專利名稱：組裝例如鐵路車輛車身的結(jié)構(gòu)的方法以及由此得到的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于構(gòu)造如鐵路車輛車身的雙殼元件結(jié)構(gòu)的組裝。
技術(shù)背景鐵路車輛車身通常包括通過在接合區(qū)進(jìn)行焊接組裝而成的雙殼(double-skin)結(jié)構(gòu)元件。這些接合區(qū)包括至少一條用于內(nèi)殼的焊接線和至 少一條用于外殼的焊接線。為了產(chǎn)生這些焊接線，必須能夠在結(jié)構(gòu)元件的一 側(cè)和結(jié)構(gòu)元件的另 一側(cè)進(jìn)行焊接。由于這些結(jié)構(gòu)通常為管狀結(jié)構(gòu)，如鐵路車輛車身元件，所以必須能夠在 管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁上進(jìn)行焊接。由于管狀結(jié)構(gòu)中的這種布置，難以使用諸如在 焊接臺(tái)(welding stands)上移動(dòng)的焊接機(jī)器人這樣的焊接設(shè)備進(jìn)行該焊接。 實(shí)際上，為了能夠進(jìn)行這種焊接，必須使焊接臺(tái)位于管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部，這在通 常情況下是不可能的?；诖耍瑑H能使用焊接臺(tái)進(jìn)行外部焊接。僅能通過非 常不便利的手工方法進(jìn)行內(nèi)部焊接并且排除一些焊接技術(shù)，尤其是由輕質(zhì)合 金制成的雙殼元件的攪拌摩擦焊接，攪拌摩擦焊接技術(shù)可以用于組裝較薄的 元件，以及制成較輕的結(jié)構(gòu)。攪拌摩擦焊接方法包括使用圓柱狀的工具，旋轉(zhuǎn)該工具，并且將該工具 運(yùn)用到要焊接在一起的兩個(gè)元件之間的接合區(qū)。該工具在要焊接在一起的元 件上摩擦，在接合區(qū)內(nèi)將它們加熱，使焊接工具能夠穿透接合區(qū)并沿著接合 區(qū)移動(dòng)，混合位于工具前面的材料，并且將工具后面的材料重新固化，從而 將兩個(gè)元件焊接在一起。由于在將顯著的力施加在要焊接的結(jié)構(gòu)上的同時(shí)，該技術(shù)還需要能夠移 動(dòng)焊接頭的裝置，所以該技術(shù)更加難以應(yīng)用在封閉結(jié)構(gòu)中
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供一種裝置來克服上述缺陷，可以通過該裝置， 利用使用焊接臺(tái)的焊接方法組裝包括雙殼元件的結(jié)構(gòu)，尤其是諸如鐵路車輛 車身的元件的通常為管狀的結(jié)構(gòu)?；谠撃康模景l(fā)明涉及一種用于組裝包括內(nèi)部和外部、由相鄰成對(duì)且 沿著縱向接合區(qū)接合在一起的多個(gè)雙殼元件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的方法，所述每個(gè) 雙殼元件具有面向所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的內(nèi)殼和面向所述結(jié)構(gòu)的外部的外殼，其 特征在于—兩個(gè)所述相鄰的雙殼元件沿著所述內(nèi)殼的接合線接合在一起，并流 出沿著該接合線延伸的自由空間以便通過該自由空間從結(jié)構(gòu)的外部訪問該 接合線；—通過使用位于結(jié)構(gòu)外部的焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接將所述兩個(gè)內(nèi)殼沿著 所述接合線組裝在一起，所述焊接機(jī)器人的焊接頭通過沿著內(nèi)殼的接合線延 伸的自由空間訪問該接合線，并且平行于內(nèi)殼的接合線移動(dòng)；一所述自由空間通過外部蓋板封閉，使用位于所述結(jié)構(gòu)外部并且平行 于外部接合線移動(dòng)的焊接機(jī)器人將所述外部蓋板沿著外部接合線焊接到每 個(gè)相鄰的元件上。