CN102500899A - 一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，包括：工件装夹步骤，将作为工件的轴头和轴管分别装入轴梁闪光对焊机，用液压动夹钳和定夹钳夹紧，并通过调整机构对正轴头和轴管；预闪光步骤，接通电源，使动夹钳以设定的恒定速度向前推动，使工件之间出现闪光并逐渐缩短，直至闪光余量达到预设值；预热步骤，以设定的预热脉冲对工件进行预热；闪光步骤，以设定的速度进行闪光；顶锻步骤，闪光后立即进行顶锻；加热保压步骤，对工件施加设定的压力并通电加热；拆卸工件步骤，焊接完成后，卸载并取出工件。
Description
技术领域
本发明涉及闪光对焊技术，特别涉及一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，尤其是指一种用于挂车车轴的轴梁生产工艺。
背景技术
闪光对焊是一种将两小截面工件端面始终压紧，利用低电压强电流对工件加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻压力(或不加顶锻压力只保持焊接时压力)完成纵向焊接的焊接方法。目前，闪光对焊在国内常用于建筑钢筋的连接以及铁路钢轨的焊接，在汽车制造行业应用不多，用于挂车车轴的轴头与轴管焊接则更是绝无仅有。
普通的闪光对焊机不能很好地控制夹紧力及顶锻压力的大小，使用较为不便，难以满足挂车车轴的轴梁焊接要求。为此，发明人设计了一种轴梁闪光对焊机，可以方便地按照预设策略控制闪光对焊的焊接过程，由此确保工件无焊接缺陷，提高工件机械性能，下面进行简要描述。
参见图1，表示该轴梁闪光对焊机的结构原理图，它包括机座8、定夹钳1、动夹钳5、液压油缸7、伺服阀、旁路阀、焊接变压器2、位移传感器6、压力传感器及焊接控制器9等部件。定夹钳1和动夹钳5分别安装在机座8的同一轴线上，并分别与焊接变压器2连接，其中动夹钳5由伺服阀控制的液压油缸7驱动，并配置供顶锻时用的旁路阀。使用时，以定夹钳1夹持轴梁的轴头3，以动夹钳1夹持轴梁的轴管4，并由液压油缸7夹紧(夹持力由焊接控制器设定，最大可达400KN)，最后通过调整机构对正轴头3和轴管4，由此即可进行后续的预热闪光对焊。
如图1所示，该轴梁闪光对焊机为一种自适用控制系统，其焊接控制器9一方面连接伺服阀及旁路阀，用于根据预设策略控制旁路阀的开/启和调节伺服阀的开度，使液压油缸7推动动夹钳5按预设压力曲线相应动作；另一方面连接焊接变压器2，用于控制焊接变压器2的相位控制和焊接电流，通过焊接变压器2产生的低压高电流即可产生低电压强电流对工件加热至塑性。此外，设置有位移传感器6，它的一端连接液压油缸7的活塞杆，另一端连接液压油缸7的缸体，并电连接至焊接控制器9以返回顶锻时的焊接位移数据；同时设置有压力传感器，其电连接至焊接控制器9，用以检测并输出顶锻时的前进压力/返回压力数据；顶锻时动夹钳5可以恒定的速度向前推进，并根据工件特性施加最佳的顶锻力，由此实现闭环负反馈控制。
上述轴梁闪光对焊机的关键在于优化闪光对焊各工序的参数，以确保无工件无焊接缺陷，并提高焊后工件尺寸精度，避免续后加工工序。然而，现有使用预热闪光对焊生产轴梁的焊接工序并不能完全满足这些要求，由此导致产品质量不够理想，需要优化设计整套工艺流程。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，可以根据母材的特性，通过对焊接过程及焊接参数进合理设计及精确控制，使用预热闪光对焊生产出与轴管的强度、塑性等机械性能相同、高疲劳寿命且质量稳定的轴梁。
为解决以上技术问题，实现本发明目的的技术方案是，一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，包括：
工件装夹步骤，将作为工件的轴头和轴管分别装入轴梁闪光对焊机，用液压动夹钳和定夹钳夹紧，并通过调整机构对正轴头和轴管；
