CN104174691A - 一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了焊管制造领域内的一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺，包括以下步骤：纵剪→辊弯成型→高频焊接→焊缝处理→定尺切断→预处理→退火处理→打尖→冷拔→淬火→表面处理→矫直→探伤→切割测量。该方法加工成型速度快、产量高，冷拔时不损伤表面；具有较好的弯曲性能和机械性能，本发明生产的冷拔焊管，可直接用于汽车横向稳定杆的制造。

Description

一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种冷拔管生产工艺，特别涉及一种焊接冷拔管的生产工艺。

背景技术

汽车稳定杆，又称防倾杆、平衡杆，是汽车悬架中的一种辅助弹性元件。它的作用是防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，尽量使车身保持平衡。目的是减少汽车横向侧倾程度和改善平顺性。 横向稳定杆是用弹簧钢制成的扭杆弹簧，形状呈“U”形，横置在汽车的前端和后端。杆身的中部，用稳定杆衬套与车架铰接，杆的两端分别固定在左右悬架上。当车身只作垂直运动时，两侧悬架变形相同，横向稳定杆不起作用。当汽车转弯时，车身侧倾，两侧悬架跳动不一致，外侧悬架会压向稳定杆，稳定杆就会发生扭曲，杆身的弹力会阻止车轮抬起，从而使车身尽量保持平衡，起到横向稳定的作用。

汽车稳定杆在“U”的两侧多为弯曲段较多的结构，而现有技术中汽车稳定杆一般是用冷轧无缝钢管，采用镗孔─滚压联合的切削工艺进行生产，由于无缝钢管的一个最大的缺陷是壁厚不均匀，这就可能导致在制造稳定杆的过程中，弯曲段的应力分布不集中，在弯曲过程中壁厚薄的地方容易发生断裂，不良率较高，从而增加了生产成本，并且无缝钢管的成本较高。

而壁厚不均匀产生的原因主要为穿孔机轧制线未校正导致的定心辊不稳定、顶头磨损、顶头后孔偏心、管坯定心孔不正、管坯弯曲度过大等多种原因，需要一一解除上述全部原因的技术难度较大，因此，无缝钢管的成品率相对较低；无缝钢管还容易产生内折、内结疤、翘皮、内直道、内鼓包、拉凹等缺陷，这就导致在后续加工成稳定杆的过程中，需要进行切削加工，大量的金属被切成切屑浪费了，同时还消耗大量能源；无缝钢管的坯料是连续铸造而成，容易存在砂眼，因此，易造成钢管母体缺陷。再有，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）易被压成薄片，出现分层现象，使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，所以对于无缝钢管的边宽、厚度、长度、角度以及边线都没法要求太精确。

现有技术中，公开了一种高精密液压油缸用冷拔焊管制造工艺，其不足之处在于，这种生产工艺主要用于生产油缸缸体中，其原料采用低碳钢，与汽车稳定杆所需的弹簧钢相比，碳含量不同，因此在加工时所需的温度以及各项参数指标均不一致，并且稳定杆与油缸缸体的弯曲性能要求也不一致，现有技术的方法制成的焊管弯曲性能不够，且强度也不符合弯曲时的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺，提高汽车稳定杆的制造精度以及焊缝强度，确保钢管壁厚的均匀。

本发明的目的是这样实现的：一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺，包括以下步骤：

1）纵剪：将外购的弹簧钢的宽钢卷在纵剪机上进行纵剪，根据焊管的直径确定纵剪后钢卷的宽度；

2）辊弯成型：将纵剪后的钢卷放置在展料架上，通过送料机构将合金弹簧钢钢卷的端头抽出，送入连续压辊成型机构中进行辊弯成圆加工；

3）高频焊接：成圆后的钢卷采用高频焊接，形成焊管；焊管的外部通过内部设有冷却水道的感应圈实现对钢卷的加热，通过冷却水流量控制感应线圈温度在100-150°，焊管的内部焊接位置处使用阻抗器增强高频感应焊接的邻近效应；采用外部冷却液配合内部冷却水同时冷却，可以很好的控制加热圈的温度，以保证其稳定工作；

