CN102925660A

CN102925660A - 一种提高拼焊钢板成形性的方法及装置

Info

Publication number: CN102925660A
Application number: CN201210468636XA
Authority: CN
Inventors: 宋燕利; 华林; 刘佳宁
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种提高拼焊钢板成形性的方法及装置，其方法为将焊接后的拼焊钢板置于低频交变磁场中作磁场去应力处理，处理时间为20s~300s，所述低频交变磁场的磁感应强度的大小保证拼焊钢板的各母材均能达到磁饱和状态，所述低频交变磁场的频率为0.2Hz~10Hz，所述拼焊钢板的焊缝方向与所述低频交变磁场方向垂直；其装置包括铁芯（9）、励磁线圈绕组（1）、变频调压装置（10）、交流电源（11）和用于夹持拼焊钢板（6）的夹具（3）。运用本发明方法及装置可以有效地降低拼焊钢板焊接残余应力、提高拼焊钢板成形性，具有节能环保的优点，同时也避免了传统的高温回火去应力方式可能引发的各种不良后果。

Description

一种提高拼焊钢板成形性的方法及装置

技术领域

本发明涉及拼焊钢板领域，更具体地说，涉及一种提高拼焊钢板成形性的方法及装置。

背景技术

随着汽车轻量化要求的不断提高，拼焊钢板特别是激光拼焊钢板在汽车覆盖件制造中得到了较为广泛的应用。然而，拼焊钢板的冲压成形性较普通钢板有较大程度的降低。提高拼焊钢板的成形性具有重要的科学研究价值和工程实践意义。

拼焊钢板成形性之所以下降，一个重要的原因是钢板在焊接及随后的冷却时存在着剧烈的温度变化，这使得焊缝及热影响区产生非常大的焊接残余应力。拼焊钢板未经消除焊接残余应力即作冲压成形，其成形性能明显下降。通过整体或局部高温回火工艺消除焊接残余应力，可能会引起高温下金属氧化、能源浪费以及环境污染等一系列的问题。更重要的是，在拼焊钢板焊缝两侧母材热膨胀系数差异较大的情况下，高温回火冷却后很有可能引起新的内应力，造成产品尺寸精度下降，甚至引入新的潜在危险因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高拼焊钢板成形性的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高拼焊钢板成形性的方法，将焊接后的拼焊钢板置于低频交变磁场中作磁场去应力处理，处理时间为20s~300s，所述低频交变磁场的磁感应强度为1.6T~2.2T，所述低频交变磁场的频率为0.2Hz~10Hz，所述拼焊钢板的焊缝方向与所述低频交变磁场方向垂直。

在上述提高拼焊钢板成形性的方法中，所述低频交变磁场的磁感应强度为1.5T~1.7T，所述低频交变磁场的频率为0.2Hz~2Hz，磁场去应力处理时间为260s~300s。

在上述提高拼焊钢板成形性的方法中，所述低频交变磁场的磁感应强度为1.8T~2.0T，所述低频交变磁场的频率为7Hz~10Hz，磁场去应力处理时间为120s~180s。

在上述提高拼焊钢板成形性的方法中，所述低频交变磁场的磁感应强度为2.0T~2.2T，所述低频交变磁场的频率为2Hz~5Hz，磁场去应力处理时间为40s~80s。

本发明还提供了一种提高拼焊钢板成形性的装置，包括铁芯、励磁线圈绕组、变频调压装置、交流电源和用于夹持拼焊钢板的夹具，所述励磁线圈绕组绕在所述铁芯上，所述励磁线圈绕组通过所述变频调压装置与所述交流电源连接，所述夹具由非磁性材料制成。

