CN107083477A - 一种实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置及其使用方法，包括保温箱、加热装置、活动夹钳、下夹钳、滑动轨道、固定基座、控制柜，加热装置设置在保温箱内壁左右两侧，滑动轨道设置在固定基座上方内壁，活动夹钳设置在滑动轨道上，下夹钳设置在固定基座中并与固定基座连接为一体，保温箱左侧设置控制柜，控制柜上方为控制面板，下方为电机。通过输入控制柜上控制面板数据，可以调节加热和保温的时间及温度、弯曲角度、弯曲道次数目，使焊接接头在一定条件下按照设定的数值进行自动弯曲变形，本发明可以使焊接接头处的晶粒细化，改善其组织力学性能，并使接头处的焊缝获得一定的延展性。

Description

一种实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置及其使用 方法
技术领域
本发明涉及焊接工艺技术领域，具体涉及一种实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置及其使用方法。
背景技术
镁合金被誉为21世纪的绿色工程金属结构材料，正成为现代高新技术中最有希望的结构材料，焊接是镁合金产品制造的关键加工技术，但焊接问题成为镁合金广泛应用的瓶颈之一，镁合金焊接性能不好，很难实现可靠连接。
目前镁合金正在应用与众多承力结构件的制造，如汽车制造业中镁合金方向盘骨架、镁合金管材汽车底盘、动力系统自动变速箱等。这些承力结构件的焊接接头强度、塑性及疲劳性能等问题是产品安全可靠性的最基本而又最重要的评价指标。资料表明，很多事故是由于焊接接头断裂造成的，镁合金焊接接头的可靠性已成为其应用的迫切问题。
对于镁合金焊接结构在工程应用中疲劳断裂是其失效的一种主要形式，由疲劳裂纹引起的焊接结构失效断裂事故占总断裂事故的80％以上。同时，镁合金焊接结构会受到各种振动、脉动载荷、交变载荷的作用，这些载荷对其使用的安全性和工作寿命也同样具有极大威胁。
由于焊接加工工艺本身及镁合金具有化学性质活泼、熔点和沸点低、高导热率及热膨，胀系数大等特点，使得在镁合金焊缝及近缝区易产生过热组织且晶粒粗大，这种粗大晶粒使其在焊接过程中更易出现粗晶、形成低熔共晶体(与其他金属)产生热裂纹、热应力、气孔、蒸发、燃烧、夹渣、裂纹等问题，直接影响接头的力学性能，镁还能与空气中的氮气强烈化合形成脆性氮化物，降低接头的力学性能。因此，解决其焊接接头强韧性，是确保镁合金焊接结构应用的一个必要条件。
目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段来减弱或消除镁合金焊接接头的上述缺点，但是这些方法对上述问题的解决能力非常有限。
本发明研究的装置具有重要的工程应用背景，对提高镁合金焊接接头力学性能具有良好的应用价值。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，本发明提供了一种能够实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置及其使用方法，在于提高镁合金熔焊接头强度及塑性，改善接头疲劳性能，进而一定程度上解决镁合金焊接结构件制造中接头强度偏低、塑性较差的问题。
本发明提供的技术方案是：
一种实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，包括保温箱、加热装置、活动夹钳、下夹钳、滑动轨道、固定基座、控制柜和电源装置；所述滑动轨道和固定基座设于保温箱内，所述保温箱内壁上设有加热装置；所述滑动轨道设置于固定基座上方，在滑动轨道与固定基座之间设有活动夹钳和下夹钳，所述活动夹钳下端夹持焊接接头、上端设于滑动轨道内，所述下夹钳上端夹持焊接接头、下端固定在基座上；所述控制柜包括控制面板和电机，所述控制面板与电机及加热装置信号连接，通过所述控制面板可以设置加热和保温的时间及温度，弯曲角度，弯曲道次数目，所述控制面板控制电机和加热装置的工作，所述电机为活动夹钳的运动提供动力，所述电源装置为加热装置和控制柜供能。
进一步的，所述下夹钳与固定基座为一体结构。
进一步的，所述固定基座上设有转盘，所述滑动轨道设置于转盘上，所述滑动轨道内为镂空滑槽，所述活动夹钳一端伸出滑动轨道连接转盘后端的电机。
