CN103600204B - 一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，步骤一、下轮辋的制造；步骤二、上轮辐的制造；步骤三、进行轮辋与轮辐复合；步骤四、进行搅拌摩擦钎焊；无针搅拌头采用H13等耐热钢材，对于焊接6mm厚度的轮辋选择直径为20mm的搅拌头；焊接参数，搅拌头下压量控制在0.1‑0.25mm，焊接机转速控制在1500转／分钟；轮毂旋转一周，焊接旋转速度初期在200mm／min，焊接过100mm之后可以将速度控制在400mm／min。捋搅拌摩擦钎焊引入到轮毂生产中，与现有的采用搅拌摩擦焊技术生产的轮毂比，具有更高的生产效率，同时又可以进一步提高焊接强度。
Description
技术领域
本发明涉及车身制造领域，尤其涉及铝合金搅拌摩擦钎焊轮的制造。
背景技术
汽车用的铝合金轮毂，出现一种新的制造方式：将轮辐和轮辋单独制造，再采用搅拌摩擦焊进行焊接，这种新工艺与传统的铸造或者锻造工艺比具有节能降耗，同时又可以降低轮毂重量的优势。但是这种复合轮毂工艺在生产过程也存在一定的问题。搅拌摩擦焊，由于存在搅拌针，在焊接结尾处会留下一个匙孔，而目前的堵匙孔工艺容易造成轮毂疲劳裂缝漏气等诸多隐患，一年使用后有3-5％的轮毂出现不同程度的漏气问题。而且搅拌摩擦焊的焊缝宽度一般为厚度0.8-1.2倍，对于重载轮需要进行多道焊接来加大焊缝宽度。考虑到复合轮毂的安全性能，迫切需要一种既可以满足复合要求，又不存在安全隐患的新型焊接技术。
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，
步骤一：下轮辋的制造：
1.1、将板材对焊卷成圆筒，或者采购合适直径的筒料；
1.2、将轮辋旋压成形；
1.3、机械加工轮辋与轮辐接口，将轮辋与轮辐焊接处精车；
1.4、加工完成后进行酸洗，去除表面污渍和氧化层；
1.5、干燥轮辋清洁保存备用；
步骤二：上轮辐的制造：
2.1、将轮辐铸造成形；
2.2、轮辐数控加工，加工焊接台阶，表面粗糙度不大于0.8Ra/um；轮辋与轮辐过盈配合，轮辐过盈量控制在0.1-0.3mm的范围内；
2.3、加工完成后进行酸洗，去除表面污渍和氧化层；
2.4、干燥轮辐清洁保存备用；
2.5、焊接前刷镀钎焊层，厚度控制在0.1-0.15mm之内；
步骤三：进行轮辋与轮辐复合
3.1、加热轮辋，热胀后与轮辐对接；
3.2、风冷到室温；
步骤四：进行搅拌摩擦钎焊：
4.1、无针搅拌头采用H13钢材，对于焊接6mm厚度的轮辋选择直径为20mm的搅拌头，焊接8mm厚度的轮辋可选择24mm的搅拌头；
4.2、焊接参数，搅拌头下压量控制在0.1-0.25mm，焊接机转速控制在1500转/分钟；
4.3、轮毂旋转一周，焊接旋转速度初期在200mm/min，焊接过100mm之后可以将速度控制在400mm/min。
作为本发明的进一步改进，步骤1.2中，用强力旋压机进行旋压。
作为本发明的进一步改进，步骤1.3中，对接面厚度为2mm，表面粗糙度不大于0.8Ra/um。
作为本发明的进一步改进，步骤1.3中，轮辋与轮辐的接口留有0.5mm的缝隙。
作为本发明的进一步改进，轮辋清洗过后，完成焊接时间间隔小于36小时。
作为本发明的进一步改进，轮辐清洗过后，完成刷镀钎焊层时间间隔小于24小时。
作为本发明的进一步改进，刷镀完成到焊接完成间隔小于12小时。
作为本发明的进一步改进，步骤3.1中，轮辋加热到150摄氏度。
本发明的有益效果是：
本发明公开了制造铝合金钎焊轮毂的一种方法，利用搅拌摩擦钎焊技术生产组合式轮毂。轮毂由上轮辐和下轮辋组成，上轮辐包含部分传统的上轮辋，下轮辋利用旋压技术生产，之后采用搅拌摩擦钎焊接将上下轮辋复合。本发明将搅拌摩擦钎焊技术引入到轮毂生产中，大大的提高了轮毂生产效率，又可以结合旋压技术在轮辋强化上的优势。最终的产品可以比传统的铝合金铸造轮轻30％，同时又比新近出现的搅拌摩擦焊接复合轮提高10％的生产效率。
将搅拌摩擦钎焊引入到轮毂生产中，与现有的采用搅拌摩擦焊技术生产的轮毂比，具有更高的生产效率，同时又可以进一步提高焊接强度。
具体实施方式
首先进行下轮辋的制造。可以使用多种铝合金如5，6，7系以及2系牌号的铝合金。
