權(quán)利要求書： 1.一種鋁合金薄板焊接裝置，包括機架，其特征在于，還包括水平滑動連接在所述機架上的工作臺、用于驅(qū)動所述工作臺滑動的行走電機和/或手輪、分別位于所述工作臺上方且沿所述工作臺的滑動方向依次布置的焊槍夾具和氣管夾具、被夾持在所述焊槍夾具上的焊槍、被夾持在所述氣管夾具上且出氣孔豎直朝下布置的出氣管、與所述焊槍連接的焊接組件以及與所述出氣管連接的氣動載荷組件，所述焊槍和所述出氣管之間的間距為12?32mm，放置在所述工作臺上的待焊接件與所述出氣管之間的間距為1.5mm,通過對熔池后方高溫冷凝焊縫金屬區(qū)域施加氣動載荷，利用所述氣動載荷的機械動能使所述熔池后方冷凝金屬產(chǎn)生應(yīng)變能。

2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金薄板焊接裝置，其特征在于，所述氣動載荷組件包括依次連接的氮氣儲存罐、壓縮機和高壓儲氣罐，所述出氣管連接在所述高壓儲氣罐的出氣口上。

3.如權(quán)利要求1所述的鋁合金薄板焊接裝置，其特征在于，所述工作臺上設(shè)置有工件夾具，所述工件夾具包括兩個相對布置的壓板，兩個所述壓板相向的一側(cè)和相背的一側(cè)都設(shè)置有多個沿呈直線等間距依次布置的壓塊，布置在同一直線上的相鄰兩個所述壓塊之間形成有琴鍵槽，各所述壓板上還開設(shè)有相互垂直布置的橫向長槽和縱向長槽，所述橫向長槽和所述縱向長槽中都穿插有螺旋連接在所述工作臺上的緊固螺栓。

4.如權(quán)利要求1所述的鋁合金薄板焊接裝置，其特征在于，所述焊槍夾具和所述焊槍之間設(shè)置有防滑墊。

5.如權(quán)利要求1所述的鋁合金薄板焊接裝置，其特征在于，所述氣管夾具包括固定連接在所述機架上的支架和與所述出氣管連接的調(diào)節(jié)架，所述支架上開設(shè)有豎向布置的第一條形槽，所述調(diào)節(jié)架上開設(shè)有豎向布置的第二條形槽，所述第一條形槽中穿插有同時穿插在所述第二條形槽中的調(diào)節(jié)螺栓，所述調(diào)節(jié)螺栓上螺旋連接有調(diào)節(jié)螺母，所述調(diào)節(jié)架上可拆卸連接有用于將所述出氣管壓緊在所述調(diào)節(jié)架上的壓板。

6.一種鋁合金薄板焊接方法，其特征在于，包括以下依次進行的步驟：

S1、將待焊鋁合金板件表面擦拭干凈；

S2、將所述待焊鋁合金板件裝夾在如權(quán)利要求1?5中任一權(quán)利要求所述的鋁合金薄板焊接裝置的工作臺上，并使得鋁合金板件的焊縫方向與所述工作臺的滑動方向一致；

S3，開啟所述鋁合金薄板焊接裝置的焊槍，待所述焊槍起弧并停留1?3秒之后，利用所述鋁合金薄板焊接裝置的電機或手輪驅(qū)動所述工作臺直線勻速滑動，同時開啟所述鋁合金薄板焊接裝置的氣動載荷組件，利用所述鋁合金薄板焊接裝置的出氣管向焊接區(qū)域吹氣，并保證氣體作用在焊接區(qū)域上的壓力為5?40Mpa；