预闪光步骤，接通电源，使动夹钳以设定的恒定速度向前推动，使工件之间出现闪光并逐渐缩短，直至闪光余量达到预设值；
预热步骤，以设定的预热脉冲对工件进行预热；
闪光步骤，以设定的速度进行闪光；
顶锻步骤，闪光后立即进行顶锻；
加热保压步骤，对工件施加设定的压力并通电加热；
拆卸工件步骤，焊接完成后，卸载并取出工件。
较优地，预闪光步骤中，闪光余量范围为3～8mm。
较优地，闪光步骤分为多个阶段，每阶段的闪光余量为10～15mm。
较优地，顶锻步骤中，顶锻余量为10～15mm。
较优地，工件材料为Q345。
较优地，工件为轴头大端空心方形面与轴管空心方形面的焊接，或者为轴头大端空心圆形面与轴管空心圆形面的焊接。
较优地，工件为端面为150×150×11的空心方管；
预闪光步骤中，闪光余量约为5±0.5mm，闪光速度为0.25±0.025mm/s；
预热步骤中，预热脉冲为46±5个，每个脉冲中工件接触加热的时间为0.9±0.09秒，加热电流为60±6kA，加热时施加在工件间的压力为100±10kN，工件分开进行扩散的时间为每次0.6±0.06秒，每次分开的距离为1.5±0.15mm；
闪光步骤中，分两个阶段，其中第一阶段闪光速度0.25±0.025mm/s，闪光余量7±0.7mm；第二阶段闪光速度0.32±0.032mm/s，闪光余量3±0.3mm；
顶锻步骤中，顶锻力400±40kN，电流60±6kA，加载时间0.6±0.06秒，总的顶锻余量13±1.3mm；
加热保压中：分两个阶段，其中第一阶段压力300±30kN，保持3±0.3秒，第二阶段压力170±17kN，保持10±1秒。
较优地，工件为端面为150×150×16的空心方管；
预闪光步骤中，闪光余量约为4.5±0.45mm，闪光速度为0.2±0.02mm/s；
预热步骤中，预热脉冲为44±4个，每个脉冲中工件接触加热的时间为1.1±0.011秒，加热电流为64±6.4kA，加热时施加在工件间的压力为160±16kN，工件分开进行热扩散的时间为每次0.5±0.05秒，每次分开的距离为1.5±0.15mm；
闪光步骤中，分两个阶段，其中第一阶段闪光速度0.5±0.05mm/s，闪光余量7.5±0.7mm；第二阶段闪光速度0.8±0.08mm/s，闪光余量6.5±0.65mm；
顶锻步骤中，顶锻力500±50kN，电流67±6.7kA，加载时间1±0.1秒，总的顶锻余量15±1.5mm；
加热保压中：分两个阶段，其中第一阶段压力440±44kN，保持3±0.3秒，第二阶段压力250±25kN，保持10±1秒。
较优地，工件为端面为Φ127×17.5的空心圆管；
预闪光步骤中，闪光余量约为5±0.5mm，闪光速度为0.3±0.03mm/s；
预热步骤中，预热脉冲为46±5个，每个脉冲中工件接触加热的时间为1±0.1秒，加热电流为60±6kA，加热时施加在工件间的压力为110±11kN，工件分开进行热扩散的时间为每次0.6±0.06秒，每次分开的距离为1.5±0.15mm；
闪光步骤中，分两个阶段，其中第一阶段闪光速度0.37±0.037mm/s，闪光余量7±0.7mm；第二阶段闪光速度0.5±0.05mm/s，闪光余量5.5±0.55mm；
顶锻步骤中，顶锻力400±40kN，电流60±6kA，加载时间0.6±0.06秒，总的顶锻余量15±1.5mm；
加热保压中：分两个阶段，其中第一阶段压力300±30kN，保持3±0.3秒，第二阶段压力170±17kN，保持10±1秒。
较优地，焊接参数由焊接控制器预先设定，整个焊接过程由焊接控制按照预先编号的特定程序进行紧密控制。
与现有技术相比，本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法可确保无焊接缺陷，产品机械性能显著提高，其抗拉强度、屈服强度、冲击值、延伸率、强度、塑形、韧性等指标都不低于母材，轴梁垂直弯曲疲劳寿命试验达到要求，因而可以用来制造要求具有高强度、高疲劳强度及高可靠性的挂车车轴轴梁。该工艺方法的生产过程中，工件安装定位准确，焊接变形可控，焊后工件尺寸精度高，无需再次进行加工，提高了生产效率。