4）焊缝处理：在焊管尚未冷却时，采用去毛刺刀铣平焊管的焊缝，所述去毛刺刀包括设置在焊管外侧的去外毛刺刀装置和设置在焊管内侧的去内毛刺刀装置，在内部去毛刺的同时使用高压氮气清理和冷却内部焊接区的焊接残渣，所述高压氮气的喷气孔距离刀具的距离为60-70cm；从而保证了焊管内部清洁，避免掉落的高温残渣对焊管内壁造成影响；

5）定尺切断：上述步骤的焊管连续送入定径、在线涡流探伤和校直机构进行定径、探伤和校直处理，然后送入同步切断装置进行切断； 

6）预处理：切断后的焊管送入封闭的常温预处理腔，在预处理炉腔内采用高纯氮气外加真空系统来将上料带进的空气吹扫干净；避免空气中的氧气随焊管进入加热腔，和炉内气体中的CO和H₂产生化学反应生成CO₂ 和 H₂O，造成钢管表面的脱碳的问题，并且省去在加工过程中加入保护气体步骤，提高生产效率；

7）退火处理：吹干净的焊管引入加热腔，待焊管的温度加热至840±5℃时，将焊管送入保温腔，保温30±5min，再送入冷却腔，冷却速度为80±5℃/h；使金属内部组织达到或接近平衡状态，消除残余应力，稳定焊管的尺寸，获得良好的工艺性能和使用性能；

8）打尖：退火后的焊管进行打尖处理，使焊管端头经过挤压模具挤压后直径收缩，经1~4次直径逐渐减少的挤压模具挤压后，焊管端头的外径收缩为原先直径的60~70%；

9）冷拔：在冷拔机上对焊管冷拔，冷拔时，夹持住打尖处理后的端头，同时在焊管内插入心轴，再使焊管穿过带有锥度的最小孔径小于焊管外径的模具孔，使焊管内外管径均匀收缩变形，焊管长度方向上得以延展，根据不同的工艺要求一般进行冷拔1~3次；

10）淬火处理：冷拔后的焊管进行淬火处理，将冷拔后的焊管送入淬火炉，加热至870±10℃，保温50±10min，通过油冷的方式将焊管冷却，再将焊管送入回火炉，加热至510±10℃，最后通过水冷的方式将焊管冷却；大幅提高焊管的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求；

11）表面处理：先使用高温压缩空气对焊管表面进行吹气，去除冷却水，再将除锈剂喷涂覆盖在钢管的表面，最后用高温压缩空气再次对焊管的表面进行吹气，在将除锈剂吹去的同时，高温空气将焊管表面剩余的除锈剂烘干，在焊管的表面形成一层除锈剂保护膜；去除焊管表面锈的同时，在焊管的表面形成一层保护膜，提高焊管的抗氧化性； 

12）矫直：在矫直机上对淬火后的焊管进行矫直处理，以矫正焊管的直线度和圆度；

13）无损探伤：采用无损涡流探伤或超声波探伤设备对焊管进行探伤，对不合格的焊管进行剔除，并在缺陷部位作出标记；

14）切割测量：进行定长切割，遇缺陷部位时，切除缺陷部位

与现有技术相比，本发明有益效果在于：1）利用本方法制成的焊管壁厚均匀，具有较好的疲劳强度和韧性，可代替无缝钢管作为汽车稳定杆的原材料，降低了稳定杆的制造成本；2）在具有相同化学成分产品的情况下，获得更高的机械性能，冷拔可以使焊管径向轴向方向上产生塑性变形，从而提高了钢材的屈服点，使焊管在径向轴向方向上各处机械强度均衡，承载能力得以提高60％左右，具有高的抗拉强度和好的延伸率；3）冷拔后的焊管表面光洁度好，粗糙度低；4）减少了后续金加工量，提高了钢材的利用率，降低了制造成本。本发明可用于汽车横向稳定杆的制造中。