加工方法如下
1.1、将管材切成相应宽度的圆筒。如果采用板材，可以将板材卷圆对焊，加工成需要尺寸的圆管。
1.2、用强力旋压机进行旋压，将轮辋旋压成形。在旋压的过程中，轮辋强度可以进一步提升。
1.3、机械加工轮辋与轮辐接口，将轮辋与轮辐焊接处精车。对接处厚度 控制在2mm，确保表面粗糙度不大于0.8Ra/um。轮辋与轮辐的接口需要留有0.5mm的缝隙，让搅拌摩擦钎焊过程中的多余钎料排出。
1.4、加工完成后进行酸洗，去除表面污渍和氧化层。
1.5、干燥轮辋清洁保存备用。注轮辋清洗过后，完成焊接时间间隔不能超过36小时。如果超过该时间需要重新进行酸洗。
进行上轮辐的制造。轮辐可以采用多种方法制造。如铸造，锻造以及新出现的熔汤锻造，液态模锻等。具体如下：
加工方法如下
2.1、将轮辐铸造成形。可铸造，锻造以及新出现的熔汤锻造等。
2.2、轮辐数控加工，加工焊接台阶，确保表面粗糙度不大于0.8Ra/um。轮辋与轮辐过盈配合，轮辐过盈量控制在0.1-0.3mm的范围内。
2.3、加工完成后进行酸洗，去除表面污渍和氧化层。
2.4、干燥轮辐清洁保存备用。注轮辐清洗过后，完成刷镀钎焊层时间间隔不能超过24小时。如果超过该时间需要重新进行酸洗。
2.5、焊接前刷镀钎焊层，可以采用Zn层。厚度控制在0.1-0.15mm之内。
注：刷镀完成到焊接完成间隔不要超过12小时。
进行轮辋与轮辐复合
3.1、轮辋加热到100-120摄氏度。热胀后与轮辐对接。
3.2、风冷到室温。
进行搅拌摩擦钎焊：
在专用的搅拌摩擦钎焊机上进行钎焊。注：轮辋与轮辐复合后，尽可能短的时间内完成复合，最长不要超过6小时。
4.1、无针搅拌头采用H13钢材，对于焊接6mm厚度的轮辋可选择直径为20mm的搅拌头，焊接宽度可以达到18-20mm。远高于搅拌摩擦焊接的10mm宽度。
4.2、焊接参数，搅拌头下压量控制在0.1-0.25mm，焊接机转速控制在1500转/分钟。太低的转速焊接介面的破膜效果差。
4.3、轮毂旋转一周，焊接旋转速度初期在200mm/min，焊接过100mm之后可以将速度控制在400mm/min。(比传统的搅拌摩擦焊接提高50％)
4.4、旋转360度之后提起焊接头。
轮毂机械加工，参考传统的轮毂加工即可。
注：焊接区域有少量的钎焊料溢出，如觉得影响美观可车除。
后续整体热处理
轮辋和复合轮辐焊接完成后，由于两个部件的材料一致，可以进行强化热处理。具体的工艺参考同种金属的热处理参数即可。
以6系列合金为例子，具体的热处理参数是：固溶，温度535度，保温2-4小时，之后在30秒内水冷却到40度。之后进行自然时效。
热处理之后，轮毂的核心指标屈服强度可以达到340MPa以上。
以下表格是完成后的轮毂的性能指标。
搅拌摩擦钎焊结合了搅拌摩擦焊的热量可控输入与金属顶锻与钎焊的焊接强度高等诸多优点。与传统的钎焊相比1)在冶金质量方面，因旋转工具对界面的挤压与扭转作用，具有明显的可用机械途径实现去膜的优势；2)在施工方面，热源为洁净、集中的摩擦热，能耗低，操作简单且劳动条件好(无飞溅与弧光)，无需任何保护气体，变形小，残余应力低及接头力学性能优异。与传统搅拌摩擦焊相比，搅拌摩擦钎焊技术的优点是：1)所采用的工具为无针工具，从而有效避免了搅拌针的磨损，延长了工具的寿命，而且消除了焊道末端的匙孔；2)焊接速度高，目前焊速可达150～475 mm/min，比现有的搅拌摩擦钎焊速度提高50％以上；3)单道有效焊接宽度(与轴肩直径接近)远高于传统带针搭接搅拌摩擦焊单道有效焊接宽度(约为针直径)。结合强度大大提高。经过试验，强度可以达到母材的90％。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：
步骤一：下轮辋的制造：
1.1、将板材对焊卷成圆筒，或者采购合适的直径的筒料；
1.2、将轮辋旋压成形；
1.3、机械加工轮辋与轮辐接口，将轮辋与轮辐焊接处精车；
1.4、加工完成后进行酸洗，去除表面污渍和氧化层；
1.5、干燥轮辋清洁保存备用；
步骤二：上轮辐的制造：
2.1、将轮辐铸造成形；
2.2、轮辐数控加工，加工焊接台阶，表面粗糙度不大于0.8Ra/μm；轮辋与轮辐为了保证装配精度，采用过盈配合，轮辐过盈量控制在0.1-0.3mm的范围内；