附图说明
图1为轴梁闪光对焊机的结构示意图；
图2为本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法的流程图；
图3为本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法实施例1的焊接曲线图
图4为本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法实施例2的焊接曲线图；
图5为本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法实施例3的焊接曲线图；
图6为本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法实施例1、2的工件端面图；
图7为本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法实施例3的工件端面图.
具体实施方式
本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法的核心思想是，采用预热闪光优化焊接过程，并进一步优化焊接参数，已实现轴梁焊接的精确控制。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，其中涉及的实施例不构成对本发明的任何限制。
参见图2，表示本发明使用预热闪光对焊生产轴梁的方法的工艺流程，包扩7个主要工艺步骤，详细说明如下。
(1)工件装夹——将轴头和轴管分别装入轴梁焊接专用的轴梁闪光对焊机(设备结构及工作原理参见图1)中，并用液压动、定夹钳分别夹紧(两夹钳分别与焊接变压器连接，其中两夹钳的夹持力由焊接控制器程序设定，最大可达到600kN)，最后通过调整机构对正轴头和轴管。
(2)预闪光——通过接通电源并使动夹钳以恒定的速度向前推动(该动夹钳由一个伺服阀控制液压油缸驱动，且该液压缸还配有一个旁路阀即顶锻阀，在顶锻时使用)，使工件之间出现闪光并逐渐缩短，直至闪光余量到达焊接控制器程序的设定值，通过预闪光，使两工件表面达到完全接触；本例中，闪光余量范围为3～8mm，优选范围约为5mm。
(3)预热——以设定的预热脉冲对工件进行预热，脉冲数以及每个加热脉冲的通电时间、通电电流、压力以及工件分开传热的时间都在程序中进行预先设定，依据工件母材特性有所差别。
(4)闪光——以设定的速度进行闪光，可分为几个阶段，其中每阶段闪光速度不尽相同，使得闪光余量为10～15mm。
(5)顶锻——闪光后立即进行顶锻，具体过程是：顶锻阀打开，推动动夹钳快速前进；动夹钳到达设定距离后，顶锻阀关闭，由伺服阀以设定的顶锻力推动并保持压力至设定时间。顶锻力由焊接控制器程序预先设定，最大可达到600kN，使顶锻余量为10～15mm；
(6)加热保压——对工件施加设定的压力并通电加热，以便提高和稳定焊缝性能。具体可分为几个阶段，其中每阶段的电流、压力以及加热保压时间不尽相同；
(7)拆卸工件——焊接完成后，卸载并取出工件。
本发明工艺与现有技术相比，具有下述优点：按本发明焊接工艺对焊接出的轴梁焊缝(轴头及轴管材料为Q345)，确保无焊接缺陷，其机械性能显著提高，抗拉强度大于510MPa，屈服强度Rp0.2大于450MPa，冲击值(-20度夏比冲击值)大于20J，延伸率δs大于15％；强度、塑形、韧性都不低于母材，轴梁垂直弯曲疲劳寿命试验达到要求，因而可以用来制造要求具有高强度、高疲劳强度及高可靠性的挂车车轴轴梁；工件安装定位准确，焊接变形可控，焊后工件尺寸精度高，无需再次进行加工。
为了更进一步的说明，以下对几个具体应用实例进行描述。
实施例1
1、轴头及轴管材料——Q345
2、工件端面尺寸——150×150×11空心方管(参见图6)，截面积5540mm2
