一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，包括一個(gè)工作平臺(tái)，二個(gè)凹形座對(duì)稱固定在工作平臺(tái)的前、后兩側(cè)；定位塊分別設(shè)在二個(gè)凹形座的矩形凹槽內(nèi)，二個(gè)壓緊裝置分別連接在二個(gè)凹形座上，表座支架垂直固定在工作平臺(tái)上，用于支撐測量用的測量儀表；一組測量儀表，分別固定在表座支架上，用于對(duì)客車骨架接頭的焊接梁在焊接過程中產(chǎn)生的位移、轉(zhuǎn)角進(jìn)行測量；金屬片，固定在所述焊接梁的端部，通過測量儀表分別對(duì)金屬片兩端的位移進(jìn)行測量從而得到焊接梁在焊接過程中產(chǎn)生的位移。該裝置構(gòu)造簡單、操作方便、成本低、精度高，可測量不同形式客車骨架接頭在焊接過程中產(chǎn)生的彎曲及扭轉(zhuǎn)變形。
【專利說明】一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種焊接變形測量裝置，更確切地說，特別涉及一種機(jī)械式骨架 接頭焊接變形測量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在焊接過程中，焊縫金屬的熱脹冷縮導(dǎo)致工件在焊接后存在殘余變形。傳統(tǒng)的焊 接變形測量方法，如在工件上貼應(yīng)變片等，其測量精度較低；而光干涉法、光電變形測量法 以及應(yīng)用較廣的固定點(diǎn)重復(fù)測量方法的測量裝置均較為復(fù)雜，對(duì)測量環(huán)境要求嚴(yán)格，測量 成本較高且操作繁瑣，不適于實(shí)際工程中的批量測量。
[0003] 與簡單焊接結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力不同，客車骨架接頭在焊接過程中焊接桿件由于 受到周圍結(jié)構(gòu)的約束而不能自由變形，導(dǎo)致桿件在焊后會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力（我們稱之為焊接 變形應(yīng)力），這種應(yīng)力的存在往往會(huì)降低焊接桿件的承載能力和機(jī)械性能。不同的焊接工 藝，如簡單的改變焊接順序等，對(duì)焊接變形應(yīng)力的影響很大。因此，選擇合理的焊接工藝將 對(duì)骨架接頭強(qiáng)度的提高有著重要意義。
[0004] 目前，在進(jìn)行客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于缺少對(duì)不同焊接工藝下焊接變形應(yīng)力的 評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)人員往往忽略接頭處焊接變形應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，而采用增加桿件截 面尺寸和增加焊角的方式來提高接頭的局部強(qiáng)度，在增加制造成本同時(shí)也不利于客車骨架 的輕量化設(shè)計(jì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的是要提供一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，該裝置構(gòu)造 簡單、操作方便、成本低、精度高，可測量不同形式客車骨架接頭在焊接過程中產(chǎn)生的彎曲 及扭轉(zhuǎn)變形。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，包括一個(gè)工作平臺(tái)，
[0008] 二個(gè)凹形座，內(nèi)設(shè)矩形凹槽且對(duì)稱固定在工作平臺(tái)的前、后兩側(cè)，用于支撐客車骨 架接頭的主梁；
[0009] 定位塊，分別設(shè)在二個(gè)凹形座的矩形凹槽內(nèi)，用于對(duì)所述主梁進(jìn)行定位；
[0010] 二個(gè)壓緊裝置，分別連接在二個(gè)凹形座上，用于對(duì)所述主梁壓緊；
[0011] 表座支架，垂直固定在工作平臺(tái)中部，用于支撐測量用的測量儀表；
[0012] 一組測量儀表，分別固定在表座支架上，用于對(duì)客車骨架接頭的焊接梁在焊接過 程中產(chǎn)生的位移、轉(zhuǎn)角進(jìn)行測量；