作为本发明的改进，步骤4）焊缝处理中的去内毛刺刀装置包括焊接在一起的连接管和长管，连接管的另一端安装有水接头，长管的另一端焊接有接头，接头的中部插有不锈钢管的一端，不锈钢管的另一端套设心轴连接器，所述心轴连接器上连接有刀具装配体，所述不锈钢管的中部套有阻塞，所述接头外周开设有台阶，所述台阶、阻塞外周套设有玻纤管，所述玻纤管与阻塞、台阶之间经螺钉固定，且玻纤管与阻塞、台阶之间设有密封圈，所述玻纤管与不锈钢管之间设有阻抗器，连接管的中部还设置有第一气接头和第二气接头，第一气接头经第一气管贯穿连接管、长管、接头、不锈钢管伸入心轴连接器，并从心轴连接器侧面的气孔喷出，第二气接头经第二气管贯穿连接管、长管、接头连接在不锈钢管上，并从心轴连接器轴向气孔喷出；通过在焊管的内部增加阻抗器，增强了感应焊接时的邻近效应，提高效率；通过水接头往连接管和长管形成的水道内加入冷却水保证了阻抗器的冷却，消除在焊管热影响区内对高温对阻抗器的影响，并且避免了使用外部冷却水在给阻抗器冷却过程中，给焊接区域造成的污染和缺陷；并且通过心轴连接器将第一气接头、第二气接头通入的高压氮气清理和冷却内部焊接区的焊接残渣，从而保证焊管内部清洁，避免掉落的高温残渣对焊管内壁造成影响。

附图说明

图1为本发明中去内毛刺刀装置结构示意图。

图2为图1中A处放大图。

图3为图1中B处放大图。

图4为图3中沿C-C向剖视放大图

其中，1水接头，2第二气接头，3第一气接头，4连接管，5第一气管，6第二气管，7长管，8接头，9阻抗器，10不锈钢管，11玻纤管，12阻塞，13心轴连接器，14刀具装配体，15密封圈，16螺钉。

具体实施方式

实施例1

一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺，包括以下步骤：

1）纵剪：将外购的弹簧钢的宽钢卷在纵剪机上进行纵剪，根据焊管的直径确定纵剪后钢卷的宽度；使用特殊的纵剪刀组来保证钢带的宽度精度能一直保持（0-0.5mm），此刀组具刀轴轴向位移公差低于0.01mm，刀片安装面和刀轴的垂直度公差低于0.02mm，上，下刀轴平行度公差低于0.02mm，刀轴安装时的同轴度公差低于0.02m，同时其他配件（如纵剪刀片、钢垫片、包胶垫片）也具有高精度的特点来保证刀片的安装精度和分切质量；如纵剪刀片的外圆公差精度为正负0.01mm，刀片厚度公差精度为正负0.002mm。

2）辊弯成型：将纵剪后的钢卷放置在展料架上，通过送料机构将合金弹簧钢钢卷的端头抽出，送入连续压辊成型机构中进行辊弯成圆加工；为了保证焊接部位的均匀性，同时为了减少焊缝区域面积，钢管的成型过程必须将钢管轧制成完美的截面，在第一道成型位置将钢带边缘部位轧制成（本道轧辊的角度和半径尺寸待定）焊接时需要的圆弧形状，后面的轧辊只工作于中心部位的成型，边缘区域的轧辊只致力于修剪钢带的端面（壁厚方向），同时焊接挤压辊只提供能满足将两端的焊接熔化区域对接所需要的力。

3）高频焊接：成圆后的钢卷采用高频焊接，形成焊管；焊管的外部通过内部设有冷却水道的感应圈实现对钢卷的加热，通过冷却水流量控制感应线圈温度在100-150°，焊管的内部焊接位置处使用阻抗器增强高频感应焊接的邻近效应；通过感应圈实现对钢卷的加热，所述感应圈的内部设置有冷却水道，高频发生器产生高压交流电流通入感应圈，产生一个变化的电磁场，在钢管上产生了交流电流，从钢管焊接点开始流向钢管移动方向的反方向，到达钢带待焊接区域一侧边缘后电流流经钢管整体（截面方向）到达钢带待焊接区另一侧边缘，然后流回焊接点以形成回路；通过这个过程，钢管两侧带钢的温度被加热到熔点温度附近（微低于熔点温度），最后由焊接挤压辊提供压力（能量）将钢带两侧部位最后熔化并对接，完成焊接；在钢管内部，去内毛刺刀装置上的阻抗器提高了感应电流的邻近效应，并且提高效率；感应圈的结构中有内冷却水道，同时阻抗器也从内部进行冷却，这样避免了使用外部冷却水来给感应圈和阻抗器冷却过程中，给焊接区域造成的污染和缺陷，采用喷吹高压氮气来清理和冷却内部焊接区的焊接残渣。