優(yōu)選地，沿著內(nèi)殼接合線的內(nèi)殼的邊緣具有匹配的凸起和凹陷形狀，所 述凸起和凹陷的嵌套方式有助于元件相對(duì)于彼此的定位。 優(yōu)選地，使用攪拌摩擦焊接方法實(shí)現(xiàn)組裝。 優(yōu)選地，通過雙肩攪拌摩擦焊接方法組裝內(nèi)殼。 優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)通常為管狀并且構(gòu)成例如鐵路車輛車身。 通過從外部焊接的方式組裝的兩個(gè)相鄰雙殼元件例如是包括側(cè)壁的雙 殼元件和包括鐵路車輛車身底盤的雙殼部件，包括側(cè)壁的所述雙殼元件與包 括底盤的所述雙殼部件之間形成一個(gè)角度，外部蓋板部分地焊接到包括側(cè)壁
的雙殼元件的外殼上，部分地焊接到包括底盤的雙殼部件的側(cè)肋上。本發(fā)明還涉及鐵路車輛車身，該鐵路車輛車身包括至少一個(gè)包括側(cè)壁的 雙殼元件，所述雙殼元件組裝到雙殼部件，所述雙殼部件包括具有側(cè)肋的底 盤，包括側(cè)壁的所述雙殼元件與包括底盤的所述雙殼部件之間形成一個(gè)角 度，通過沿著所述內(nèi)殼的接合線進(jìn)行焊接和通過焊接外部蓋板而將所述雙殼 元件和所述雙殼部件組裝在一起，所述外部蓋板部分地焊接到包括側(cè)壁的雙 殼元件的外殼上，部分地焊接到包括底盤的雙殼部件的側(cè)肋上。優(yōu)選地，所述雙殼元件和所述雙殼部件的形狀使得當(dāng)所述外部蓋板不在 時(shí)，能夠從車身外部接近所述內(nèi)殼的接合線，所述內(nèi)殼之間的接合線的排布 使得能夠從車身外部通過攪拌摩擦焊接方式焊接所述內(nèi)殼。 優(yōu)選地，所述焊接通過攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行。


下面將參考附圖更加詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但是不對(duì)本發(fā)明做任何 限制，在附圖中圖1是在通過焊接機(jī)器人進(jìn)行組裝的過程中的鐵路車輛車身的示意性透 視圖；圖2是鐵路車輛車身的側(cè)壁元件的內(nèi)殼與底盤元件的內(nèi)殼之間的接合處 的橫截面視圖；圖3是增補(bǔ)外部封閉板的圖2所示的接合處的橫截面視圖。
具體實(shí)施方式
參考圖l，通常由數(shù)字1指示的鐵路車輛車身通常為管狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu) 包括兩個(gè)側(cè)壁2， 2'、下底盤3和頂篷4，它們沿著鐵路車輛車身縱向方向 的接合區(qū)進(jìn)行組裝。具體地，側(cè)壁2和底盤3沿著位于側(cè)壁2底部和底盤3
側(cè)緣處的縱向接合區(qū)5進(jìn)行組裝。側(cè)壁2和2'與底盤3 —起由雙殼板或雙殼元件制成，所述雙殼板或雙殼 元件包括通過連接肋連接的兩層殼體。這種雙殼元件本身是公知的，例如， 所述雙殼元件包括通過擠出輕質(zhì)合金獲得的部件。通過形成包括一條或多條焊縫的焊接接頭6而沿著縱向接合區(qū)5在側(cè)壁 2和底盤3之間形成連接，下面將對(duì)其進(jìn)行說明。所述焊接接頭6通過使用 包括由臂7'支撐的焊接頭8的焊接機(jī)器人7形成。焊接機(jī)器人7安裝成可以 在導(dǎo)軌9上移動(dòng)，該導(dǎo)軌9位于包括鐵路車輛車身的管狀結(jié)構(gòu)的外部。