[0013] 金屬片，固定在所述焊接梁的端部，通過測量儀表分別對(duì)金屬片兩端的位移進(jìn)行 測量從而得到焊接梁在焊接過程中產(chǎn)生的位移。
[0014] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，在工作平臺(tái)的兩端對(duì)稱設(shè)有二組測量儀表。
[0015] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述每組測量儀表的數(shù)量為三個(gè)，其中每組中的兩個(gè)測量儀表 對(duì)稱布置在所述焊接梁的兩側(cè)并且測桿垂直對(duì)應(yīng)所述金屬片，另外一個(gè)測量儀表的測桿對(duì) 應(yīng)所述焊接梁的一側(cè)。
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述測量儀表測量點(diǎn)到所述骨架接頭焊接區(qū)域的距離大于lm， 以對(duì)所測位移數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)放大，從而減小測量誤差。
[0017] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述凹形座和表座支架通過螺栓固定在工作平臺(tái)上，在工作平 臺(tái)上設(shè)有與所述凹形座對(duì)應(yīng)的多組定位螺孔，以調(diào)整凹形座與表座支架的相對(duì)位置，適應(yīng) 不同規(guī)格骨架接頭的測量要求。
[0018] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓緊裝置是由壓緊片和貫穿在壓緊片兩端的二組緊固螺栓 和壓力彈簧構(gòu)成，通過緊固螺栓與凹形座螺紋連接并通過壓緊片將所述主梁固定在凹形座 的矩形凹槽內(nèi)。
[0019] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述測量儀表為機(jī)械式千分表。
[0020] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，在所述凹形座的矩形凹槽底面設(shè)有半圓柱形凸起，以避免所述 主梁在固定過程中發(fā)生變形。
[0021] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型所涉及的機(jī)械式焊接變形測量裝置相比現(xiàn) 有的測量裝置，在測量儀表方面，選用機(jī)械式千分表作為測量工具，對(duì)測量環(huán)境要求較低， 可實(shí)現(xiàn)加工車間內(nèi)的測量；在測量成本方面，本實(shí)用新型涉及的測量裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有裝 置；在操作流程方面，本實(shí)用新型涉及的測量裝置更為簡單方便，無需進(jìn)行繁瑣的數(shù)據(jù)處理 和轉(zhuǎn)換，測量周期大大縮短，符合當(dāng)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求；在測量精度方面，本實(shí)用新型涉及的 測量裝置通過增加測量點(diǎn)到焊接區(qū)域的距離，能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進(jìn)行放大，以減小測量誤差； 在測量真實(shí)性方面，本實(shí)用新型涉及的測量裝置通過金屬片及測量儀表的布置，對(duì)金屬片 兩端位移進(jìn)行測量，通過幾何轉(zhuǎn)換的方法獲得焊接客車骨架接頭的扭轉(zhuǎn)變形，使測量數(shù)據(jù) 更為真實(shí)、全面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2是圖1的A部放大圖。
[0024] 圖3為本實(shí)用新型的主要尺寸參數(shù)示意圖。
[0025] 圖4是圖3的左視圖。
[0026] 圖5是圖3的B部放大圖。
[0027] 圖6為本實(shí)用新型所述的焊接變形測量及位移、轉(zhuǎn)角計(jì)算原理示意圖。
[0028] 圖7是圖6的側(cè)視圖。