S4，待所述焊槍離開焊縫正上方之后停止焊接，待所述出氣管離開焊縫正上方之后關(guān)閉所述氣動載荷組件，完成焊接。

7.如權(quán)利要求6所述的鋁合金薄板焊接方法，其特征在于，在步驟S3中，所述工作臺直線勻速滑動的速度為4mm/s。

說明書： 一種鋁合金薄板焊接裝置及焊接方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接設(shè)備和焊接工藝，尤其是一種鋁合金薄板焊接裝置及焊接方法。背景技術(shù)[0002] 高強鋁合金由于具有密度低、比強度高、耐腐蝕、焊接性能好等優(yōu)良性能，是目前航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛的有色金屬之一。高強鋁合金構(gòu)件絕大多數(shù)采用焊接方式來制造，然而，由于高強鋁合金具有熱導(dǎo)率高、膨脹系數(shù)大、薄板結(jié)構(gòu)臨界失穩(wěn)應(yīng)力較低等特點，焊后不可避免存在較高的殘余應(yīng)力及較大的變形，殘余應(yīng)力的存在及其不均勻性，將嚴重影響焊件的服役性能，容易發(fā)生斷裂失效、疲勞破壞等情況，導(dǎo)致焊接位置成為整體焊件中最為薄弱的部位。[0003] 殘余應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因，是由于焊接過程中的不均勻加熱造成，具體的，焊接時，熱源對局部金屬瞬態(tài)加熱，導(dǎo)致焊件不同區(qū)域的金屬膨脹、收縮不一致，使各區(qū)域金屬間產(chǎn)生擠壓、拉伸作用。如圖1所示為移動熱源準穩(wěn)態(tài)溫度場的塑性與局部應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)示意圖，從圖中可以看出，對于焊接過程中的移動熱源，壓縮塑性區(qū)位于最高溫度線前方區(qū)域，而拉伸塑性區(qū)位于后方的陰影區(qū)域。[0004] 目前控制高強鋁合金應(yīng)力應(yīng)變的方法主要分為焊后矯正與焊接同步輔助控制兩大類。其中，同步輔助控制高強鋁合金殘余應(yīng)力及變形的機理為，采用能場所產(chǎn)生的力學效應(yīng)在焊接過程中產(chǎn)生拉伸應(yīng)變以抵消熱源加熱過程中的壓縮應(yīng)變，如授權(quán)公告號為CN104002025B的中國發(fā)明專利公開的一種鋁合金薄板焊接設(shè)備，其通過對焊接后尚未恢復(fù)強度的高溫金屬的碾壓，補償在加熱過程中產(chǎn)生的壓縮塑性應(yīng)變，減少了焊縫的收縮量，使焊接過程中瞬態(tài)應(yīng)力降低，進而達到降低瞬時焊接變形的目的，之后再對經(jīng)過碾壓仍處于冷卻收縮受拉伸狀態(tài)的金屬進行擠壓，通過擠壓力的作用，抵消了部分拉應(yīng)力，然而，由于碾壓時碾壓輪直接與工件機械接觸，容易在工件表面留下壓痕印痕等缺口效應(yīng)，造成表面損傷。[0005] 有鑒于此，本申請對上述問題進行了深入的研究，遂有本案產(chǎn)生。發(fā)明內(nèi)容[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低焊接殘余應(yīng)力且不易造成表面損傷的鋁合金薄板焊接裝置及焊接方法。[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：[0008] 一種鋁合金薄板焊接裝置，包括機架，還包括水平滑動連接在所述機架上的工作臺、用于驅(qū)動所述工作臺滑動的行走電機和/或手輪、位于所述工作臺上方且沿所述工作臺的滑動方向依次布置的焊槍夾具和氣管夾具、被夾持在所述焊槍夾具上的焊槍、被夾持在所述氣管夾具上且出氣孔豎直朝下布置的出氣管、與所述焊槍連接的焊接組件以及與所述出氣管連接的氣動載荷組件，所述焊槍和所述出氣管之間的間距為12?32mm，放置在所述工作臺上的待焊接件與所述出氣管之間的間距為1.5mm。[0009] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氣動載荷組件包括依次連接的氮氣儲存罐、壓縮機和高壓儲氣罐，所述出氣管連接在所述高壓儲氣罐的出氣口上。[0010] 作為本發(fā)明的一種改進，所述工作臺上設(shè)置有工件夾具，所述工件夾具包括兩個相對布置的壓板，兩個所述壓板相向的一側(cè)和相背的一側(cè)都設(shè)置有多個沿呈直線等間距依次布置的壓塊，布置在同一直線上的相鄰兩個所述壓塊之間形成有琴鍵槽，各所述壓板上還開設(shè)有相互垂直布置的橫向長槽和縱向長槽，所述橫向長槽和所述縱向長槽中都穿插有螺旋連接在所述工作臺上的緊固螺栓。[0011] 作為本發(fā)明的一種改進，所述焊槍夾具和所述焊槍之間設(shè)置有防滑墊。