4）焊缝处理：在焊管尚未冷却时，采用去毛刺刀铣平焊管的焊缝，所述去毛刺刀包括设置在焊管外侧的去外毛刺刀装置和设置在焊管内侧的去内毛刺刀装置，在内部去毛刺的同时使用高压氮气清理和冷却内部焊接区的焊接残渣，高压氮气的喷气孔距离刀具的距离为60-70cm；如图1-4所示，去内毛刺刀装置包括焊接在一起的连接管4和长管7，连接管4的另一端安装有水接头1，长管7的另一端焊接有接头8，接头8的中部插有不锈钢管10的一端，不锈钢管10的另一端套设心轴连接器13，所述心轴连接器13上连接有刀具装配体14，所述不锈钢管10的中部套有阻塞12，所述接头8外周开设有台阶，所述台阶、阻塞12外周套设有玻纤管11，所述玻纤管11与阻塞12、台阶之间经螺钉16固定，且玻纤管11与阻塞12、台阶之间设有密封圈15，所述玻纤管11与不锈钢管10之间设有阻抗器9，连接管4的中部还设置有第一气接头3和第二气接头2，第一气接头3经第一气管5贯穿连接管4、长管7、接头8、不锈钢管10伸入心轴连接器13，并从心轴连接器13侧面的气孔喷出，第二气接头2经第二气管6贯穿连接管4、长管7、接头8连接在不锈钢管10上，并从心轴连接器13轴向气孔喷出。

5）定尺切断：上述步骤的焊管连续送入定径、在线涡流探伤和校直机构进行定径、探伤和校直处理，然后送入同步切断装置进行切断。

6）预处理：切断后的焊管送入封闭的常温预处理腔，在预处理炉腔内采用高纯氮气外加真空系统来将上料带进的空气吹扫干净。

7）退火处理：吹干净的焊管引入加热腔，待焊管的温度加热至840±5℃时，将焊管送入保温腔，保温30±5min，再送入冷却腔，冷却速度为80±5℃/h。 

8）打尖：退火后的焊管进行打尖处理，使焊管端头经过挤压模具挤压后直径收缩，经1~4次直径逐渐减少的挤压模具挤压后，焊管端头的外径收缩为原先直径的60~70%。

9）冷拔：在冷拔机上对焊管冷拔，冷拔时，夹持住打尖处理后的端头，同时在焊管内插入心轴，再使焊管穿过带有锥度的最小孔径小于焊管外径的模具孔，使焊管内外管径均匀收缩变形，焊管长度方向上得以延展，根据不同的工艺要求一般进行冷拔1~3次。 

有两条冷拔线DB240T和DB80T，下表是DB240T的参数：

下表是DB80T的参数

。

10）淬火处理：冷拔后的焊管进行淬火处理，将冷拔后的焊管送入淬火炉，加热至870±10℃，保温50±10min，通过油冷的方式将焊管冷却，再将焊管送入回火炉，加热至510±10℃，最后通过水冷的方式将焊管冷却。

11）表面处理：先使用高温压缩空气对焊管表面进行吹气，去除冷却水，再将除锈剂喷涂覆盖在钢管的表面，最后用高温压缩空气再次对焊管的表面进行吹气，在将除锈剂吹去的同时，高温空气将焊管表面剩余的除锈剂烘干，在焊管的表面形成一层除锈剂保护膜。

12）矫直：在矫直机上对淬火后的焊管进行矫直处理，以矫正焊管的直线度和圆度。

13）无损探伤：采用无损涡流探伤或超声波探伤设备对焊管进行探伤，对不合格的焊管进行剔除，并在缺陷部位作出标记。

14）切割测量：进行定长切割，遇缺陷部位时，切除缺陷部位。

上述步骤1）～5）在连续的生产线上，不停机连续进行的，其后的步骤均在独立的生产设备上进行的。

经上述方法制造的冷拔焊管，其偏心率最大为4%，低于无缝钢管7.5%的偏心率，其尺寸精度达H10～H8，直线度可达8/10000以下，表面粗糙度小于Ra1.6；并按照GB/T244-2008的方法对焊管的弯曲性能做进一步试验，挑选10组外径壁厚不同的焊管进行试验，每组焊管有10根，具体合格情况如下表：