[0029] 圖8是圖7的局部放大圖。
[0030] 圖9是本實(shí)用新型所述T形接頭的結(jié)構(gòu)形式尺寸參數(shù)示意圖。
[0031] 圖10是本實(shí)用新型所述的殼單元應(yīng)力分量示意圖。
[0032] 圖11是本實(shí)用新型的整車梁殼混合模型示意圖。
[0033] 圖12為本實(shí)用新型的梁殼混合模型反向加載示意圖。
[0034] 圖13為本實(shí)用新型所述的客車骨架接頭焊接工藝優(yōu)化流程圖。
[0035] 圖中：1、工作平臺(tái)，2、主梁，3、第二焊接梁，4、第三焊接梁，5、第一焊接梁，6、測量 儀表，7、磁力座，8、金屬片，9、表座支架，901、T形鋼板，10、凹形座，101、半圓柱形凸起，11、 定位塊，12、壓緊片，13、壓力彈簧，14、緊固螺栓。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型涉及的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，包 括一個(gè)矩形工作平臺(tái)1，該工作平臺(tái)1為鋼板或鑄鐵板制成。在工作平臺(tái)1上的前、后兩側(cè) 對(duì)稱固定二個(gè)凹形座10,在凹形座10內(nèi)設(shè)有矩形凹槽，用于支撐客車骨架接頭的主梁2 ;在 所述矩形凹槽內(nèi)的底面設(shè)有半圓柱形凸起101，以避免所述主梁2在固定過程中發(fā)生變形。 在二個(gè)凹形座10的矩形凹槽內(nèi)分別設(shè)有定位塊11，用于對(duì)所述主梁2進(jìn)行定位；所述定位 塊11有多塊，厚度依次為10mm、20mm、30mm等不同尺寸，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)格骨架接頭的定位 工作。
[0037] 在二個(gè)凹形座10上分別連接一個(gè)壓緊裝置，用于對(duì)所述主梁2壓緊。所述壓緊裝 置是由壓緊片12和貫穿在壓緊片12兩端的二組緊固螺栓14和壓力彈簧13構(gòu)成，緊固螺 栓14與凹形座10通過螺紋連接，并將壓力彈簧13夾持在壓緊片12與凹形座10之間，通 過壓緊片12將所述主梁2固定在凹形座10的矩形凹槽內(nèi)并靠在定位塊11 一側(cè)。
[0038] 在工作平臺(tái)1中部位于二個(gè)凹形座10之間垂直固定有表座支架9,表座支架9上 端固定有T形鋼板901，用于支撐測量用的測量儀表6。在表座支架9上設(shè)有一組測量儀表 6,作為優(yōu)選，所述測量儀表6為千分表，千分表通過其磁力座7固定在T形鋼板901上，用 于對(duì)垂直焊接在所述主梁2上的第一焊接梁5在焊接過程中產(chǎn)生的位移、轉(zhuǎn)角進(jìn)行測量。
[0039] 作為優(yōu)選，在工作平臺(tái)1的兩端對(duì)稱設(shè)有二組測量儀表6,二組測量儀表6通過其 磁力座固定在工作平臺(tái)1上，用于測量分別焊接在所述主梁2兩側(cè)的第二焊接梁3和第三 焊接梁4在焊接過程中產(chǎn)生的位移、轉(zhuǎn)角。在每根焊接梁上靠近其非焊接端部分別固定粘 接金屬片8,金屬片8長度為200-400mm且與焊接梁垂直，通過測量儀表6分別對(duì)金屬片8 兩端的位移進(jìn)行測量從而得到焊接梁在焊接過程中產(chǎn)生的位移。所述金屬片8表面拋光并 具有足夠剛度，以減小測量誤差。
[0040] 所述每組測量儀表6的數(shù)量為三個(gè)，其中兩個(gè)測量儀表6對(duì)稱布置在所述焊接梁 的兩側(cè)并且位于對(duì)應(yīng)金屬片8的同一側(cè)，兩個(gè)測量儀表6的測桿垂直對(duì)應(yīng)所述金屬片8,另 外一個(gè)測量儀表6的測桿對(duì)應(yīng)所述焊接梁的一側(cè)且與金屬片8平行。作為優(yōu)選，所述測量 儀表6測量點(diǎn)到所述骨架接頭焊接區(qū)域的垂直距離大于lm，以對(duì)所測位移數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)放 大，從而減小測量誤差。
[0041] 所述凹形座10和表座支架9分別通過螺栓固定在工作平臺(tái)1上，在工作平臺(tái)1上 設(shè)有與所述凹形座10對(duì)應(yīng)的多組定位螺孔，以調(diào)整凹形座10與表座支架9的相對(duì)位置，適 應(yīng)不同規(guī)格骨架接頭的測量要求。
