CN110508965A - 一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，由装置底座、吊具固定组件和吊具组成，所述的装置底座包括钢制平板及支撑平板四角的支架，所述的钢制平板沿中心线开设有T型槽；所述的吊具由带凹形中心定位孔的中间板和两端的调节杆组成，所述的中间板两侧设置有凹型槽，调节杆插入凹型槽中，所述的调节杆中间延长度方向设置有调节缝；所述的吊具放置在装置底座上，调节杆的调节缝对准T型槽，所述的固定组件通过调节缝和T型槽，将吊具固定在装置底座上。本发明还公布了铝锻合金吊具的焊接方法，焊接步骤简便，节约组装焊接时间，降低大量的成本。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种高速车轮大型铝锻合金吊具焊接简易装置设计制作及工艺的制订实施。
背景技术
马钢轮轴事业部是我国重要的火车车轮生产基地，为亚洲最大的车轮生产企业，也是国内唯一能生产120Km/h以上速度等级客车车轮的企业，重载车轮研发已达到国际先进水平。目前共有二条车轮生产线，年产能力80万件。生产车轮的主要工艺流程：合格的钢锭--机床加工切割--加热炉加热--油压机轧制--热处理淬火--粗加工--精加工--抛丸检测--人工探伤--包装交付。而在核心环节人工探伤时多年来都是把成垛的车轮通过悬臂吊利用钢制的大型吊具一件一件吊运到平台上，然后人工进行各种车轮的正反探伤，目前随着产品质量的提升以及客户外观的需求，原有的钢制大型吊具接触车轮吊运时，容易造成车轮表面的划伤，故质量和外观达不到用户的技术要求。现设计一种大型锻铝合金吊具不仅满足各种车轮吊运的机械性能指标而且和车轮无论任何接触都不会产生痕迹，因考虑到大型锻铝合金吊具不能一次性制作成型，在设计时分为三件组装而成，一件凹形中心定位孔，二件调节杆，组合时把二件调节手动杆对称开双面坡口插入中心定位孔两侧凹形槽内。
目前，各种铝合金焊接应用较为普遍，不少文献中都有叙述，但针对一种高速车轮大型6061铝锻合金吊具焊接还较为少见，虽然锻铝合金与其他铝合金相比强度高、硬度好、机械加工性能好，但是焊接性差，焊后接头强度较大的低于母材本体强度，焊接接头的腐蚀与较大的焊接变形都是重要的突出问题和影响质量的重要因素。
发明内容
针对高速车轮大型铝锻合金吊具焊接性差以及焊接变形的特点，本发明设计制作一种高速车轮大型铝锻合金吊具组合焊接防变形装置，并制订相应的焊接方法，能够实施对高速车轮大型铝锻合金吊具焊接，不仅节约组装焊接时间，降低大量的成本，而且为快速大量的更换原有钢制吊具合理组产减少损失提供了保障。
本发明的具体技术方案如下：一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，由装置底座、吊具固定组件和吊具组成，所述的装置底座包括钢制平板及支撑平板四角的支架，所述的钢制平板沿中心线开设有T型槽；所述的吊具由带凹形中心定位孔的中间板和两端的调节杆组成，所述的中间板两侧设置有凹型槽，调节杆插入凹型槽中，所述的调节杆中间延长度方向设置有调节缝；所述的吊具放置在装置底座上，调节杆的调节缝对准T型槽，所述的固定组件通过调节缝和T型槽，将吊具固定在装置底座上。
进一步地，所述的固定组件包括压片、备帽和固定螺杆，所述的固定螺杆通过T型槽移动到调节杆调节缝中，再依次安装压片、备帽将吊具固定在装置底座上。
进一步地，所述的压片宽度与调节杆宽度相同。
进一步地，所述的焊接装置还包括履带式加热片，履带式加热片覆盖在吊具上，且能覆盖住中间板与两端调节杆的连接区域。
一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接方法，步骤如下：
步骤一，组装吊具
先将二根调节杆端头双面采用机械加工单侧V形坡口，吊具中间板两侧凹形槽也加工单侧V形坡口，将调节杆分别插入吊具中间板两侧凹形槽中，组对吻合形成双面V形坡口；然后在装置底座上采用固定组件锁紧吊具并点焊；
步骤二，焊前预热
双面固定点焊后，将吊具任意一面选为正面，固定在平台上进行第一层焊接，第一层打底焊接前采用ZWK-180KW热处理温控箱加热，履带式加热片整体覆盖在铝锻合金吊具上均匀预热母材以及坡口两侧，预热到200-250℃。