所述 焊接機(jī)器人7沿著所述導(dǎo)軌9移動(dòng)。下面將對(duì)雙殼元件20與雙殼元件30的組裝進(jìn)行描述，所述雙殼元件20 包括鐵路車輛車身的側(cè)壁2，所述雙殼元件30是包括鐵路車輛車身的底盤的 部件。通過使用本領(lǐng)域所公知的攪拌摩擦焊接方法組裝這些輕質(zhì)合金元件。參考圖2，通常由數(shù)字2指示的側(cè)壁包括雙殼元件20，所述雙殼元件20 是通過例如擠出輕質(zhì)合金獲得的部件。所述元件20包括面向鐵路車輛車身 內(nèi)部的內(nèi)殼21和面向鐵路車輛車身外部的外殼22。內(nèi)殼21和外殼22通過 肋23連接在一起，形成支撐件。通常由數(shù)字3指示的底盤包括雙殼元件，所述雙殼元件是包括內(nèi)殼31 和外殼32的部件30，所述內(nèi)殼31形成鐵路車輛的地板。內(nèi)殼31和外殼32 通過肋33連接在一起。部件30由側(cè)肋34和側(cè)肋35限定，所述側(cè)肋34和 側(cè)肋35根據(jù)部件30的厚度交迭。包括鐵路車輛車身的側(cè)壁2的雙殼元件20的內(nèi)殼21和包括底盤3的部 件的內(nèi)殼31各自沿著內(nèi)接合線29通過元件20和部件30的內(nèi)殼的邊緣24 和36接合在一起，邊緣24和邊緣36相對(duì)于雙殼元件和雙殼部件突出，使 得內(nèi)殼21和內(nèi)殼31在它們的末端鄰接并且彼此形成延伸。元件20和部件30的邊緣24和邊緣36的成形方式使得凹陷形狀25和
凸出形狀37相互匹配，所述凹陷形狀25和凸出形狀37彼此之間的嵌套方 式有助于雙殼元件20和雙殼部件30的相對(duì)定位。雙殼元件20的外殼22的底部具有邊緣26，所述邊緣26的形狀適于形 成沿著鐵路車輛車身的縱向延伸的槽27 。邊緣26平行于雙殼元件20的內(nèi)殼21的邊緣24與雙殼部件30的內(nèi)殼 31的邊緣36之間的接合線29。定位雙殼元件20的外殼22的邊緣26，使得 在雙殼元件20與雙殼部件30之間留出自由空間40，所述雙殼元件20形成 基本垂直延伸的鐵路車輛車身的側(cè)壁2，所述雙殼部件30包括基本水平延伸 的鐵路車輛的底盤3。雙殼元件20和雙殼部件30在它們相接的區(qū)域設(shè)計(jì)成使得自由空間40 足夠大，以允許焊接頭8通過。為了組裝雙殼元件20和雙殼部件30，雙殼元件20和雙殼部件30相對(duì) 于彼此定位，使它們的內(nèi)殼沿著它們的邊緣24和邊緣36匹配，并留出自由 空間40。因而，接合線29與自由空間40相對(duì)，并且可以從鐵路車輛車身外 部通過自由空間40接近該接合線29，從而允許從外部焊接鐵路車輛車身。 當(dāng)以這種方式布置雙殼元件20和雙殼部件30時(shí)，可以使用焊接機(jī)器人進(jìn)行 焊接，焊接機(jī)器人的焊接頭8穿過開口 (自由空間)40，直到到達(dá)接合線29。由機(jī)器人7支撐并且沿著鐵路車輛車身外面縱向移動(dòng)的焊接頭8是本領(lǐng) 域公知的具有雙肩的攪拌摩擦焊接頭，其中兩個(gè)肩部81和82將結(jié)構(gòu)的內(nèi)殼 21和內(nèi)殼31在它們相接的區(qū)域夾緊在一起。焊接頭8的移動(dòng)產(chǎn)生兩個(gè)殼體 的攪拌摩擦焊接。由于焊接頭是雙肩型，所以得到的連接質(zhì)量相當(dāng)好。特別 是焊接線相當(dāng)平滑。從而得到了具有較好機(jī)械性能的連接。此外，雙肩方法 不在裝配的元件上產(chǎn)生力，這意味著可以在沒有支撐工具的情況下將較薄的 元件焊接在一起。一旦己經(jīng)通過焊接方式將結(jié)構(gòu)的元件的內(nèi)殼21和31組裝起來，就通過
