CN1120072C - 汽车、摩托车铝合金车轮闪光焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种汽车、摩托车铝合金车轮闪光焊接工艺，工艺条件为：调伸长度20-25mm，闪光留量12-15mm，顶锻留量6-12mm，闪光初始速度0-2mm/s，闪光终止速度20-25mm/s顶锻速度120-180mm/s，电流密度50-66A/mm2，有电顶锻时间0-2s，电压12V，顶锻压力5-8×104N，夹紧力10-15×104N。本发明具有良好的效果，产品经检测符合QC/T29117.15-93《摩托车和轻便摩托车产品质量检验，轻合金车轮质量评定方法》的规定，使汽车、摩托车车轮由传统的钢件焊接车轮发展到铝合金焊接车轮的新阶段，应用前景广泛。
Description
本发明涉及的是一种汽车、摩托车铝合金车轮闪光焊接工艺，属于焊接工艺及设备领域。
现有技术中的汽车、摩托车轮圈的焊接大多数为钢制件的焊接，也有少量报道铝合金车轮的闪光焊接技术，如自行车车圈闪光焊接技术，但自行车车轮截面较小，对接头的强度要求很低。从检索的情况看，在铝合金闪光焊接领域内，日本一些技术在工业上有应用，如日本JAJ831049-KoKai铝镁合金的闪光对焊接技术，主要阐述其接头具有JIS A 5454 H-34材料与JIS A 5454 O(退火)状态的特性，该种组织结构较适于制造汽车、摩托车二件式轮圈，文献中未见其从工艺上进行论述。又如日本JA83161747A-KoKai阐述了一特定成份的合金，通过改变其中个别元素的含量，可以提高闪光焊接接头的机械性能，是材料方面的专利技术，日本专利号JE91220063高强度铝合金轮圈制造工艺一文也有阐述铝合金轮圈制造的主要工艺流程，但未涉及具体闪光焊接的具体工艺内容。再如日本杂志84年J Jpn Weld sot，53(3)139-142发表的“汽车、摩托车、自行车的铝合金的焊接结构的处理”一文中阐明对铝合金的焊接技术进行了广泛的研究，但这种研究仅限于理论上，从应用上讲还相当有限。综上所述国内外对铝合金闪光焊接的技术都有研究，但有关工艺技术在汽车、摩托车车轮上的实际应用未见报道。
本发明的目的在于：克服现有技术中的不足，解决汽车、摩托车铝合金车轮焊接过程中效率低、成本高、质量不稳定等缺陷，提供一种不使用任何添加剂(气)保护，而质量能得到有效控制且成本低、操作简单的新的汽车、摩托车铝合金车轮闪光焊接工艺。
本发明的技术方案结合附图描述如下：
图1为装夹前工件两端面夹角α示意图。
图2为装夹后工件两端面平行间隙β1示意图。
图3为装夹后工件两侧面错位量β2示意图。
本发明主要由前处理、焊接条件设定、装夹、闪光、顶锻、保压、松夹具、修整等程序组成，闪光、顶锻二个连续阶段组成连续闪光对焊接头形成过程，而保压、松夹具等程序则是焊接中所必须的，利用接通电源后工件推进，并使工件两端面轻微接触，两端面间形成许多微小的具有很大电阻的接触点，在大电流的作用下，瞬间熔化而形成连续端面的液态过梁，随着工件的逐渐推进，液态过梁不断形成和不断爆破形成闪光，并在此过程中放出大量的热，使工件两端面有一个适宜的温度分布带，适时推动动夹具高速前进形成封闭接口，将液态金属和氧化物不断向外排除，获得较致密组织状态的接头，通过保压5-20s，使金属完全凝固后，再自动松开夹具，最后根据要求修整，完成整个工艺过程，具体工艺流程如下：前处理→焊接条件设定→装夹工件→闪光→顶锻→保压→松夹具→修整。