进一步的，所述活动夹钳末端设有第一齿轮组，所述第一齿轮组连接第二齿轮组，所述第二齿轮组连接步进电机。
实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置的使用方法，包括以下步骤：
1)采用钨极氩弧焊对镁合金母板进行对焊接，得到镁合金焊接接头；
2)将镁合金焊接接头垂直放置在活动夹钳和下夹钳中；
3)关闭保温箱，构成封闭环境；
4)在控制面板输入焊接接头需要加热和保温的时间、温度，需要弯曲的角度及弯曲道次数目，其中弯曲角度最大为90°，使焊接接头按照设定数值进行加热、保温、变形。
本发明提供了一种能够实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，包括保温箱、加热装置、活动夹钳、下夹钳、滑动轨道、固定基座、控制柜，所述保温加热装置用于对焊接好的镁合金焊接接头进行加热保温，所述固定基座用于固定滑动轨道及下夹钳，所述滑动轨道用于活动夹钳的移动，所述活动夹钳用于带动镁合金焊接接头进行弯曲变形，所述控制柜包括控制面板和电机，控制面板可以输入加热、保温的时间和温度，焊接接头弯曲的角度以及弯曲道次数目。
采用本发明的装置制备出来的镁合金焊接接头，焊接接头处形成梯度晶，组织更加均匀，晶粒得到细化，并使收缩的焊缝金属获得延展，可以校正变形并调节内应力的分布，消除部分残余应力。
本发明所达到的有益技术效果：
①本装置实现了焊接接头的自动弯曲变形,可准确控制形变角度、弯曲道次、加热保温的时间和温度,操作极其简单方便,节约了手动时间成本；
②机械强制作用诱发镁合金焊缝及热影响区组织发生塑性变形从而获得细晶粒接头组织,保证动力学过程充分进行、细化力度大、可靠性强、对焊缝及热影响区均有双重改善效果。
③采用双向弯曲变形可以使收缩的焊缝金属获得延展,可以矫正变形并调节内应力的分布；
④双向弯曲变形可以减弱或者消除气孔、夹渣等缺陷；
附图说明
图1：实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置的结构示意图。
图2：转盘背面活动夹钳与电机连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种能够实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，包括保温箱1、加热装置2、活动夹钳3、下夹钳5、滑动轨道4、固定基座6、控制柜7和电源装置；所述加热装置2用于对焊接好的镁合金焊接接头进行加热保温，所述固定基座6用于固定滑动轨道及下夹钳，所述滑动轨道4用于活动夹钳3的移动，所述活动夹钳3用于带动镁合金焊接接头进行弯曲变形，所述控制柜7包括控制面板8和电机9，控制面板8可以输入加热、保温的时间和温度，焊接接头弯曲的角度以及弯曲道次数目。所述控制面板8与电机9及加热装置2信号连接，所述电机9为活动夹钳3的运动提供动力，所述电源装置为加热装置2、控制柜7供能。
所述固定基座6上设有转盘10，所述滑动轨道4设置于转盘10上，所述滑动轨道4内为镂空滑槽，所述活动夹钳3一端伸出滑动轨道4连接转盘10后端的电机9。
所述活动夹钳3末端设有第一齿轮组11，所述第一齿轮组11连接第二齿轮组12，所述第二齿轮组12连接步进电机。
步进电机根据脉冲信号的频率和脉冲个数控制转动速度和角度，当步进驱动器接收到脉冲信号时，驱动步进电机按照设定的方向转动一个固定的角度，其旋转是以固定的角度一步一步运行的，可通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度。
利用实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置的方法，包括以下步骤：
(1)采用钨极氩弧焊对镁合金母板进行对焊接，得到镁合金焊接接头；
(2)将镁合金焊接接头垂直放置在活动夹钳3和下夹钳5中；
(3)关闭保温箱1，构成封闭环境；
(4)在控制面板8输入焊接接头需要加热和保温的时间、温度，需要弯曲的角度及弯曲道次数目，其中单侧弯曲角度最大为90°，使焊接接头按照设定数值进行加热、保温、变形；
本发明特别适合力学性能较低的焊接接头，如镁合金焊接接头、铝合金焊接接头。
