一種實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置及其使用方法與流程

本發(fā)明涉及焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

鎂合金被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料，正成為現(xiàn)代高新技術(shù)中最有希望的結(jié)構(gòu)材料，焊接是鎂合金產(chǎn)品制造的關(guān)鍵加工技術(shù)，但焊接問題成為鎂合金廣泛應(yīng)用的瓶頸之一，鎂合金焊接性能不好，很難實(shí)現(xiàn)可靠連接。

目前鎂合金正在應(yīng)用與眾多承力結(jié)構(gòu)件的制造，如汽車制造業(yè)中鎂合金方向盤骨架、鎂合金管材汽車底盤、動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)變速箱等。這些承力結(jié)構(gòu)件的焊接接頭強(qiáng)度、塑性及疲勞性能等問題是產(chǎn)品安全可靠性的最基本而又最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。資料表明，很多事故是由于焊接接頭斷裂造成的，鎂合金焊接接頭的可靠性已成為其應(yīng)用的迫切問題。

對(duì)于鎂合金焊接結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中疲勞斷裂是其失效的一種主要形式，由疲勞裂紋引起的焊接結(jié)構(gòu)失效斷裂事故占總斷裂事故的80％以上。同時(shí)，鎂合金焊接結(jié)構(gòu)會(huì)受到各種振動(dòng)、脈動(dòng)載荷、交變載荷的作用，這些載荷對(duì)其使用的安全性和工作壽命也同樣具有極大威脅。

由于焊接加工工藝本身及鎂合金具有化學(xué)性質(zhì)活潑、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)低、高導(dǎo)熱率及熱膨，脹系數(shù)大等特點(diǎn)，使得在鎂合金焊縫及近縫區(qū)易產(chǎn)生過熱組織且晶粒粗大，這種粗大晶粒使其在焊接過程中更易出現(xiàn)粗晶、形成低熔共晶體(與其他金屬)產(chǎn)生熱裂紋、熱應(yīng)力、氣孔、蒸發(fā)、燃燒、夾渣、裂紋等問題，直接影響接頭的力學(xué)性能，鎂還能與空氣中的氮?dú)鈴?qiáng)烈化合形成脆性氮化物，降低接頭的力學(xué)性能。因此，解決其焊接接頭強(qiáng)韌性，是確保鎂合金焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個(gè)必要條件。

目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段來減弱或消除鎂合金焊接接頭的上述缺點(diǎn)，但是這些方法對(duì)上述問題的解決能力非常有限。

本發(fā)明研究的裝置具有重要的工程應(yīng)用背景，對(duì)提高鎂合金焊接接頭力學(xué)性能具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置及其使用方法，在于提高鎂合金熔焊接頭強(qiáng)度及塑性，改善接頭疲勞性能，進(jìn)而一定程度上解決鎂合金焊接結(jié)構(gòu)件制造中接頭強(qiáng)度偏低、塑性較差的問題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置，包括保溫箱、加熱裝置、活動(dòng)夾鉗、下夾鉗、滑動(dòng)軌道、固定基座、控制柜和電源裝置；所述滑動(dòng)軌道和固定基座設(shè)于保溫箱內(nèi)，所述保溫箱內(nèi)壁上設(shè)有加熱裝置；所述滑動(dòng)軌道設(shè)置于固定基座上方，在滑動(dòng)軌道與固定基座之間設(shè)有活動(dòng)夾鉗和下夾鉗，所述活動(dòng)夾鉗下端夾持焊接接頭、上端設(shè)于滑動(dòng)軌道內(nèi)，所述下夾鉗上端夾持焊接接頭、下端固定在基座上；所述控制柜包括控制面板和電機(jī)，所述控制面板與電機(jī)及加熱裝置信號(hào)連接，通過所述控制面板可以設(shè)置加熱和保溫的時(shí)間及溫度，彎曲角度，彎曲道次數(shù)目，所述控制面板控制電機(jī)和加熱裝置的工作，所述電機(jī)為活動(dòng)夾鉗的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所述電源裝置為加熱裝置和控制柜供能。

