專利名稱：結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接方法，特別是涉及了結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天、船舶、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)能、核能及軸承等行業(yè)對環(huán)件需求的增加，采用傳統(tǒng)軋制方法成形的環(huán)件由于機(jī)械加工余量大、材料利用率低，不僅浪費(fèi)大量的材料，而且還使環(huán)件的成本居高不下。而采用閃光焊接工藝生產(chǎn)的環(huán)件，機(jī)加余量少，材料利用率高，成本也隨之大大降低，有利于使環(huán)件成形朝著精密成形技術(shù)方向發(fā)展。1999年11月3日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 1233548A公開了一種汽車、摩托車鋁合金車輪閃光焊接工藝，該工藝針對車輪采用的工藝流程為前處理一焊接條件設(shè)定 —裝夾工件一閃光一頂鍛一保壓一松夾具一修整，解決了鋁合金車輪環(huán)件的焊接成形技術(shù)問題，所述車輪即為薄壁環(huán)件。但是，在采用閃光焊工藝焊接薄壁環(huán)件例如結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的過程中，環(huán)坯焊縫處兩端面之間的距離如果控制不好就會(huì)造成閃光中止，從而影響焊接的持續(xù)進(jìn)行和焊縫質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成焊接件報(bào)廢。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種焊接時(shí)焊縫處的兩端面之間通過保持一定的距離來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，該方法能夠使環(huán)件在閃光焊過程中持續(xù)地進(jìn)行，從而提高焊接質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其技術(shù)方案包括以下步驟把帶開口的結(jié)構(gòu)鋼D形環(huán)坯裝進(jìn)功率為1000KVA的閃光對焊機(jī)，使其開口處左、右兩側(cè)的直邊分別被所述焊機(jī)的左、右兩側(cè)帶電極的夾緊裝置以5KN 8KN的夾緊力夾緊；在所述閃光對焊機(jī)的左、右兩側(cè)電極間施加7 18V的電壓，啟動(dòng)移動(dòng)壓盤帶動(dòng)右側(cè)夾緊裝置在機(jī)座上左右平行移動(dòng)，使D型環(huán)坯開口處的左、右兩端面迅速接觸，又迅速分開，形成斷續(xù)閃光對左、右兩端面進(jìn)行預(yù)熱，所述左、右兩端面接觸和分開45 75次后，每次通電時(shí)間O. 02s，所述左、右兩端面分別被加熱到1180±20°C ；啟動(dòng)所述焊機(jī)驅(qū)動(dòng)D形環(huán)坯的右側(cè)直邊朝左側(cè)直邊方向移動(dòng)使所述環(huán)坯的開口閉合，在所述焊機(jī)的兩級(jí)間施加7V 18V的焊接電壓，使所述環(huán)坯開口處的左端面與右端面上的細(xì)小接觸點(diǎn)通過電流密度為15A/mm2 220A/mm2閃光電流后發(fā)熱熔化，形成連接兩端金屬的液體過梁并發(fā)生爆破后高速向外噴射形成閃光，所述左、右兩端面間的閃光燒損速度為3. 6mm 7. 2mm/s ;接著驅(qū)動(dòng)所述環(huán)還開口處的右端面朝左端面以2. 5mm/s^4. Omm/s的初始速度和I. Omm/s2 2. Omm/s2的加速度作加速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所述左端面與右端面之間不斷形成液體過梁和不斷爆破，所述左端面與右端面之間的距離< 7_，閃光過程持續(xù)進(jìn)行，直到經(jīng)過3s 5s的閃光時(shí)間后達(dá)到預(yù)定的閃光留量15mm 25mm,閃光過程結(jié)束,被閃光燒化后的左端面和右端面之間被一層很薄的熔融金屬覆蓋；