在上述提高拼焊钢板成形性的装置中，所述夹具通过紧固螺栓和螺母固定在所述铁芯上。

在上述提高拼焊钢板成形性的装置中，所述提高拼焊钢板成形性的装置还包括垫片，所述夹具上还设有顶紧螺栓，所述顶紧螺栓用于将所述垫片压紧在拼焊钢板的表面。

实施本发明的提高拼焊钢板成形性的方法及装置，具有以下有益效果：

（1）：通过低频交变磁场能量使钢板内部的磁畴壁移动、磁矩转动，进而造成磁畴的合并和消失，这种磁畴结构的改变导致开动位错源所需的能量降低，促进材料中大量微观区域发生位错发射、运动和钉扎现象，引发弥散性微区塑性形变，造成微区应力变化，并且在焊缝及热影响区等位错密集的高应力区位错和应力分布的变化更加明显，从而达到降低拼焊钢板内部的残余应力的目的。交变磁场的方向会产生周期性变化，因此拼焊钢板的磁畴壁存在着一定程度的震动现象，有利于消除残余应力。运用本发明方法及装置可以有效地降低拼焊钢板焊接残余应力、提高拼焊钢板成形性，低频交变磁场耗能少，具有节能环保的优点，同时也避免了传统的高温回火去应力方式可能引发的各种不良后果。

（2）：根据材料铁磁性能的不同，低频交变磁场的磁感应强度的大小应确保拼焊钢板的各母材均能达到磁饱和状态，保证去应力效果。

（3）：对于钢铁材料，磁畴壁发生不可逆位移时可引发微区塑性形变，产生应力松弛效应，而磁畴壁位移量又与磁场作用时间相关。本发明的处理时间为20s~300s，在保证能降低残余应力的前提下，处理时间短，消耗能源少。

（4）：磁场频率为0.2Hz~10Hz，磁场涡流效应和集肤效应等现象不明显，能有效减小发热和能量损失。

（5）：一般钢铁材料的饱和磁致伸缩系数为负，并且拼焊钢板焊缝和热影响区的焊接残余应力为近似平行于焊缝的拉应力，选取垂直于焊缝的方向作为磁处理方向，对于降低焊接残余应力、提高拼焊钢板成形性更加有利。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提高拼焊钢板成形性的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合具体的实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

本发明提高拼焊钢板成形性的方法有以下三种优选的实施例。

实施例1：

将本发明中的方法应用于母材为45号优质碳素结构钢的等厚激光拼焊钢板上，45号优质碳素结构钢经过860℃水淬，180℃回火，厚度为1.0mm。

1）根据45号钢板的铁磁性能及焊接方向确定合理的磁处理工艺参数：低频交变磁场的磁感应强度为1.5T~1.7T，保证拼焊钢板母材达到磁饱和状态，磁场频率为0.2Hz~2Hz，磁处理时间为260s~300s，磁处理方向为垂直于焊缝的方向。

2）将该拼焊钢板置于低频交变磁场中，并遵照上述磁处理工艺参数，对其作磁场去应力处理。

3）将经磁场去应力处理后的拼焊钢板取出，进行残余应力测量，并置于GBS-60B的Erichsen（埃里克森）杯突试验机上，按照BS EN ISO 20482:2003的标准完成杯突试验。

通过比较发现，拼焊钢板试样在经过磁场去应力处理后焊缝和热影响区处的残余应力下降了约35%，杯突值增加了约22%，亦即拼焊钢板的成形性得到了较大程度的提高。

实施例2：

将本发明中的方法应用于母材为30CrMnMoTiA的等厚激光拼焊钢板上，30CrMnMoTiA经过875℃油淬，440℃回火，厚度为0.75mm。

1）根据30CrMnMoTiA钢板的铁磁性能及焊接方向确定合理的磁处理工艺参数：磁感应强度为1.8T~2.0T，保证拼焊钢板母材达到磁饱和状态，磁场频率为7Hz~10Hz，磁处理时间为120s~180s，磁处理方向为垂直于焊缝的方向。

3）将经磁场去应力处理后的拼焊钢板取出，进行残余应力测量，并置于GBS-60B的Erichsen杯突试验机上，按照BS EN ISO 20482:2003的标准完成杯突试验。

通过比较发现，拼焊钢板试样在经过磁场去应力处理后焊缝和热影区处的残余应力下降了约23%；杯突值增加了约17%，亦即拼焊钢板的成形性得到了较大程度的提高。

实施例3：

将本发明中的方法应用于母材为DX56D+Z热轧镀锌钢和DP600热轧双相钢的激光拼焊钢板上。DX56D+Z热轧镀锌钢和DP600热轧双相钢经过500℃去应力退火处理，厚度为0.75mm。