[0042] 如圖13所示，利用該焊接變形測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)一種客車骨架接頭焊接工藝優(yōu) 化方法，包含步驟如下：
[0043] 1、根據(jù)客車中所測骨架接頭的結(jié)構(gòu)組成和尺寸規(guī)格對(duì)所述機(jī)械式焊接變形測量 裝置中的凹形座10、測量儀表6的位置進(jìn)行選擇和調(diào)整，使用機(jī)械式焊接變形測量裝置測 量出焊接接頭在不同焊接工藝下的焊接變形；
[0044] 2、選擇骨架接頭中焊接梁的非焊接端為加載斷面，利用幾何轉(zhuǎn)換的方法對(duì)測量數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理，獲得加載斷面處的位移、轉(zhuǎn)角等變形量；
[0045] 3、基于有限元仿真方法建立整車梁單元模型，并對(duì)所測接頭局部進(jìn)行處理。再根 據(jù)步驟2中所獲得的加載斷面處的變形量，建立變形后的接頭殼單元模型，并假設(shè)將該接 頭模型嵌于整車模型中，以剛性連接的方式進(jìn)行拼合，基于反向加載原理對(duì)整車梁殼混合 模型中的加載斷面進(jìn)行反向加載使焊接梁恢復(fù)至變形前，進(jìn)而計(jì)算出客車骨架接頭在焊接 過程中由于受到周圍桿件的約束無法自由變形而在接頭局部產(chǎn)生的焊接變形應(yīng)力；
[0046] 4、對(duì)客車中不同規(guī)格接頭重復(fù)進(jìn)行步驟1至步驟3,獲得客車中不同規(guī)格接頭在 不同焊接工藝下的焊接變形應(yīng)力，并將焊接變形應(yīng)力建立并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫；
[0047] 5、在進(jìn)行客車接頭強(qiáng)度分析時(shí)，根據(jù)接頭具有多種不同焊接工藝，對(duì)數(shù)據(jù)庫中每 種焊接工藝的焊接變形應(yīng)力進(jìn)行數(shù)據(jù)提取與應(yīng)力疊加，以獲得更接近實(shí)際的客車骨架接頭 應(yīng)力；根據(jù)該應(yīng)力為客車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持，并為客車接頭焊接工藝的選擇提 供有效的評(píng)價(jià)方法，進(jìn)而獲得最優(yōu)的接頭焊接工藝。
[0048] 作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述步驟4中應(yīng)力疊加時(shí)，提取各個(gè)接頭殼單元的應(yīng)力分量， 根據(jù)米塞斯應(yīng)力（等效應(yīng)力）計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，以獲得更接近實(shí)際的接頭單元綜合應(yīng)力。
[0049] 下面以客車骨架接頭中常見的T形接頭為例，對(duì)上述的焊接優(yōu)化方法進(jìn)行闡述。
[0050] 1、參見附圖9,首先設(shè)定所選取的某全承載客車中一處T形接頭的結(jié)構(gòu)形式與尺 寸參數(shù)如下：主梁2的長度尺寸為L= 1130mm，截面尺寸為50*50mm，壁厚為3mm，焊接梁的 長度尺寸為H = 880mm，截面尺寸為50*50mm，壁厚為3mm。
[0051] 如圖3-圖5所示，根據(jù)所測T形接頭的結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù)，確定該機(jī)械式焊接 變形測量裝置的主要尺寸參數(shù)如下：T形鋼板901的上表面到工作平臺(tái)1上表面的距離L 1 =0. 9米，設(shè)在T形鋼板901上的測量儀表6測量點(diǎn)到工作平臺(tái)1上表面的距離L2= I. 1 米，金屬片8 -側(cè)的兩個(gè)測量儀表6測量點(diǎn)的相對(duì)距離L6= 0. 3米，兩個(gè)凹形座10的相對(duì) 距離L7= 0. 4米，凹形座10的矩形凹槽內(nèi)的半圓柱形凸起高度L 8= 0. 01米，凹形座10的 凹槽寬度L9= 0. 1米。
[0052] 如圖6-圖8所示，通過本實(shí)用新型所述的測量裝置測量該T形接頭焊接梁的焊接 變形參數(shù)，測得數(shù)據(jù)如下（單位：米）：