驅(qū)動(dòng)D型環(huán)坯的右側(cè)直邊以80 mm/s 120mm/s的速度高速向左側(cè)直邊方向移動(dòng)，使所述被閃光燒化后的右端面和左端面在9KN 15KN的頂鍛力作用下撞擊在一起，所述環(huán)坯被頂鍛成形為閃光焊薄壁環(huán)件；所述薄壁環(huán)件在頂鍛力的作用下保壓IOs 30s后從焊機(jī)上拆卸出來。閃光過程中，所述D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面的初始進(jìn)給速度、閃光加速度與閃光燒損速度之間的關(guān)系如下V Vo+ Vi4α，式中V1 -閃光燒損速度(mm/s); V0 —閃光過程中D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面進(jìn)給時(shí)的初速度(mm/s)；a-閃光加速度(mm/s2);所述結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)選為38CrA合金。所述環(huán)件的軸向截面尺寸最大為65mmX30mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，在焊接過程中D型環(huán)坯開口處的左端面和右端面之間的距離必須小于或等于一定值，才能保證接觸點(diǎn)不斷被熔化和被閃光爆破出去，這是熔融金屬形成過梁的必要條件。對于本發(fā)明采用功率為1000KVA的閃光對焊機(jī)來說，在給定的工藝參數(shù)條件下，這一定值等于7_，因此，所述左端面和右端面之間的距離必須< 7mm，才能保證閃光過程持續(xù)進(jìn)行，提高焊接質(zhì)量；若所述左端面和右端面之間的距離大于7_，熔融金屬就無法形成過梁，導(dǎo)致閃光過程出現(xiàn)斷路情況從而造成閃光中止，影響焊接進(jìn)度并有可能造成焊接件報(bào)廢。閃光過程中，由于D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面的進(jìn)給速度V2是隨著時(shí)間而逐漸增大的，而閃光燒損速度V1在給定工藝參數(shù)條件下是不變的，因此，閃光開始初期V2 <V1，所述左端面和右端面之間的間距不斷增大，當(dāng)所述左端面和右端面之間的間距=7mm，達(dá)到了熔融金屬形成過梁的臨界值，V2 = V1;若此時(shí)繼續(xù)在V2 < V1的條件下繼續(xù)閃光，將導(dǎo)致所述左端面和右端面之間的間距>7_，所述左端面和右端面之間就無法形成過梁而產(chǎn)生斷路，閃光中止。因此，當(dāng)所述左端面和右端面之間的間距達(dá)到7mm后，必須在％ > V1的條件下繼續(xù)閃光，才能使所述左端面和右端面之間的間距逐步縮小，使閃光過程得以持續(xù)和穩(wěn)定地進(jìn)行，直到閃光過程結(jié)束所述左、右兩端面的接觸面被一層很薄的熔融金屬覆蓋為止。設(shè)所述右端面向左端面進(jìn)給的初始速度為Vtl,則有式①V2= V0 + at;由于所述左、右端面閃光燒損掉的距離為V1 t,所述右端面向左端面的進(jìn)給距離為V#+ ^ ai，要使所述左端面和右端面之間的距離彡7mm，則有式②Vi — (V0t + —ai)當(dāng)所述左端面和右端面之間的間距=7mm，達(dá)到了熔融金屬形成過梁的臨界值，則有
式③V2= V1由上述式① 式③可推導(dǎo)出-V1S V0+V14^因此，閃光過程中，D型環(huán)坯開口處的右端面朝左端面的初始進(jìn)給速度閃光加速度與閃光燒損速度如果滿Y0+，就能夠使所述環(huán)件在閃光焊過程中持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，獲得性能良好的焊接部。以牌號(hào)為38CrA的結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件為例，經(jīng)熱處理后檢測該合金薄壁環(huán)件焊接部的室溫拉伸性能，其抗拉強(qiáng)度為825MPa(大于設(shè)計(jì)使用要求的796. 