步骤三，开始焊接
1)控制仪显示焊接温度后，为了减少热量损失并防止操作者受高温辐射，除焊接部位留在外面，其余部分均用保温棉隔热材料盖；
2)进行第一层打底焊接，为了保证根部焊接熔透采用在线往返运条法，焊接完成后可直接观察，也可用3-4倍的放大镜查找焊缝表面、两侧熔合无缺陷，如果存在表面缺陷采用角磨机进行局部清理补焊，确认无任何缺陷后再进行填充层第二层的焊接；
3)因第二层焊缝较宽，焊丝直径放大，故电流相应增加，采用月牙形运条法，短弧或中等弧长，时刻保持层间温度，焊接完成后采用步骤2)中方法进行检查焊补；
4)正面焊接二层后进行反面底层焊接，底层打底焊接前确保层间温度，另外采用手工角磨机进行清根，检查无任何缺陷时再进行第一层打底焊接；
5)打底层和填充层焊接方法焊接材料和步骤2)步骤3)正面焊接一样，必须层层检查焊补；
6)为了更好的控制焊接防变形，反面继续焊接，直至完成盖面焊接；
7)反面焊接完成后，再翻转进行正面盖面焊接，最终形成双面X形坡口焊接；
步骤四，焊后热处理
高速车轮大型铝锻合金吊具组对焊接后，通过检验和样板检测合格后，再采用ZWK-180KW加热装置继续对焊缝及焊件升温，达到焊接要求工艺温度，为了降低硬化程度，避免脆化；消除焊接应力，使用履带式加热片整体包扎焊接后大型铝锻合金吊具，加热到350～550℃，保温棉覆盖慢慢冷却直到冷却到室温。
进一步地，所述的步骤二，预热时要求温度上升均匀20°/h，以避免不均匀的高温加热，导致母材内、外部产生缺陷变化，因是整体预热面积全覆盖，这样可以降低局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织。
与现有技术相比，本发明的优点为：本发明的焊接装置为大型铝锻合金吊具提供了焊接平台，能够固定吊具防止变形，保证吊具能够平稳焊接；同时本发明的焊接方法不仅能节约组装焊接时间，降低大量成本，而且为快速大量的更换原有钢制吊具合理组产减少损失提供了保障。
附图说明
图1为焊接装置的示意图；
图2为焊接装置覆盖履带式加热片的示意图；
图3为焊接装置底座的示意图；
图4为铝锻合金吊具的示意图；
图5为对接焊缝焊接顺序示意图；
图中：1-装置底座、101-钢制平板、102-支腿、103-T型槽、2-吊具、201-中间板、202-调节杆、203-调节缝、3-吊具固定组件、301-固定螺杆、302-压片、303-备帽、4-履带式加热片。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明做进一步地描述。
实施例1
如图1到图4所示，一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，由装置底座、吊具固定组件和吊具组成。
如图3所示，装置底座1包括钢制平板101及支撑平板四角的支架102，钢制平板101沿中心线开设有T型槽103。如图4所示，吊具2由带凹形中心定位孔的中间板201和两端的调节杆202组成，中间板201两侧设置有凹型槽，调节杆202插入凹型槽中，同时调节杆202中间延长度方向设置有调节缝203。吊具固定组件3包括压片302、备帽303和固定螺杆301。
使用时，吊具2放置在装置底座1上，调节杆202的调节缝203对准T型槽103，再将固定螺杆301通过T型槽103移动到调节杆调节缝203中间位置，再依次安装压片302、备帽303，拧紧备帽303将吊具2固定在装置底座1上。
如图2所示，焊接装置还包括履带式加热片4，履带式加热片4覆盖在吊具中间板201上，且能覆盖住中间板201与两端调节杆202连接区域。
为了保证固定牢固，固定螺杆301根据调节缝203及T型槽103宽度准备，备帽303与固定螺杆301配套，同时压片303宽度要与调节杆202宽度相同，可以使备帽303拧紧时不会损伤调节杆202。
焊接装置可以满足高速车轮大型铝锻合金吊具在钢制平板上组对，可以固定铝合金吊具防止焊接变形，还可以加热铝锻合金吊具进行焊接前加热以及焊接后热处理。
实施例2