1）根据DX56D+Z钢板和DP600钢板的铁磁性能及焊接方向确定合理的磁处理工艺参数：磁感应强度为2.0T~2.2T，保证两种拼焊钢板母材均达到磁饱和状态；磁场频率为2Hz~5Hz，磁处理时间为40s~80s，磁处理方向为垂直于焊缝的方向。

通过比较发现，拼焊钢板试样在经过磁场去应力处理后焊缝和热影区处的残余应力下降了约27%；杯突值增加了约23%，亦即拼焊钢板的成形性得到了较大程度的提高。

通过以上三个实施例可以看出运用本发明提高拼焊钢板成形性的方法可以有效地降低拼焊钢板焊接残余应力、提高拼焊钢板成形性。低频交变磁场的强度、频率和磁处理时间等参数可根据实际拼焊钢板各母材的材料成分和状态在一定范围内选择设定。

如图1所示，本发明还提供了一种提高拼焊钢板成形性的装置，其包括铁芯9、励磁线圈绕组1、变频调压装置10、交流电源11和夹具3。本实施例中的铁芯9是“U”形的，励磁线圈绕组1绕在铁芯9上，励磁线圈绕组1通过变频调压装置10与交流电源11连接，通过励磁线圈绕组1和铁芯9产生低频交变磁场。变频调压装置10可以调节磁场强度和频率。夹具3用于夹持拼焊钢板6，夹具3由铝、铜、塑料等非磁性材料制成。拼焊钢板6安装在夹具3上后，拼焊钢板6的焊缝7与磁场方向垂直。

夹具3可以通过紧固螺栓2和螺母8固定在铁芯9上，夹具3拆装方便。紧固螺栓2和螺母8只是一种优选的实施方式，夹具3也可以通过卡扣等其它方式固定。

提高拼焊钢板成形性的装置还可以包括垫板5，夹具3上还设有顶紧螺栓4，通过拧紧顶紧螺栓4将垫板5压紧在拼焊钢板6的表面。通过旋转顶紧螺栓4可适用于不同厚度的拼焊钢板6，并且设置垫板5可以避免拼焊钢板6的表面受损。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种提高拼焊钢板成形性的方法，其特征在于，将焊接后的拼焊钢板置于低频交变磁场中作磁场去应力处理，处理时间为20s~300s，所述低频交变磁场的磁感应强度的大小保证拼焊钢板的各母材均能达到磁饱和状态，所述低频交变磁场的频率为0.2Hz~10Hz，所述拼焊钢板的焊缝方向与所述低频交变磁场方向垂直。

2.根据权利要求1所述的提高拼焊钢板成形性的方法，其特征在于，所述低频交变磁场的磁感应强度为1.5T~1.7T，所述低频交变磁场的频率为0.2Hz~2Hz，磁场去应力处理时间为260s~300s。

3.根据权利要求1所述的提高拼焊钢板成形性的方法，其特征在于，所述低频交变磁场的磁感应强度为1.8T~2.0T，所述低频交变磁场的频率为7Hz~10Hz，磁场去应力处理时间为120s~180s。

4.根据权利要求1所述的提高拼焊钢板成形性的方法，其特征在于，所述低频交变磁场的磁感应强度为2.0T~2.2T，所述低频交变磁场的频率为2Hz~5Hz，磁场去应力处理时间为40s~80s。

5.一种提高拼焊钢板成形性的装置，其特征在于，包括铁芯（9）、励磁线圈绕组（1）、变频调压装置（10）、交流电源（11）和用于夹持拼焊钢板（6）的夹具（3），所述励磁线圈绕组（1）绕在所述铁芯（9）上，所述励磁线圈绕组（1）通过所述变频调压装置（10）与所述交流电源（11）连接，所述夹具（3）由非磁性材料制成。

6.根据权利要求5所述的提高拼焊钢板成形性的装置，其特征在于，所述夹具（3）通过紧固螺栓（2）和螺母（8）固定在所述铁芯（9）上。

7.根据权利要求5所述的提高拼焊钢板成形性的装置，其特征在于，所述提高拼焊钢板成形性的装置还包括垫板（5），所述夹具（3）上还设有顶紧螺栓（4），所述顶紧螺栓（4）用于将所述垫板（5）压紧在拼焊钢板（6）的表面。