5MPa)，斷后伸長率為7%(大于設(shè)計(jì)使用要求的6%)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是D型環(huán)坯裝進(jìn)閃光對焊機(jī)的示意圖。圖2是D型環(huán)坯的閃光階段示意圖。圖3是D型環(huán)坯開口處閃光結(jié)束后的示意圖。圖4是D型環(huán)坯開口處的頂鍛示意圖。圖5是焊接成形的薄壁環(huán)件示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法需要提供閃光對焊機(jī)、機(jī)械手等設(shè)備。下面以我國材料牌號(hào)為38CrA的結(jié)構(gòu)鋼為例來詳細(xì)說明該方法的
具體實(shí)施例方式該合金的主要化學(xué)兀素含量(重量百分比)為含C量O. 34% O. 42%、含Mn量
0.50% O. 80%、含 Si 量 O. 17% O. 37%、含 S 量彡 O. 015%、含 P 量彡 O. 025%、含 Cr 量 O. 08%
1.10%、含 Ni 量< O. 40%、含 Cu 量< O. 25、余量為 Fe。該合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形工藝步驟如下步驟I :裝機(jī)。如圖I所示，把帶開口的38CrA合金D形環(huán)坯裝進(jìn)功率為1000KVA的閃光對焊機(jī)，所述D形環(huán)坯由左側(cè)直邊101、右側(cè)直邊102和弧形邊103組成，在其開口110處對應(yīng)于左側(cè)直邊101的一側(cè)具有左端面111，對應(yīng)于右側(cè)直邊102的一側(cè)具有右端面112。裝機(jī)時(shí)，把所述D型環(huán)坯的左側(cè)直邊101裝進(jìn)閃光對焊機(jī)的左側(cè)夾緊裝置10中，由左側(cè)夾緊裝置10的上夾鉗11和下夾鉗12 (電極)分別從左側(cè)直邊101的上、下端面夾緊左側(cè)直邊101，夾緊力是5KN 8KN ;把所述D型環(huán)坯的右側(cè)直邊102裝進(jìn)閃光對焊機(jī)的右側(cè)夾緊裝置20中，由右側(cè)夾緊裝置20的上夾鉗21和下夾鉗22 (電極)分別從右側(cè)直邊102的 上、下端面夾緊右側(cè)直邊102，夾緊力是5KN 8KN，使左側(cè)直邊101和右側(cè)直邊102的上、下端面和前后端面分別對齊。所述左側(cè)夾緊裝置10安裝在閃光對焊機(jī)的固定壓盤30上，右側(cè)夾緊裝置20安裝在閃光對焊機(jī)的移動(dòng)壓盤40上，固定壓盤30和移動(dòng)壓盤40安裝在閃光對焊機(jī)的機(jī)座上，移動(dòng)壓盤40能帶動(dòng)右側(cè)夾緊裝置20在機(jī)座上朝固定壓盤30方向來回平行移動(dòng)使D型環(huán)坯的開口 110張開或閉合。
步驟2:預(yù)熱。在閃光對焊機(jī)的左側(cè)下夾鉗12 (電極)與右側(cè)下夾鉗22 (電極)兩級(jí)間施加7 18V的電壓，啟動(dòng)移動(dòng)壓盤40帶動(dòng)右側(cè)夾緊裝置20在機(jī)座上左右平行移動(dòng)使D型環(huán)坯的開口 110處的左端面111與右端面112迅速接觸，又迅速分開，形成斷續(xù)閃光對左端面111與右端面112進(jìn)行預(yù)熱，所述開口 110閉合和分開45 75次后，每次通電時(shí)間O. 02s，所述左端面111與右端面112分別被加熱到1180±20°C。步驟3:閃光。如圖2所示，啟動(dòng)移動(dòng)壓盤40帶動(dòng)右側(cè)夾緊裝置20在機(jī)座上朝固定壓盤方向移動(dòng)，使D型環(huán)坯的開口 110處的左端面111與右端面112接觸后開口 110處于閉合狀態(tài)；在閃光對焊機(jī)的兩級(jí)間施加7V 18V的焊接電壓，所述左端面111與右端面112上的細(xì)小接觸點(diǎn)由于有電流密度為15A/mm2 220A/mm2閃光電流通過形成電阻并發(fā)熱，這些接觸點(diǎn)的金屬很快被熔化，形成連接兩端金屬的液體“過梁”，這些液體“過梁”在電、熱、力共同作用下爆破，高速向外噴射形成閃光，所述左、右兩端面間的閃光燒損速度3. 6mm