3、焊接工艺——(1)预闪光：闪光余量约为5mm，闪光速度为0.25mm/s；(2)预热：共46个预热脉冲，每个脉冲中，工件接触加热的时间为0.9秒，加热电流为60kA，加热时施加在两工件间的压力为100kN，两工件分开进行热扩散的时间为每次0.6秒，每次分开的距离为1.5mm；(3)闪光：分两个阶段，第一阶段闪光速度0.25mm/s，闪光余量7mm；第二阶段闪光速度0.32mm/s，闪光余量3mm；(4)顶锻：顶锻力400kN，电流60kA，加载时间0.6秒，总的顶锻余量13mm；(6)加热保压：分两个阶段，第一阶段压力300kN，保持3秒，第二阶段压力170kN，保持10秒。
该实施例的焊接曲线见图3。
实施例2
1、轴头及轴管材料——Q345。
2、工件端面尺寸——150×150×16空心方管(参见图6)，截面积7800mm2。
3、焊接工艺——(1)预闪光：闪光余量约为4.5mm，闪光速度为0.2mm/s；(2)预热：共44个预热脉冲，每个脉冲中，工件接触加热的时间为1.1秒，加热电流为64kA，加热时施加在两工件间的压力为160kN，两工件分开进行热扩散的时间为每次0.5秒，每次分开的距离为1.5mm；(3)闪光：分两个阶段，第一阶段闪光速度0.5mm/s，闪光余量7.5mm；第二阶段闪光速度0.8mm/s，闪光余量6.5mm；(4)顶锻：顶锻力500kN，电流67kA，加载时间1秒，总的顶锻余量15mm；(6)加热保压：分两个阶段，第一阶段压力440kN，保持3秒，第二阶段压力250kN，保持10秒。
该实施例的焊接曲线见图4。
实施例3
1、轴头及轴管材料——Q345。
2、工件端面尺寸——Φ127×17.5空心圆管(参见见图7)，截面积6020mm2。
3、焊接工艺——(1)预闪光：闪光流量约为5mm，闪光速度为0.3mm/s；(2)预热：共46个预热脉冲，每个脉冲中，工件接触加热的时间为1.0秒，加热电流为60kA，加热时施加在两工件间的压力为110kN，两工件分开进行热扩散的时间为每次0.6秒，每次分开的距离为1.5mm；(3)闪光：分两个阶段，第一阶段闪光速度0.37mm/s，闪光余量7mm；第二阶段闪光速度0.5mm/s，闪光余量5.5mm；(4)顶锻：顶锻力400kN，电流60kA，加载时间0.6秒，总的顶锻余量15mm；(6)加热保压：分两个阶段，第一阶段压力300kN，保持3秒，第二阶段压力170kN，保持10秒。
该实施例的焊接曲线见图5。
根据以上三个实施例提供工艺参数得到的产品具有优良的性能指标(具体检验结果参见表1)，其中有关参数可允许10％的公差。
表1产品检验结果一览表
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，包括：
工件装夹步骤，将作为工件的轴头和轴管分别装入轴梁闪光对焊机，用液压动夹钳和定夹钳夹紧，并通过调整机构对正轴头和轴管；
预闪光步骤，接通电源，使动夹钳以设定的恒定速度向前推动，使工件之间出现闪光并逐渐缩短，直至闪光余量达到预设值；
预热步骤，以设定的预热脉冲对工件进行预热；
闪光步骤，以设定的速度进行闪光；
顶锻步骤，闪光后立即进行顶锻；
加热保压步骤，对工件施加设定的压力并通电加热；
拆卸工件步骤，焊接完成后，卸载并取出工件。
2.如权利要求1所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，预闪光步骤中，闪光余量范围为3～8mm。
3.如权利要求2所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，闪光步骤分为多个阶段，每阶段的闪光余量为10～15mm。
4.如权利要求3所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，顶锻步骤中，顶锻余量为10～15mm。