[0012] 作為本發(fā)明的一種改進，所述氣管夾具包括固定連接在所述機架上的支架和與所述出氣管連接的調(diào)節(jié)架，所述支架上開設(shè)有豎向布置的第一條形槽，所述調(diào)節(jié)架上開設(shè)有豎向布置的第二條形槽，所述第一條形槽中穿插有同時穿插在所述第二條形槽中的調(diào)節(jié)螺栓，所述調(diào)節(jié)螺栓上螺旋連接有調(diào)節(jié)螺母，所述調(diào)節(jié)架上可拆卸連接有用于將所述出氣管壓緊在所述調(diào)節(jié)架上的壓板。[0013] 一種鋁合金薄板焊接方法，包括以下依次進行的步驟：[0014] S1、將待焊鋁合金板件表面擦拭干凈；[0015] S2、將所述鋁合金板件裝夾在上述鋁合金薄板焊接裝置的工作臺上，并使得鋁合金板件的焊縫方向與所述工作臺的滑動方向一致；[0016] S3、開啟所述鋁合金薄板焊接裝置的焊槍，待所述焊槍起弧并停留1?3秒之后，利用所述鋁合金薄板焊接裝置的電機或手輪驅(qū)動所述工作臺直線勻速滑動，同時開啟所述鋁合金薄板焊接裝置的氣動載荷組件，利用所述鋁合金薄板焊接裝置的出氣管向焊接區(qū)域吹氣，并保證氣體作用在焊接區(qū)域上的壓力為5?40Mpa；[0017] S4、待所述焊槍離開焊縫正上方之后停止焊接，待所述出氣管離開焊縫正上方之后關(guān)閉所述氣動載荷組件，完成焊接。[0018] 作為本發(fā)明的一種改進，在步驟S3中，所述工作臺直線勻速滑動的速度為4mm/s。[0019] 采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：[0020] 通過設(shè)置啟動載荷組件和出氣管，通過對熔池后方處于極低強度的高溫冷凝焊縫金屬區(qū)域施加高速氣動載荷，利用氣動載荷的機械動能使熔池后方冷凝金屬產(chǎn)生應(yīng)變能，使該區(qū)域的金屬產(chǎn)生拉伸性質(zhì)的塑性應(yīng)變，以補償熱源加熱時產(chǎn)生的壓縮塑性應(yīng)變，縮小兩者殘余應(yīng)變的差值，達到減小焊接殘余應(yīng)力的效果，且由于出氣管不與工件進行機械接觸，不易造成表面損傷。附圖說明[0021] 圖1為鋁合金薄板焊接過程中移動熱源準穩(wěn)態(tài)溫度場的塑性與局部應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)示意圖；[0022] 圖2為實施例中鋁合金薄板焊接裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；[0023] 圖3為實施例中鋁合金薄板焊接裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意；[0024] 圖4為實施例中工件夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；[0025] 圖5為實施例中工件夾具的兩個壓板的結(jié)構(gòu)示意圖；[0026] 圖6為實施例中氣管夾具的主視結(jié)構(gòu)示意圖；[0027] 圖7為實施例中氣管夾具的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；[0028] 圖8為實施例中氣動載荷組件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中省略氮氣儲氣罐；[0029] 圖9為實施例中鋁合金薄板焊接方法的變形原理示意圖；[0030] 圖10為實施例中焊縫金屬的應(yīng)變變化的作用機理示意圖。[0031] 圖中標識對應(yīng)如下：[0032] 10?機架；20?工作臺；[0033] 21?行走電機；22?手輪；[0034] 23?工件夾具；24?壓板；[0035] 25?壓塊；26?琴鍵槽；[0036] 27?縱向長槽；28?橫向長槽；[0037] 30?焊槍夾具；40?氣管夾具；[0038] 41?支架；42?調(diào)節(jié)架；[0039] 43?第一條形槽；44?第二條形槽；[0040] 45?調(diào)節(jié)螺栓；46?壓板；[0041] 50?焊槍；60?出氣管；[0042] 80?氣動載荷組件；81?壓縮機；[0043] 82?高壓儲氣罐。具體實施方式[0044] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明。[0045] 如圖2?圖8所示，本實施例提供一種鋁合金薄板焊接裝置，包括機架10、水平滑動連接在機架10上的工作臺20、用于驅(qū)動工作臺20滑動的行走電機21和手輪22（也可以僅設(shè)置行走電機21或手輪22）、位于工作臺20上方且沿工作臺20的滑動方向依次布置的焊槍夾具30和氣管夾具40、被夾持在焊槍夾具30上的焊槍50、被夾持在氣管夾具40上且出氣孔豎直朝下布置的出氣管60、與焊槍50連接的焊接組件以及與出氣管60連接的氣動載荷組件80，其中，焊槍夾具30和氣管夾具40都固定連接在機架10上。行走電機21和手輪22與工作臺