实施例
1)原材料的选用
本试验采用山东银光镁业有限公司提供的Mg-Al系AZ31镁合金板材作为试验用母材，试板尺寸为2000mm×600mm×4mm，焊接材料选用该公司提供的与母材同质的AZ31镁合金焊丝，规格为Φ3.0mm。镁合金母材的主要化学成分及力学性能见表1和表2。
表1 AZ31镁合金的化学成分(wt.％)
表2 AZ31镁合金的力学性能
(2)焊接方法及设备选取
用尺寸为2000mm×600mm×2mm的2块板材组成1副对接焊试板。焊接试板开60°的V型坡口，根部间隙控制在3～4mm。用丙酮清除试板表面的油污，将焊接区域20-30mm以内用砂纸打磨至露出金属光泽，坡口面经刮削清除氧化膜，保证在焊接开始前的待焊区域没有污染物。试验采用TPS4000数字化氩弧焊/钎焊多功能焊接设备进行手工焊接，钨极端部用砂轮打磨成半球形，直径为2.5mm，喷嘴直径7mm，电弧高度4mm。施焊时正面施焊2层，背面施焊1层，形成具有一定余高的双面焊缝。
(3)焊接接头处理
让焊接接头按照本发明提供的装置进行处理，其中加热保温的温度设置在200℃，时间为3小时，弯曲度数90°，弯曲道次6次，由活动夹钳带动焊接接头进行变形，焊接接头向左侧弯曲后回归轨道中部后,向右侧弯曲同样幅度再回归轨道中部为一个道次。
(4)自动双向弯曲变形结果
经过本发明提供的装置处理后的焊接接头处积累大量孪生变形，产生孪晶，随着弯曲道次数目的增加，最终形成上下表面孪晶密度大，中间密度小的对称梯度晶组织，接头组织得到很大改善，经测试，各种力学性能指标均优于焊态接头，强度和塑性得到很大提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，其特征在于：包括保温箱(1)、加热装置(2)、活动夹钳(3)、下夹钳(5)、滑动轨道(4)、固定基座(6)、控制柜(7)和电源装置；所述滑动轨道(4)和固定基座(6)设于保温箱内，所述保温箱(1)内壁上设有加热装置(2)；所述滑动轨道(4)设置于固定基座(6)上方，在滑动轨道(4)与固定基座(6)之间设有活动夹钳(3)和下夹钳(5)，所述活动夹钳(3)下端夹持焊接接头、上端设于滑动轨道(4)内，所述下夹钳(5)上端夹持焊接接头、下端固定在固定基座(6)上；所述控制柜(7)包括控制面板(8)和电机(9)，所述控制面板(8)与电机(9)及加热装置(2)信号连接，通过所述控制面板(8)可以设置加热和保温的时间及温度，弯曲角度，弯曲道次数目，所述控制面板(8)控制电机(9)和加热装置(2)的工作，所述电机(9)为活动夹钳(3)的运动提供动力，所述电源装置为加热装置(2)和控制柜(7)供能。
2.根据权利要求1所述的实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，其特征在于：所述下夹钳(5)与固定基座(6)为一体结构。
3.根据权利要求1所述的实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，其特征在于：所述固定基座(6)上设有转盘(10)，所述滑动轨道(4)设置于转盘(10)上，所述滑动轨道(4)内为镂空滑槽，所述活动夹钳(3)一端伸出滑动轨道(4)连接转盘(10)后端的电机(9)。
4.根据权利要求3所述的实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置，其特征在于：所述活动夹钳(3)末端设有第一齿轮组(11)，所述第一齿轮组(11)连接第二齿轮组(12)，所述第二齿轮组(12)连接步进电机。
5.权利要求1所述的实现焊接接头全自动双向多角度弯曲变形装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)采用钨极氩弧焊对镁合金母板进行对焊接，得到镁合金焊接接头；
2)将镁合金焊接接头垂直放置在活动夹钳(3)和下夹钳(5)中；
3)关闭保温箱(1)，构成封闭环境；
4)在控制面板(8)输入焊接接头需要加热和保温的时间、温度，需要弯曲的角度及弯曲道次数目，其中弯曲角度最大为90°，使焊接接头按照设定数值进行加热、保温、变形。
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