7.2mm/s ;之后移動(dòng)壓盤40朝固定壓盤方向移動(dòng)使D型環(huán)坯開口 110處的右端面112向左
端面111作初始速度為2. 5mm/s^4. Omm/s、加速度為I. Omm/s2 2. Omm/s2的加速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所述左端面111與右端面112之間不斷形成“過梁”和不斷爆破，所述左端面111與右端面112之間的距離始終保持< 7mm，閃光過程持續(xù)進(jìn)行，直到經(jīng)過3s 5s的閃光時(shí)間后達(dá)到預(yù)定的閃光留量15mm 25mm，閃光過程結(jié)束，如圖3所示，被閃光燒化后的左端面111’和右端面112’的兩端面接觸面被一層很薄的熔融金屬覆蓋，兩端面接觸面溫度達(dá)到金屬的熔點(diǎn)，而且趨于穩(wěn)定均勻。閃光過程中，為保持閃光過程能夠持續(xù)和穩(wěn)定地進(jìn)行，D型環(huán)坯開口 110處的右端面112向左端面111的初始進(jìn)給速度、閃光加速度應(yīng)與閃光燒損速度相互匹配，即V1^ V0+ ^\Λα ,式中V1——閃光燒損速度(mm/s);V0 —閃光過程中D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面進(jìn)給時(shí)的初速度(mm/s)；a-閃光加速度(mm/s2);由于閃光對焊機(jī)的功率是一定值，在設(shè)定完焊接參數(shù)后，閃光過程中閃光對焊機(jī)對焊接端面施加的能量也是一定值，因此，在給定材料的情況下，閃光燒損速度和閃光加速度也是一定值。步驟4 :頂鍛。如圖4所示，閃光結(jié)束后，使移動(dòng)壓盤40帶動(dòng)右側(cè)夾緊裝置20在機(jī)座上朝固定壓盤方向以80mm/s 120mm/s的速度高速移動(dòng),D型環(huán)還被閃光燒化后的左端面111’和右端面112’兩端面在9KN 15KN的頂鍛力F作用下撞擊在一起，所述兩端面之間的熔融金屬和金屬氧化物全部被排擠到工件表面，左端面111’和右端面112’兩接觸面產(chǎn)生塑性變形使兩個(gè)端面上的金屬與金屬之間緊密接觸，D型環(huán)坯被頂鍛成形為如圖5所示的閃光焊薄壁環(huán)件200，所述薄壁環(huán)件200具有焊接部201。步驟5 :保壓。將焊接成形的薄壁環(huán)件200在頂鍛力的作用下保持IOs 30s，待焊縫充分結(jié)合后便可從閃光對焊機(jī)上拆卸出來。采用上述方法焊接成形的38CrA結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件，其軸向截面尺寸最大為65mm X 30mm,其中，65mm是指環(huán)件沿軸向的高度，30mm是指環(huán)件沿徑向的壁厚。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于，包括以下步驟 把帶開口的結(jié)構(gòu)鋼D形環(huán)坯裝進(jìn)功率為1000KVA的閃光對焊機(jī)，使其開口處左、右兩側(cè)的直邊分別被所述焊機(jī)的左、右兩側(cè)帶電極的夾緊裝置以5KN 8KN的夾緊力夾緊； 在所述閃光對焊機(jī)的左、右兩側(cè)電極間施加7 18V的電壓，啟動(dòng)移動(dòng)壓盤帶動(dòng)右側(cè)夾緊裝置在機(jī)座上左右平行移動(dòng)，使D型環(huán)坯開口處的左、右兩端面迅速接觸，又迅速分開，形成斷續(xù)閃光對左、右兩端面進(jìn)行預(yù)熱，所述左、右兩端面接觸和分開45 75次后，每次通電時(shí)間O. 02s，所述左、右兩端面分別被加熱到1180±20°C ； 啟動(dòng)所述焊機(jī)驅(qū)動(dòng)D形環(huán)坯的右側(cè)直邊朝左側(cè)直邊方向移動(dòng)使所述環(huán)坯的開口閉合，在所述焊機(jī)的兩級(jí)間施加7V 18V的焊接電壓，使所述環(huán)坯開口處的左端面與右端面上的細(xì)小接觸點(diǎn)通過電流密度為15 A/mm 2 220 A/mm2閃光電流后發(fā)熱熔化，形成連接兩端金屬的液體過梁并發(fā)生爆破后高速向外噴射形成閃光，所述左、右兩端面間的閃光燒損速度為3. 