结合实施例1的焊接装置，提供一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接方法。
焊前准备：
1)焊件材料：6061锻铝合金
2)坡口尺寸：双面V形坡口85C°，无钝边
3)焊接位置：平位置焊接
4)焊接要求：双面成形，底部焊透
5)焊接材料：ER5356∮2.5mm、∮4.0mm
6)焊接设备：YC-300WX4 N型
7)、加热设备：ZWK-180KW热处理温控箱、履带式加热片、控温仪的打点记录仪、钳型电流/电压表、热电偶
8)、辅助设施：样板、测温仪、放大镜、保温棉、面罩、手套、清渣锤、锤子、凿子、锉刀、钢丝刷、砂纸、钢直尺、水平尺、活动板手、直磨机、角向磨光机。钢丝钳、钢锯条、劳动防护用品(工作服、鞋、帽、平光镜)
9)、焊接技术要求：堆焊层熔合母材，焊接缝不得有任何焊接缺陷。
10)、焊前清洗：采用丙酮、砂纸在焊接坡口以及焊丝表面进行去除铁锈、油脂、水分。
11)、装配与点固：装配间隙3mm，正反点固，采用与焊接试件相同ER5356牌号的焊丝进行定位焊，正面三段、反面三段，定位焊缝长度为50～70mm。
12)、焊接工艺参数
焊接步骤如下：
步骤一，组装吊具
先将二根调节杆202端头双面采用机械加工单侧V形坡口，吊具中间板201两侧凹形槽也加工单侧V形坡口，将调节杆202分别插入吊具中间板201两侧凹形槽中，组对吻合形成双面V形坡口；然后在装置底座1上采用固定固定组件3锁紧吊具2并点焊；
步骤二，焊前预热
双面固定点焊后，将吊具2任意一面选为正面，固定在钢制平板101上进行第一层焊接，第一层打底焊接前采用ZWK-180KW热处理温控箱加热，履带式加热片整体覆盖在铝锻合金吊具上均匀预热母材以及坡口两侧，预热到200-250℃。
预热时要求温度上升均匀20°/h，以避免不均匀的高温加热，导致母材内、外部产生缺陷变化，因是整体预热面积全覆盖，这样可以降低局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织。
步骤三，开始焊接
1)控制仪显示焊接温度后，为了减少热量损失并防止操作者受高温辐射，除焊接部位留在外面，其余部分均用保温棉隔热材料盖；
2)进行第一层打底焊接，为了保证根部焊接熔透采用在线往返运条法，焊接完成后可直接观察，也可用3-4倍的放大镜查找焊缝表面、两侧熔合无缺陷，如果存在表面缺陷采用角磨机进行局部清理补焊，确认无任何缺陷后再进行填充层第二层的焊接；
3)因第二层焊缝较宽，焊丝直径放大，故电流相应增加，采用月牙形运条法，短弧或中等弧长，时刻保持层间温度，焊接完成后采用步骤2)中方法进行检查焊补；
4)正面焊接二层后进行反面底层焊接，底层打底焊接前确保层间温度，另外采用手工角磨机进行清根，检查无任何缺陷时再进行第一层打底焊接；
5)打底层和填充层焊接方法焊接材料和步骤2)步骤3)正面焊接一样，必须层层检查焊补；
6)通过测量计算反面必须一次性全部焊接完，才能更好的控制焊接防变形，因此反面继续焊接，直至完成盖面焊接；
7)反面焊接完成后，再翻转进行正面盖面焊接，最终形成双面X形坡口焊接；
要注意盖面层焊接饱满必须过渡圆滑。整个焊接步骤如图5所示，先焊接正面两层，再进行反面焊接，反面四层全部焊接完成后，再翻转过来焊接正面最后两层。
步骤四，焊后热处理
高速车轮大型铝锻合金吊具组对焊接后，通过检验和样板检测合格后，再采用ZWK-180KW加热装置继续对焊缝及焊件升温，达到焊接要求工艺温度，为了降低硬化程度，避免脆化；消除焊接应力，使用履带式加热片整体包扎焊接后大型铝锻合金吊具，加热到350～550℃，保温棉覆盖慢慢冷却直到冷却到室温。
Claims (6)