5.如权利要求4所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，工件材料为Q345。
6.如权利要求5所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，工件为轴头大端空心方形面与轴管空心方形面的焊接，或者为轴头大端空心圆形面与轴管空心圆形面的焊接。
7.如权利要求6所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，
工件为端面为150×150×11的空心方管；
预闪光步骤中，闪光余量约为5±0.5mm，闪光速度为0.25±0.025mm/s；
预热步骤中，预热脉冲为46±5个，每个脉冲中工件接触加热的时间为0.9±0.09秒，加热电流为60±6kA，加热时施加在工件间的压力为100±10kN，工件分开进行扩散的时间为每次0.6±0.06秒，每次分开的距离为1.5±0.15mm；
闪光步骤中，分两个阶段，其中第一阶段闪光速度0.25±0.025mm/s，闪光余量7±0.7mm；第二阶段闪光速度0.32±0.032mm/s，闪光余量3±0.3mm；
顶锻步骤中，顶锻力400±40kN，电流60±6kA，加载时间0.6±0.06秒，总的顶锻余量13±1.3mm；
加热保压中：分两个阶段，其中第一阶段压力300±30kN，保持3±0.3秒，第二阶段压力170±17kN，保持10±1秒。
8.如权利要求6所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，
工件为端面为150×150×16的空心方管；
预闪光步骤中，闪光余量约为4.5±0.45mm，闪光速度为0.2±0.02mm/s；
预热步骤中，预热脉冲为44±4个，每个脉冲中工件接触加热的时间为1.1±0.011秒，加热电流为64±6.4kA，加热时施加在工件间的压力为160±16kN，工件分开进行热扩散的时间为每次0.5±0.05秒，每次分开的距离为1.5±0.15mm；
闪光步骤中，分两个阶段，其中第一阶段闪光速度0.5±0.05mm/s，闪光余量7.5±0.7mm；第二阶段闪光速度0.8±0.08mm/s，闪光余量6.5±0.65mm；
顶锻步骤中，顶锻力500±50kN，电流67±6.7kA，加载时间1±0.1秒，总的顶锻余量15±1.5mm；
加热保压中：分两个阶段，其中第一阶段压力440±44kN，保持3±0.3秒，第二阶段压力250±25kN，保持10±1秒。
9.如权利要求6所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，
工件为端面为Φ127×17.5的空心圆管；
预闪光步骤中，闪光余量约为5±0.5mm，闪光速度为0.3±0.03mm/s；
预热步骤中，预热脉冲为46±5个，每个脉冲中工件接触加热的时间为1±0.1秒，加热电流为60±6kA，加热时施加在工件间的压力为110±11kN，工件分开进行热扩散的时间为每次0.6±0.06秒，每次分开的距离为1.5±0.15mm；
闪光步骤中，分两个阶段，其中第一阶段闪光速度0.37±0.037mm/s，闪光余量7±0.7mm；第二阶段闪光速度0.5±0.05mm/s，闪光余量5.5±0.55mm；
顶锻步骤中，顶锻力400±40kN，电流60±6kA，加载时间0.6±0.06秒，总的顶锻余量15±1.5mm；
加热保压中：分两个阶段，其中第一阶段压力300±30kN，保持3±0.3秒，第二阶段压力170±17kN，保持10±1秒。
10.如权利要求1～9任一项所述的使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，其特征在于，焊接参数由焊接控制器预先设定，整个焊接过程由焊接控制按照预先编号的特定程序进行紧密控制。
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