6mm 7. 2mm/s ;接著驅(qū)動(dòng)所述環(huán)還開口處的右端面朝左端面以2. 5mm/s^4. Omm/s的初始速度和I. Omm/s2 2. Omm/s2的加速度作加速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所述左端面與右端面之間不斷形成液體過梁和不斷爆破，所述左端面與右端面之間的距離< 7_，閃光過程持續(xù)進(jìn)行，直到經(jīng)過3s、s的閃光時(shí)間后達(dá)到預(yù)定的閃光留量15mm 25mm,閃光過程結(jié)束,被閃光燒化后的左端面和右端面之間被一層很薄的熔融金屬覆蓋； 驅(qū)動(dòng)D型環(huán)坯的右側(cè)直邊以80 mm/s 120mm/s的速度高速向左側(cè)直邊方向移動(dòng)，使所述被閃光燒化后的右端面和左端面在9KN 15KN的頂鍛力作用下撞擊在一起，所述環(huán)坯被頂鍛成形為閃光焊薄壁環(huán)件； 所述薄壁環(huán)件在頂鍛力的作用下保壓IOs 30s后從焊機(jī)上拆卸出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于，所述閃光燒損速度滿足以下條件 V1^ Vo+Vl4^，式中 V1 -閃光燒損速度(mm/s)； V0 —閃光過程中D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面進(jìn)給時(shí)的初速度(mm/s); a-閃光加速度(mm/s2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于所述結(jié)構(gòu)鋼是38CrA。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于所述環(huán)件的軸向截面尺寸最大是65mmX 30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)構(gòu)鋼薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其步驟為把帶開口的D型環(huán)坯裝進(jìn)焊機(jī)，啟動(dòng)焊機(jī)使預(yù)熱后的環(huán)坯開口閉合，在焊機(jī)的兩極間施加7V～18V的電壓，使環(huán)坯開口處的左、右端面通過電流密度為15A/mm2～220A/mm2閃光電流發(fā)熱熔化形成過梁并發(fā)生爆破后形成閃光；環(huán)坯的閃光燒損速度為3.6mm～7.2mm/s，驅(qū)動(dòng)環(huán)坯的右端面以2.5mm/s~4.0mm/s的初速度和1.0mm/s2～2.0mm/s2的加速度向左端面作加速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而保證左、右端面之間的距離≤7mm；閃光完成后，驅(qū)動(dòng)環(huán)坯的右側(cè)直邊向左側(cè)直邊高速移動(dòng)，在9KN～15KN的頂鍛力作用下使左、右端面撞擊在一起，形成閃光焊薄壁環(huán)件，并在頂鍛力的作用下保壓10s～30s。該方法能夠使閃光過程持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，從而提高焊縫質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K11/04GK102935552SQ20121047920
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者鄒偉, 周紅, 葉俊青, 江錦權(quán), 顧莉莉, 邱偉, 張桂蘭 申請人:貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司