蓋板50將開口 40封閉，所述蓋板50的上邊緣51裝配到包括側(cè)壁2的雙殼 元件20的外殼22的下邊緣26的槽27中，并且蓋板50支撐在包括底盤3 的雙殼部件30的側(cè)肋34和側(cè)肋35上。蓋板50沿著縱向接合線與雙殼元件20和雙殼元件30裝配在一起。一 條接合線52對(duì)應(yīng)于元件20的外殼22與封閉板50之間的連接處。兩條另外 的接合線53對(duì)應(yīng)于封閉板50與雙殼元件30的兩個(gè)側(cè)肋34和35之間的接 觸處?？梢詮蔫F路車輛車身外部接近結(jié)構(gòu)元件20， 30與封閉板50之間的這些 接合線。也是通過使用曾經(jīng)用于焊接內(nèi)殼的焊接機(jī)器人和攪拌摩擦焊接方法 來焊接這些接合線。具體地，通過使用雙肩焊接頭8'來焊接包括側(cè)壁的雙殼元件20的外殼 22與封閉板50的上邊緣51之間的上接合線52，從而在這兩個(gè)元件之間獲 得較好質(zhì)量的焊接。通過本領(lǐng)域公知的使用單肩攪拌摩擦焊接頭8"的單肩攪拌摩擦焊接方 法來焊接相對(duì)較薄的封閉板50與側(cè)肋34， 35上部之間的接合線53。在該實(shí)施例中，通過單肩焊接方法將蓋板50焊接到側(cè)肋34和側(cè)肋35 的末端，但是如果側(cè)肋的形狀合適，也可以通過雙肩攪拌摩擦焊接方法進(jìn)行 焊接，其可能有利于整體的機(jī)械強(qiáng)度。尤其適合于裝配在它們之間形成較大角度的兩個(gè)結(jié)構(gòu)元件的這種焊接 方法，也可以用于裝配構(gòu)成鐵路車輛車身的所有的板，例如側(cè)壁和頂篷。該焊接方法包括首先焊接內(nèi)殼，然后焊接外殼，為來自外部的焊接頭留 出自由空間，然后通過位于鐵路車輛車身外部的蓋板封閉該自由空間。該焊 接方法具有的優(yōu)勢(shì)在于，可以使用固定的焊接臺(tái)進(jìn)行焊接，鐵路車輛車身的 元件靠近所述焊接臺(tái)放置，從而可以容易地進(jìn)行焊接。
權(quán)利要求
1、一種用于組裝包括內(nèi)部和外部、由相鄰成對(duì)且沿著縱向接合區(qū)(5)接合在一起的多個(gè)雙殼元件(20，30)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)(1)的方法，所述每個(gè)雙殼元件(20，30)具有面向所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的內(nèi)殼(21，31)和面向所述結(jié)構(gòu)的外部的外殼(22，32)，其特征在于兩個(gè)相鄰的所述雙殼元件(20，30)沿著所述內(nèi)殼(21，31)的接合線(29)接合在一起，并流出沿著該接合線延伸的自由空間(40)以便通過該自由空間(40)從結(jié)構(gòu)的外部訪問該接合線；通過使用位于結(jié)構(gòu)外部的焊接機(jī)器人(7)進(jìn)行焊接將所述兩個(gè)內(nèi)殼(21，31)沿著所述接合線組裝在一起，所述焊接機(jī)器人(7)的焊接頭(8)通過沿著內(nèi)殼的接合線(29)延伸的自由空間(40)訪問該接合線，并且平行于內(nèi)殼的接合線移動(dòng)；所述自由空間(40)通過外部蓋板(50)封閉，使用位于所述結(jié)構(gòu)外部并且平行于外部接合線(52，53)移動(dòng)的焊接機(jī)器人將所述外部蓋板(50)沿著外部接合線焊接到每個(gè)相鄰的元件(20，30)上；以及所述結(jié)構(gòu)(1)通常為管狀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)殼(21， 31)的 邊緣(24， 36)具有沿著所述內(nèi)殼(21， 31)的接合線(29)嵌套匹配的凸 起(25)和凹陷(37)形狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過攪拌摩擦焊接 方法進(jìn)行組裝。