1.一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，其特征是，由装置底座(1)、吊具固定组件(3)和吊具(2)组成，所述的装置底座(1)包括钢制平板(101)及支撑平板四角的支架(102)，所述的钢制平板(101)沿中心线开设有T型槽(103)；所述的吊具(2)由带凹形中心定位孔的中间板(201)和两端的调节杆(202)组成，所述的中间板(201)两侧设置有凹型槽，调节杆(201)插入凹型槽中，所述的调节杆(202)中间延长度方向设置有调节缝(203)；所述的吊具(3)放置在装置底座(1)上，调节杆(202)的调节缝(203)对准T型槽(103)，所述的吊具固定组件(3)通过调节缝(203)和T型槽(103)，将吊具(2)固定在装置底座(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，其特征是，所述的吊具固定组件(3)包括压片(302)、备帽(303)和固定螺杆(301)，所述的固定螺杆(301)通过T型槽(103)移动到调节杆调节缝(203)中，再依次安装压片(302)、备帽(303)将吊具(2)固定在装置底座(1)上。
3.根据权利要求2所述的一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，其特征是，所述的压片(302)宽度与调节杆(202)宽度相同。
4.根据权利要求1所述的一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接装置，其特征是，所述的焊接装置还包括履带式加热片(4)，履带式加热片(4)覆盖在吊具(2)上，且能覆盖住中间板(201)与两端调节杆(202)的连接区域。
5.根据权利要求1-4所述的一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接方法，其特征是，步骤如下：
步骤一，组装吊具
先将二根调节杆(202)端头双面采用机械加工单侧V形坡口，吊具中间板(201)两侧凹形槽也加工单侧V形坡口，将调节杆(202)分别插入吊具中间板(201)两侧凹形槽中，组对吻合形成双面V形坡口；然后在装置底座(1)上采用吊具固定组件(3)锁紧吊具(2)并点焊；
步骤二，焊前预热
双面固定点焊后，将吊具(2)任意一面选为正面，固定在钢制平板(101)上进行第一层焊接，第一层打底焊接前采用ZWK-180KW热处理温控箱加热，履带式加热片(4)整体覆盖在铝锻合金吊具上均匀预热母材以及坡口两侧，预热到200-250℃；
步骤三，开始焊接
1)控制仪显示焊接温度后，为了减少热量损失并防止操作者受高温辐射，除焊接部位留在外面，其余部分均用保温棉隔热材料盖；
2)进行第一层打底焊接，为了保证根部焊接熔透采用在线往返运条法，焊接完成后可直接观察，也可用3-4倍的放大镜查找焊缝表面、两侧熔合无缺陷，如果存在表面缺陷采用角磨机进行局部清理补焊，确认无任何缺陷后再进行填充层第二层的焊接；
3)因第二层焊缝较宽，焊丝直径放大，故电流相应增加，采用月牙形运条法，短弧或中等弧长，时刻保持层间温度，焊接完成后采用步骤2)中方法进行检查焊补；
4)正面焊接二层后进行反面底层焊接，底层打底焊接前确保层间温度，另外采用手工角磨机进行清根，检查无任何缺陷时再进行第一层打底焊接；
5)打底层和填充层焊接方法焊接材料和步骤2)步骤3)正面焊接一样，必须层层检查焊补；
6)为了更好的控制焊接防变形，反面继续焊接，直至完成盖面焊接；
7)反面焊接完成后，再翻转进行正面盖面焊接，最终形成双面X形坡口焊接；
步骤四，焊后热处理
吊具(2)组对焊接完成，通过检验和样板检测合格后，再采用ZWK-180KW加热装置继续对焊缝及焊件升温，达到焊接要求工艺温度，为了降低硬化程度，避免脆化；消除焊接应力，使用履带式加热片(4)整体包扎焊接后大型铝锻合金吊具，加热到350～550℃，保温棉覆盖慢慢冷却直到冷却到室温。
6.根据权利要求5所述的一种高速车轮大型铝锻合金吊具的焊接方法，其特征是，所述的步骤二，预热时要求温度上升均匀20°/h，以避免不均匀的高温加热，导致母材内、外部产生缺陷变化。
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Citations (9)
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2019
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