[0053] AX1= 〇· 00074, Δ X2=-〇· 00021，Δ Y 1= 〇· 00063 ;
[0054] a = b = L6/2 = 0· 15, H1= 1. 03 ;
[0055] 其中，H1為測量儀表6測量點(diǎn)到焊接主梁2上表面的距離；a、b為拋光金屬片8 - 偵_測量儀表6測量點(diǎn)到焊接梁中間斷面的距離；ΛΧρ ΛΧ2、八1可通過測量儀表6直接 測得（ΛΧρ ΛΧ2、AY1為矢量，正方向如圖中坐標(biāo)系所示）。
[0056] 2、對(duì)所測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；測量斷面的實(shí)際位移、轉(zhuǎn)角計(jì)算公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，包括一個(gè)工作平臺(tái)，其特征是： 二個(gè)凹形座，內(nèi)設(shè)矩形凹槽且對(duì)稱固定在工作平臺(tái)的前、后兩側(cè)，用于支撐客車骨架接 頭的主梁； 定位塊，分別設(shè)在二個(gè)凹形座的矩形凹槽內(nèi)，用于對(duì)所述主梁進(jìn)行定位； 二個(gè)壓緊裝置，分別連接在二個(gè)凹形座上，用于對(duì)所述主梁壓緊； 表座支架，垂直固定在工作平臺(tái)中部，用于支撐測量用的測量儀表； 一組測量儀表，分別固定在表座支架上，用于對(duì)客車骨架接頭的焊接梁在焊接過程中 產(chǎn)生的位移、轉(zhuǎn)角進(jìn)行測量； 金屬片，固定在所述焊接梁的端部，通過測量儀表分別對(duì)金屬片兩端的位移進(jìn)行測量 從而得到焊接梁在焊接過程中產(chǎn)生的位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：在工作 平臺(tái)的兩端對(duì)稱設(shè)有二組測量儀表。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：所述每 組測量儀表的數(shù)量為三個(gè)，其中每組中的兩個(gè)測量儀表對(duì)稱布置在所述焊接梁的兩側(cè)并且 測桿垂直對(duì)應(yīng)所述金屬片，另外一個(gè)測量儀表的測桿對(duì)應(yīng)所述焊接梁的一側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：所述測 量儀表測量點(diǎn)到所述骨架接頭焊接區(qū)域的距離大于lm，以對(duì)所測位移數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)放大， 從而減小測量誤差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：所述凹 形座和表座支架通過螺栓固定在工作平臺(tái)上，在工作平臺(tái)上設(shè)有與所述凹形座對(duì)應(yīng)的多組 定位螺孔，以調(diào)整凹形座與表座支架的相對(duì)位置，適應(yīng)不同規(guī)格骨架接頭的測量要求。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：所述壓 緊裝置是由壓緊片和貫穿在壓緊片兩端的二組緊固螺栓和壓力彈簧構(gòu)成，通過緊固螺栓與 凹形座螺紋連接并通過壓緊片將所述主梁固定在凹形座的矩形凹槽內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：所 述測量儀表為機(jī)械式千分表。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)械式骨架接頭焊接變形測量裝置，其特征是：在所述 凹形座的矩形凹槽底面設(shè)有半圓柱形凸起，以避免所述主梁在固定過程中發(fā)生變形。
【文檔編號(hào)】G01B5/30GK204214386SQ201420545213
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】那景新, 袁正, 崔文波, 秦國鋒, 劉玉, 白霜, 陶士振, 張師源, 蔡亮, 楊丹瑒 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)