20之間的具體傳動連接結(jié)構(gòu)可以為常規(guī)的結(jié)構(gòu)，在本實施例中，機架10上轉(zhuǎn)動連接有絲桿，該絲桿的一端通過常規(guī)的皮帶組件、鏈條組件或齒輪組件與行走電機21的輸出軸連接，該絲桿通過常規(guī)的錐齒輪組件或直角換向器與手輪22連接，且該絲桿上套設(shè)有固定連接在工作臺20上的絲桿螺母，這樣可以通過行走電機21或手輪驅(qū)動工作臺20滑動。

[0046] 工作臺20上設(shè)置有工件夾具23，該工件夾具23包括兩個相對布置的壓板24，壓板24為方形板，兩個壓板24沿壓板24的寬度方向排列，兩個壓板24相向的一側(cè)和相背的一側(cè)都設(shè)置有多個沿壓板24的長度方向呈直線等間距依次布置的壓塊25，布置在同一直線上的相鄰兩個壓塊25之間形成有琴鍵槽26，使用時，利用兩個壓板24相向一側(cè)的各壓塊25將待焊接的鋁合金薄板壓緊在工作臺20上，夾緊力較為均勻、可靠性較高。此外，各壓板24上還開設(shè)有相互垂直布置的橫向長槽28和縱向長槽27，橫向長槽28和縱向長槽27中都穿插有螺旋連接在工作臺20上的緊固螺栓，這樣擰松緊固螺栓后，即可調(diào)整各壓板24和工作臺20之間的相對位置，使用較為方便。