進(jìn)一步的，所述下夾鉗與固定基座為一體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述固定基座上設(shè)有轉(zhuǎn)盤，所述滑動(dòng)軌道設(shè)置于轉(zhuǎn)盤上，所述滑動(dòng)軌道內(nèi)為鏤空滑槽，所述活動(dòng)夾鉗一端伸出滑動(dòng)軌道連接轉(zhuǎn)盤后端的電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述活動(dòng)夾鉗末端設(shè)有第一齒輪組，所述第一齒輪組連接第二齒輪組，所述第二齒輪組連接步進(jìn)電機(jī)。

實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置的使用方法，包括以下步驟：

1)采用鎢極氬弧焊對(duì)鎂合金母板進(jìn)行對(duì)焊接，得到鎂合金焊接接頭；

2)將鎂合金焊接接頭垂直放置在活動(dòng)夾鉗和下夾鉗中；

3)關(guān)閉保溫箱，構(gòu)成封閉環(huán)境；

4)在控制面板輸入焊接接頭需要加熱和保溫的時(shí)間、溫度，需要彎曲的角度及彎曲道次數(shù)目，其中彎曲角度最大為90°，使焊接接頭按照設(shè)定數(shù)值進(jìn)行加熱、保溫、變形。

本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置，包括保溫箱、加熱裝置、活動(dòng)夾鉗、下夾鉗、滑動(dòng)軌道、固定基座、控制柜，所述保溫加熱裝置用于對(duì)焊接好的鎂合金焊接接頭進(jìn)行加熱保溫，所述固定基座用于固定滑動(dòng)軌道及下夾鉗，所述滑動(dòng)軌道用于活動(dòng)夾鉗的移動(dòng)，所述活動(dòng)夾鉗用于帶動(dòng)鎂合金焊接接頭進(jìn)行彎曲變形，所述控制柜包括控制面板和電機(jī)，控制面板可以輸入加熱、保溫的時(shí)間和溫度，焊接接頭彎曲的角度以及彎曲道次數(shù)目。

采用本發(fā)明的裝置制備出來的鎂合金焊接接頭，焊接接頭處形成梯度晶，組織更加均勻，晶粒得到細(xì)化，并使收縮的焊縫金屬獲得延展，可以校正變形并調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的分布，消除部分殘余應(yīng)力。

本發(fā)明所達(dá)到的有益技術(shù)效果：

①本裝置實(shí)現(xiàn)了焊接接頭的自動(dòng)彎曲變形,可準(zhǔn)確控制形變角度、彎曲道次、加熱保溫的時(shí)間和溫度,操作極其簡(jiǎn)單方便,節(jié)約了手動(dòng)時(shí)間成本；

②機(jī)械強(qiáng)制作用誘發(fā)鎂合金焊縫及熱影響區(qū)組織發(fā)生塑性變形從而獲得細(xì)晶粒接頭組織,保證動(dòng)力學(xué)過程充分進(jìn)行、細(xì)化力度大、可靠性強(qiáng)、對(duì)焊縫及熱影響區(qū)均有雙重改善效果。

③采用雙向彎曲變形可以使收縮的焊縫金屬獲得延展,可以矯正變形并調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的分布；

④雙向彎曲變形可以減弱或者消除氣孔、夾渣等缺陷；

附圖說明

圖1：實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：轉(zhuǎn)盤背面活動(dòng)夾鉗與電機(jī)連接示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置，包括保溫箱1、加熱裝置2、活動(dòng)夾鉗3、下夾鉗5、滑動(dòng)軌道4、固定基座6、控制柜7和電源裝置；所述加熱裝置2用于對(duì)焊接好的鎂合金焊接接頭進(jìn)行加熱保溫，所述固定基座6用于固定滑動(dòng)軌道及下夾鉗，所述滑動(dòng)軌道4用于活動(dòng)夾鉗3的移動(dòng)，所述活動(dòng)夾鉗3用于帶動(dòng)鎂合金焊接接頭進(jìn)行彎曲變形，所述控制柜7包括控制面板8和電機(jī)9，控制面板8可以輸入加熱、保溫的時(shí)間和溫度，焊接接頭彎曲的角度以及彎曲道次數(shù)目。所述控制面板8與電機(jī)9及加熱裝置2信號(hào)連接，所述電機(jī)9為活動(dòng)夾鉗3的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所述電源裝置為加熱裝置2、控制柜7供能。