，

由上表可知，本发明发明制成的焊管进行弯曲试验，合格率达到99%，可直接用于制造汽车横向稳定杆。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）纵剪：将外购的弹簧钢的宽钢卷在纵剪机上进行纵剪，根据焊管的直径确定纵剪后钢卷的宽度；

2）辊弯成型：将纵剪后的钢卷放置在展料架上，通过送料机构将合金弹簧钢钢卷的端头抽出，送入连续压辊成型机构中进行辊弯成圆加工；

3）高频焊接：成圆后的钢卷采用高频焊接，形成焊管；焊管的外部通过内部设有冷却水道的感应圈实现对钢卷的加热，通过冷却水流量控制感应线圈温度在100-150°，焊管的内部焊接位置处使用阻抗器增强高频感应焊接的邻近效应；

4）焊缝处理：在焊管尚未冷却时，采用去毛刺刀铣平焊管的焊缝，所述去毛刺刀包括设置在焊管外侧的去外毛刺刀装置和设置在焊管内侧的去内毛刺刀装置，在内部去毛刺的同时使用高压氮气清理和冷却内部焊接区的焊接残渣；所述高压氮气的喷气孔距离刀具的距离为60-70cm；

5）定尺切断：上述步骤的焊管连续送入定径、在线涡流探伤和校直机构进行定径、探伤和校直处理，然后送入同步切断装置进行切断； 

6）预处理：切断后的焊管送入封闭的常温预处理腔，在预处理炉腔内采用高纯氮气外加真空系统来将上料带进的空气吹扫干净；

7）退火处理：吹干净的焊管引入加热腔，待焊管的温度加热至840±5℃时，将焊管送入保温腔，保温30±5min，再送入冷却腔，冷却速度为80±5℃/h；

8）打尖：退火后的焊管进行打尖处理，使焊管端头经过挤压模具挤压后直径收缩，经1~4次直径逐渐减少的挤压模具挤压后，焊管端头的外径收缩为原先直径的60~70%；

9）冷拔：在冷拔机上对焊管冷拔，冷拔时，夹持住打尖处理后的端头，同时在焊管内插入心轴，再使焊管穿过带有锥度的最小孔径小于焊管外径的模具孔，使焊管内外管径均匀收缩变形，焊管长度方向上得以延展，根据不同的工艺要求一般进行冷拔1~3次；

10）淬火处理：冷拔后的焊管进行淬火处理，将冷拔后的焊管送入淬火炉，加热至870±10℃，保温50±10min，通过油冷的方式将焊管冷却，再将焊管送入回火炉，加热至510±10℃，最后通过水冷的方式将焊管冷却；

11）表面处理：先使用高温压缩空气对焊管表面进行吹气，去除冷却水，再将除锈剂喷涂覆盖在钢管的表面，最后用高温压缩空气再次对焊管的表面进行吹气，在将除锈剂吹去的同时，高温空气将焊管表面剩余的除锈剂烘干，在焊管的表面形成一层除锈剂保护膜； 

12）矫直：在矫直机上对淬火后的焊管进行矫直处理，以矫正焊管的直线度和圆度；

13）无损探伤：采用无损涡流探伤或超声波探伤设备对焊管进行探伤，对不合格的焊管进行剔除，并在缺陷部位作出标记；

14）切割测量：进行定长切割，遇缺陷部位时，切除缺陷部位。

2.根据权利要求1所述的一种高精密汽车稳定杆焊接冷拔管的生产工艺，其特征在于，步骤4）焊缝处理中的去内毛刺刀装置包括焊接在一起的连接管和长管，连接管的另一端安装有水接头，长管的另一端焊接有接头，接头的中部插有不锈钢管的一端，不锈钢管的另一端套设心轴连接器，所述心轴连接器上连接有刀具装配体，所述不锈钢管的中部套有阻塞，所述接头外周开设有台阶，所述台阶、阻塞外周套设有玻纤管，所述玻纤管与阻塞、台阶之间经螺钉固定，且玻纤管与阻塞、台阶之间设有密封圈，所述玻纤管与不锈钢管之间设有阻抗器，连接管的中部还设置有第一气接头和第二气接头，第一气接头经第一气管贯穿连接管、长管、接头、不锈钢管伸入心轴连接器，并从心轴连接器侧面的气孔喷出，第二气接头经第二气管贯穿连接管、长管、接头连接在不锈钢管上，并从心轴连接器轴向气孔喷出。