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，至少所述內(nèi)殼(21， 31) 的組裝是通過使用雙肩攪拌摩擦焊接方法實(shí)現(xiàn)的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述結(jié) 構(gòu)(1)為鐵路車輛車身。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，通過從外部焊接的方式 組裝的兩個(gè)相鄰的雙殼元件(20， 30)是包括側(cè)壁(2)的雙殼元件(20) 和包括鐵路車輛車身的底盤的部件(30)，包括側(cè)壁的雙殼元件與包括底盤 的雙殼元件之間形成有一個(gè)角度，所述外部蓋板(50)部分地焊接到包括側(cè) 壁的雙殼元件(20)的外殼(22)上，部分地焊接到包括底盤的雙殼部件(30) 的側(cè)肋(34， 35)上。
7、 一種鐵路車輛車身(1)，該鐵路車輛車身(1)包括至少一個(gè)形成側(cè) 壁(2)的雙殼元件(20)，所述雙殼元件(20)組裝到形成底盤(3)的雙 殼部件(30)，所述底盤(3)包括側(cè)肋(34， 35)，包括側(cè)壁的雙殼元件(20) 與包括底盤的雙殼部件(30)之間形成有一個(gè)角度，其特征在于，通過沿著 所述內(nèi)殼(21， 31)的接合線(29)進(jìn)行焊接以及通過焊接外部蓋板(50) 而將所述雙殼元件(20)和所述雙殼部件(30)組裝在一起，所述外部蓋板(50)部分地焊接到包括側(cè)壁的雙殼元件(20)的外殼(22)上，部分地焊 接到包括底盤的雙殼部件(30)的側(cè)肋(34， 35)上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵路車輛車身，其特征在于，所述雙殼元件 (20)和所述雙殼部件(30)的形狀使得，當(dāng)沒有所述外部封閉蓋板(50)時(shí)，能夠從鐵路車輛車身外部訪問所述內(nèi)殼的接合線(29)，所述內(nèi)殼之間 的接合線的排布使得能夠從車輛車身外部通過攪拌摩擦焊接方式焊接所述 內(nèi)殼。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的鐵路車輛車身，其特征在于，所述焊接 通過攪拌摩擦焊接方式進(jìn)行。
全文摘要
一種用于組裝包括內(nèi)部和外部、由相鄰成對(duì)且沿著縱向接合區(qū)(5)接合在一起的多個(gè)雙殼元件(20，30)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)(1)的方法，每個(gè)雙殼元件具有面向結(jié)構(gòu)內(nèi)部的內(nèi)殼(21，31)和面向結(jié)構(gòu)外部的外殼(22，32)，其中雙殼元件沿著內(nèi)殼的接合線(29)接合在一起，并留出沿著該接合線延伸的自由空間(40)以便通過該自由空間從結(jié)構(gòu)外部訪問該接合線；通過使用位于結(jié)構(gòu)外部的焊接機(jī)器人(7)進(jìn)行焊接將兩個(gè)內(nèi)殼組裝在一起，焊接機(jī)器人的焊接頭(8)通過自由空間訪問接合線，并且平行于接合線移動(dòng)；所述自由空間通過外部蓋板(50)封閉，使用位于結(jié)構(gòu)外部且平行于外部接合線(52，53)移動(dòng)的焊接機(jī)器人將外部蓋板沿著外部接合線焊接到每個(gè)元件上。
文檔編號(hào)B23K9/12GK101161394SQ20071015257
公開日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者C·洛朗松, E·康皮斯 申請(qǐng)人:阿爾斯通運(yùn)輸公司