所述固定基座6上設(shè)有轉(zhuǎn)盤10，所述滑動(dòng)軌道4設(shè)置于轉(zhuǎn)盤10上，所述滑動(dòng)軌道4內(nèi)為鏤空滑槽，所述活動(dòng)夾鉗3一端伸出滑動(dòng)軌道4連接轉(zhuǎn)盤10后端的電機(jī)9。

所述活動(dòng)夾鉗3末端設(shè)有第一齒輪組11，所述第一齒輪組11連接第二齒輪組12，所述第二齒輪組12連接步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率和脈沖個(gè)數(shù)控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度和角度，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，其旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，可通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。

利用實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置的方法，包括以下步驟：

(1)采用鎢極氬弧焊對(duì)鎂合金母板進(jìn)行對(duì)焊接，得到鎂合金焊接接頭；

(2)將鎂合金焊接接頭垂直放置在活動(dòng)夾鉗3和下夾鉗5中；

(3)關(guān)閉保溫箱1，構(gòu)成封閉環(huán)境；

(4)在控制面板8輸入焊接接頭需要加熱和保溫的時(shí)間、溫度，需要彎曲的角度及彎曲道次數(shù)目，其中單側(cè)彎曲角度最大為90°，使焊接接頭按照設(shè)定數(shù)值進(jìn)行加熱、保溫、變形；

本發(fā)明特別適合力學(xué)性能較低的焊接接頭，如鎂合金焊接接頭、鋁合金焊接接頭。

實(shí)施例

1)原材料的選用

本試驗(yàn)采用山東銀光鎂業(yè)有限公司提供的mg-al系az31鎂合金板材作為試驗(yàn)用母材，試板尺寸為2000mm×600mm×4mm，焊接材料選用該公司提供的與母材同質(zhì)的az31鎂合金焊絲，規(guī)格為φ3.0mm。鎂合金母材的主要化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1和表2。

表1az31鎂合金的化學(xué)成分(wt.％)

表2az31鎂合金的力學(xué)性能

(2)焊接方法及設(shè)備選取

用尺寸為2000mm×600mm×2mm的2塊板材組成1副對(duì)接焊試板。焊接試板開60°的v型坡口，根部間隙控制在3～4mm。用丙酮清除試板表面的油污，將焊接區(qū)域20-30mm以內(nèi)用砂紙打磨至露出金屬光澤，坡口面經(jīng)刮削清除氧化膜，保證在焊接開始前的待焊區(qū)域沒有污染物。試驗(yàn)采用tps4000數(shù)字化氬弧焊/釬焊多功能焊接設(shè)備進(jìn)行手工焊接，鎢極端部用砂輪打磨成半球形，直徑為2.5mm，噴嘴直徑7mm，電弧高度4mm。施焊時(shí)正面施焊2層，背面施焊1層，形成具有一定余高的雙面焊縫。

(3)焊接接頭處理

讓焊接接頭按照本發(fā)明提供的裝置進(jìn)行處理，其中加熱保溫的溫度設(shè)置在200℃，時(shí)間為3小時(shí)，彎曲度數(shù)90°，彎曲道次6次，由活動(dòng)夾鉗帶動(dòng)焊接接頭進(jìn)行變形，焊接接頭向左側(cè)彎曲后回歸軌道中部后,向右側(cè)彎曲同樣幅度再回歸軌道中部為一個(gè)道次。

(4)自動(dòng)雙向彎曲變形結(jié)果

經(jīng)過本發(fā)明提供的裝置處理后的焊接接頭處積累大量孿生變形，產(chǎn)生孿晶，隨著彎曲道次數(shù)目的增加，最終形成上下表面孿晶密度大，中間密度小的對(duì)稱梯度晶組織，接頭組織得到很大改善，經(jīng)測(cè)試，各種力學(xué)性能指標(biāo)均優(yōu)于焊態(tài)接頭，強(qiáng)度和塑性得到很大提高。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。