布不均时，变形问题更容易放大，进而影响后续装配一致性。故目前常规采用的是一体式挤出整体机加工的方案，该方案的优点是支架与横梁在型材阶段已集成为一体。但从成本角度看，一体式挤出整体机加工方案存在较明显不足，一体挤出型材截面设计较复杂，平台化通用化较差，导致铝型材用量增加，成本增高，后续计算机数字控制（computer numerical control，cnc）加工余量及加工节拍也相应增加。对于大批量乘用车零件而言，该类成本增加会在批量生产中进一步放大，不利于轻量化零部件的经济化应用。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种铝合金结构件焊接变形控制方法及焊接设备，以改善现有技术中因焊接热输入分布不均和焊接设备约束不足导致的大尺寸铝合金型材零件匹配面尺寸波动的问题，提升焊后匹配面尺寸的一致性和稳定性。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本技术实施例提供一种铝合金结构件焊接变形控制方法，包括：

3、基于铝合金型材零件的焊接变形控制方向，对铝合金型材零件施加与焊后变形方向相反的预反变形；

4、在铝合金型材零件与附属焊接件的焊接区域周边设置多点压紧约束，对焊接区域形成局部约束传力路径，限制焊接过程中的局部变形；

5、采用分段对称焊接对铝合金型材零件与附属焊接件进行焊接，均衡焊接热输入在铝合金型材零件长度方向上的分布；

6、在焊接过程中对焊接区域进行定向冷却与局部散热处理，降低焊后残余热量；

7、焊后对匹配面上的各测点进行检测，验证匹配面尺寸是否满足匹配面尺寸控制目标。

8、可选地，所述铝合金型材零件的焊接变形控制方向的确定方法包括：对铝合金型材零件及其附属焊接件的结构特征和装配要求进行分析，确定匹配面尺寸控制目标；在所述匹配面上布置测点，检测焊后变形量，识别变形形态与焊缝分布的对应关联关系，确定焊接变形控制方向。

9、可选地，铝合金型材零件的长度大于或等于500m。

10、可选地，铝合金型材零件为中空铝合金型材。

11、可选地，基于焊接变形控制方向，对铝合金型材零件施加与焊后变形方向相反的预反变形，包括：沿铝合金型材零件长度方向布置至少三个支撑，该至少三个支撑包括位于中部的中部支撑和分别设置于中部支撑两侧的两个侧部支撑；中部支撑相对于铝合金型材零件的支撑基准面垫高3.0至5.0mm，两个侧部支撑相对于支撑基准面各降低1.0至3.0mm，使铝合金型材零件在焊接前形成与焊后变形方向相反的预反变形。

12、可选地，多点压紧约束包括均匀分布的多处压紧点，多处压紧点至少设置在铝合金型材零件的两端、中部及靠近附属焊接件的位置，并通过交错连接形成三角约束布置。

13、可选地，相邻两处压紧点之间的间距为200至400mm。

14、可选地，分段对称焊接按照以下要求执行：先完成靠近铝合金型材零件长度方向中部的焊缝的焊接，再分别自中部向两侧镜像对称依次推进焊接其余焊缝；位于铝合金型材零件中部左右两侧的焊缝焊接方向相反。

15、可选地，分段对称焊接还按照以下要求执行：先焊接长焊缝，再焊接短焊缝，长焊缝的长度大于或等于60mm，短焊缝的长度小于60mm。

16、可选地，定向冷却包括：在铝合金型材零件沿长度方向的两端，朝向焊接区域进行对流冷却。

17、可选地，局部散热处理包括：焊接设备与铝合金型材零件接触的部位采用金属散热接头，金属散热接头由导热性能优于铝合金的材料制成。

18、可选地，匹配面尺寸控制目标包括控制面轮廓度公差和单点极差在预设范围内。

19、本技术还提供一种焊接设备，包括支撑架体、预反变形机构、压紧机构、定向冷却机构、局部散热组件和至少2台焊接机器人。支撑架体用于承载铝合金型材零件；预反变形机构设置于支撑架体上，用于对铝合金型材零件施加与焊后变形方向相反的预反变形，包括沿所承载的铝合金型材零件长度方向布置的至少三个支撑垫，该至少三个支撑垫包括位于中部的中部支撑垫和分别设置于中部支撑垫两侧的两个侧部支撑垫，中部支撑垫高于铝合金型材零件的支撑基准面，侧部支撑垫均低于铝合金型材零件的支撑基准面；压紧机构用于对铝合金型材零件与附属焊接件的焊接区域形成局部约束传力路径，包括多个压紧块，多个压紧块设置于支撑架体上，且分布于铝合金型材零件的两端、中部及靠近附属焊接件的位置，通过交错连接形成三角约束布置；定向冷却机构用于对焊接区域进行定向冷却；局部散热组件用于对焊接区域进行局部散热处理；至少2台焊接机器人用于对铝合金型材零件与附属焊接件进行分段对称焊接。

20、可选地，定向冷却机构包括第一冷却装置和第二冷却装置，分别设置于铝合金型材零件沿长度方向的两端，用于朝向焊接区域进行对流冷却。

21、可选地，局部散热组件包括多个金属散热接头，金属散热接头设置于焊接设备与铝合金型材零件接触的部位，由导热性能优于铝合金的材料制成。

22、本技术至少具有以下有益效果：

23、本技术中，通过先对铝合金型材零件及其附属焊接件的结构特征和装配要求进行分析，确定匹配面尺寸控制目标，并在匹配面上布置测点检测焊后变形量，能够识别变形形态与焊缝分布之间的对应关联关系，为预反变形量、压紧点位置和数量、冷却条件以及焊接顺序的设定提供依据。在焊接前施加与焊后变形方向相反的预反变形，使零件在焊接前形成预置的反向挠曲，焊接完成后焊缝收缩变形与该预反变形相互抵消，从而减小了匹配面的轮廓度偏差。在焊接区域周边设置多点压紧约束，通过交错连接形成三角约束布置，使焊接区域附近形成较短的约束传力路径，焊接过程中的局部翘曲、下沉及侧向偏移受到抑制，预置的反向挠曲在焊接全程能够保持。采用分段对称焊接，使焊接热输入在零件长度方向上均衡分布，减少了热量在单侧或局部区域的累积。在焊接过程中进行定向冷却与局部散热处理，加快了焊接区域热量的导出，降低了零件脱离焊接设备约束后的残余热量和后续收缩变形。上述手段在焊前、焊中、焊后三个环节相互配合，降低了匹配面尺寸的离散程度，满足面轮廓度公差和单点极差的控制要求，改善了大尺寸铝合金型材零件分体式焊接时匹配面尺寸波动的问题，提升了焊后尺寸的一致性和稳定性。

24、本技术的焊接设备，将预反变形机构、压紧机构、定向冷却机构和局部散热组件集成于同一支撑架体上，使焊接设备具备焊前预变形设定、焊中约束维持和焊后散热管理功能，并由至少2台焊接机器人执行分段对称焊接，各组成部分共同构成综合尺寸控制系统。该焊接设备为上述焊接变形控制方法提供了实体结构支撑，能够提高预反变形量施加、压紧力保持和冷却散热执行的准确性和稳定性，有助于改善大尺寸铝合金型材零件匹配面的尺寸精度。