[0047] 焊槍夾具30和焊槍50都為常規(guī)的金屬板材焊接裝置所采用的夾具和鎢極氬弧焊槍，焊接組件也為常規(guī)的鎢極氬弧焊接設(shè)備，并非本實施例的重點，此處不再詳述。優(yōu)選的，在本實施例中，焊槍夾具30和焊槍50之間設(shè)置有防滑墊，以增大夾緊摩擦力。[0048] 氣管夾具40包括固定連接在機架10上的支架41和與出氣管60連接的調(diào)節(jié)架42，支架41上開設(shè)有豎向布置的第一條形槽43，調(diào)節(jié)架42上開設(shè)有豎向布置的第二條形槽44，第一條形槽43中穿插有同時穿插在第二條形槽44中的調(diào)節(jié)螺栓45，調(diào)節(jié)螺栓45上螺旋連接有調(diào)節(jié)螺母，這樣可以通過調(diào)節(jié)螺栓45和調(diào)節(jié)螺母將支架41和調(diào)節(jié)架42相互緊固，同時只需擰松調(diào)節(jié)螺母即可對支架41和調(diào)節(jié)架42之間的相對位置進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對出氣管60的出氣管高度位置的調(diào)節(jié)。此外，調(diào)節(jié)架42上通過螺栓連接的方式可拆卸連接有用于將出氣管60壓緊在調(diào)節(jié)架42上的壓板46，以實現(xiàn)對出氣管60的夾持。[0049] 氣動載荷組件80可以為常規(guī)的高壓噴氣裝置，在本實施例中，氣動載荷組件80包括依次連接的氮氣儲存罐（圖中未示出）、壓縮機81和高壓儲氣罐82，其中，壓縮機81采用帶有壓力表的雙缸壓縮機，氣動載荷壓力大小由雙缸壓縮機中的減壓閥調(diào)定，可由壓力表讀出氣動載荷的壓力大小。出氣管60連接在高壓儲氣罐82的出氣口上。使用時，利用壓縮機81對氮氣進行充填、壓縮，將壓縮后的高壓氮氣通過出氣管60作用于焊件表面，氣動載荷與焊槍距離d以及氣動載荷距離焊件的高度b可由氣管夾具40調(diào)節(jié)。[0050] 此外，焊槍50和出氣管60之間的間距為12?32mm，如果兩者相距大于32mm，使用時焊縫金屬區(qū)域中高溫冷凝金屬已冷卻至較低溫度，氣動載荷作用過晚，導(dǎo)致焊縫塑性延展效果較差，如果兩者相距小于12mm，使用時出氣管60噴出的氮氣會干擾焊接保護氣（氬氣）的正常作用，使得焊縫氧化嚴重、成型較差。同時，為避免焊接過程中出氣管60與試件表明金屬發(fā)生“黏結(jié)”現(xiàn)象，又同時保證氣動壓力完全作用于試件表面，在本實施例中，放置在工作臺20上的待焊接件與出氣管60之間的間距為1.5mm。[0051] 本實施例還提供了一種鋁合金薄板焊接方法，包括以下依次進行的步驟：[0052] S1、將待焊鋁合金板件表面擦拭干凈，以去除油污等雜質(zhì)。該鋁合金板件為厚度為1?2mm的高強鋁合金構(gòu)件。

[0053] S2、采用工件夾具23將鋁合金板件裝夾在上述鋁合金薄板焊接裝置的工作臺20上，并使得鋁合金板件的焊縫方向與工作臺20的滑動方向一致，同時根據(jù)實際需要調(diào)整焊槍50和出氣管60的高度位置。[0054] S3、開啟鋁合金薄板焊接裝置的焊槍50，待焊槍50起弧并停留1?3秒之后，利用鋁合金薄板焊接裝置的電機21或手輪22驅(qū)動工作臺20直線勻速滑動，其中，工作臺20直線勻速滑動的速度為4mm/s。焊接所采用的鎢極氬弧焊電弧電壓為12?15，焊接電流70A，焊接速度4mm/s，保護氣氬氣流量12?15L/min。[0055] 同時開啟鋁合金薄板焊接裝置的氣動載荷組件80，利用鋁合金薄板焊接裝置的出氣管60向焊接區(qū)域吹氣，并保證氣體作用在焊接區(qū)域上的壓力為5?40Mpa，在本實施例中，通過將出氣管60的氣體流速控制在20m/s?80m/s來保證氣體作用在焊接區(qū)域上的壓力為5?40Mpa。氣體作用在焊接區(qū)域上的壓力越大，焊件表面受到的沖擊能量越大，焊縫金屬區(qū)域產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變越大。需要說明的是，當氣動載荷過大時將會導(dǎo)致板件的負向撓曲變形，因此該壓力不宜太大。圖9所示，出氣管60位于焊槍50焊接時所產(chǎn)生的熔池后方，焊接過程中，高速高壓氣流載荷對尚處高溫剛凝固的焊縫金屬區(qū)域進行柔性作用，利用高速氣體的機械動能使熔池后方的高溫冷凝金屬產(chǎn)生應(yīng)變能，迫使該部分區(qū)域金屬得到拉伸性質(zhì)的塑性應(yīng)變，以抵消熱源加熱過程中產(chǎn)生的一部分壓縮應(yīng)變，減小瞬時應(yīng)力，從而降低殘余應(yīng)力并消除失穩(wěn)變形。