2.3、加工完成后进行酸洗，去除表面污渍和氧化层；
2.4、干燥轮辐清洁保存备用；
2.5、焊接前刷镀钎焊层，厚度控制在0.1-0.15mm之内，非刷镀区域需要用胶带做好保护，减少后期表面处理的重复性工作；
步骤三：进行轮辋与轮辐复合：
3.1、加热轮辋到100-120摄氏度，热胀后与轮辐对接；
3.2、风冷到室温；
步骤四：进行搅拌摩擦钎焊：
4.1、无针搅拌头采用H13钢材，对于焊接6mm厚度的轮辋选择直径为20mm的搅拌头；焊接8mm厚度的轮辋选择24mm的搅拌头；
4.2、焊接参数，搅拌头下压量控制在0.1-0.25mm，焊接机转速控制在1500转/分钟；
4.3、轮毂旋转一周，焊接旋转速度初期在200mm/min，焊接过100mm之后将速度提高到400mm/min。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：步骤1.2中，用强力旋压机进行旋压。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：步骤1.3中，对接面厚度为2mm，表面粗糙度不大于0.8Ra/um。
4.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：步骤1.3中，轮辋与轮辐的接口留有0.5mm的缝隙。
5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：轮辋清洗过后，完成焊接时间间隔小于36小时。
6.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：轮辐清洗过后，完成刷镀钎焊层时间间隔小于24小时。
7.根据权利要求1所述一种搅拌摩擦钎焊铝合金复合轮的制造方法，其特征在于：刷镀完成到焊接完成间隔小于12小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Huiyu Inventor after: Li Tieqi Inventor after: Liu Huifeng Inventor before: Liu Huiyu Inventor before: Li Tieqi |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171106 Address after: 200135 Shanghai Free Trade Zone, new Jinqiao Road, No. 13, building 2, 27 floor Patentee after: Shanghai Fortune Wheel Technology Co., Ltd. Address before: 341000 Jiangxi province Zhanggong District of Ganzhou City, Qingnian Road No. 30 building 7 room 106 Patentee before: Liu Huiyu |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180619 Address after: 201400 1410, room 1, No. 9198, Chuan Nan Feng Road, Fengcheng, Fengxian District, Shanghai. Patentee after: Shanghai control ran wheel hub Co., Ltd. Address before: 200135 2 floor of building 13, 27 Jinqiao Road, Shanghai free trade zone. Patentee before: Shanghai Fortune Wheel Technology Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161207 Termination date: 20191028 |