[0056] S4、待焊槍50離開焊縫正上方之后停止焊接，待出氣管60離開焊縫正上方之后關(guān)閉氣動載荷組件80，完成焊接。[0057] 如圖10所示，本實施例中焊縫金屬的應(yīng)變變化的作用機理為，在加熱過程中，熱源前方金屬產(chǎn)生壓縮應(yīng)變，該應(yīng)變?yōu)槎ㄖ担缚p金屬冷卻過程中，熱源后方的焊縫金屬區(qū)域冷卻收縮受到來自周圍區(qū)域的拉伸拘束產(chǎn)生拉伸塑性應(yīng)變 ，拉伸塑性區(qū)在高速氣流場的作用下產(chǎn)生額外的拉伸塑性延展 ，待流場能量作用后，所產(chǎn)生的總拉伸塑性應(yīng)變?yōu)楸磉_式（1）：[0058] (1)[0059] 而壓縮塑性應(yīng)變?nèi)詾?不變，故最后焊縫區(qū)域的固有應(yīng)變 為表達式（2）：[0060] (2)[0061] 在焊接過程中，拉伸應(yīng)變 不足以抵消壓縮應(yīng)變 ，即 ，此收縮使得焊縫附近表現(xiàn)為拉伸殘余應(yīng)力，與之平衡的兩側(cè)壓縮應(yīng)力超過了薄壁板的臨界失穩(wěn)應(yīng)力，出現(xiàn)馬鞍形變形。施加氣動載荷后產(chǎn)生了額外的拉伸塑性應(yīng)變 ，能夠動態(tài)減少兩者應(yīng)變差值，減小固有應(yīng)變，且相應(yīng)的焊接殘余應(yīng)力由 減小到 ，達到減小殘余應(yīng)力的目的。氣動載荷和焊接熱源保持某一固定距離，且氣動載荷位于焊接熱源的后方，使二者保持隨同移動，保證熱源運動方向后方的焊縫區(qū)域金屬能夠連續(xù)均勻地得到拉伸延展，從而降低殘余應(yīng)力及變形量。

[0062] 本實施例提供的鋁合金薄板焊接裝置以及焊接方法，從力學角度和“柔性”控制角度出發(fā)，基于氣動彈性力學及能量等理論，將高速氣流產(chǎn)生的氣動載荷應(yīng)用于焊接應(yīng)力變形的同步輔助控制領(lǐng)域，以非接觸式的方式控制高強鋁合金的殘余應(yīng)力與變形。氣動載荷的施加使得焊縫表面成形自然，避免直接接觸帶來的損傷，同時，施加氣動載荷相較于其他種類載荷的施加也更為輕巧簡易，且易與激光焊接、焊接機器人等設(shè)備配合使用，可實現(xiàn)多種焊縫位置的焊接。[0063] 上面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做了詳細的說明，但是本發(fā)明的實施方式并不僅限于上述實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以對本發(fā)明做出各種變形，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。