为得到较高强度和质量稳定接头，必须对工件进行前处理，要弥补闪光过程中的闪光烧损量，适合工件与电极在装夹时的接触面积，满足工件和电极间的导电性，使焊接后的车轮达到一个预定的圆周长，必须在工件切断时，作一定切断角度α的处理(如图1)。在装夹过程中应注意工件两端面具有一定的平行间隙(如图2)，闪光燃烧时，使工件两端面间过梁爆破均匀，横截面上的烧损量均匀一致，工件两端面上的温度分布带适宜。工件在装夹后两端面间的错位量需进行控制(如图3)，提高接头的机械性能和焊接后的接头焊渣对称，满足机械修整焊渣的规范，使接头的外观平整美观。
在焊接作业前，进行焊接条件的设定是闪光焊接的重要步骤，目的是把一系列的参数作最佳的组合，以保证接头达到所需的机械强度性能。在条件设定时应根据不同形状和截面积来选择左右两个电极间的距离即调伸长度，然后对调伸长度进行合理的分段成闪光留量和顶锻留量，同时在选择调伸长度时，应严格考虑动夹具前进时带有斜率曲线的斜铁(或凸轮)的起始位置，以得到一个所需的闪光初始速度和闪光终止速度及顶锻速度，并通过控制推动动夹具前进时的气缸压力，得到一个所需的顶锻力。工件的夹紧力是通过控制液压系统的压力来实现的。
调伸长度是控制闪光留量和顶锻留量及工件两端面温度合理分布的一个重要参数，而闪光速度是一个保证稳定闪光的重要参数，特别是闪光后期速度过小会产生闪光中断，接头中易产生氧化膜夹层缺陷，而速度过快，会使得工件两端面的温度带变窄，接头强度下降。顶锻开始时，动夹具突然高速前进使端口间隙缩小，过梁截面增大而不再爆破，使闪光停止，顶锻结束时，在工件端面区域获得适当的塑性变形，促进焊缝再结晶过程。在使用有电顶锻时，需严格控制时间，以免接头产生过烧缺陷。电流密度对焊件的加热有重大影响，特别是焊接闭合形车轮时，电流损失相当大，必须根据截面的大小、厚度作一定的补偿，闪光阶段电流并不是一个常数，允许一定的波动。根据工艺流程的要求，则确定如下工艺条件：
1.调伸长度 20-25mm
2.闪光留量 12-15mm
3.顶锻留量 6-12mm
4.闪光初始速度 0-2mm/s
5.闪光终止速度 20-25mm/s
6.顶锻速度 120-180mm/s
7.电流密度 50-66A/mm2
8.有电顶锻时间 0-2s
9.电压 12V
10.顶锻压力 5-8×104N
11.夹紧力 10-15×104N
根据工艺流程或工艺条件，工件装夹前后应满足如下条件：
1.装夹前工件两端面夹角α 1-4°
2.装夹后工件两端面平行间隙β1 0.2-1mm
3.装夹后工件两侧面错位间隙β2 小于0.5mm
下面结合实施例对本发明进一步描述：
本发明提供三项实施例均采用同一工艺流程和工艺规范，
即工艺流程为：前处理→焊接条件设定→装夹工件→闪光
→顶锻→保压→松夹具→修整
工艺规范为：装夹后工件两端面平行间隙为β10.2-1mm，装夹后工件两侧面错位量β2小于0.5mm、电压12V。三项实施例其它不同工艺条件分别为下表数据：
| 工艺规范 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 |
| 1、调伸长度 | 20mm | 23mm | 25mm |
| 2、闪光留量 | 12mm | 14mm | 15mm |
| 3、顶锻留量 | 6mm | 9mm | 12mm |
| 4、闪光初始速度 | 0.5mm/s | 1mm/s | 2mm/s |
| 5、闪光终止速度 | 20mm/s | 22mm/s | 25mm/s |
| 6、顶锻速度 | 120mm/s | 150mm/s | 180mm/s |
| 7、电流密度 | 50A/mm2 | 58A/mm2 | 66A/mm2 |
| 8、有电顶锻时间 | 0s | 1s | 2s |
| 9、顶锻压力 | 5×104N | 6.5×104N | 8×104N |
| 10、夹紧力 | 10×104N | 13×104N | 15×104N |
| 11、装夹前工件两端面夹角α | 1° | 3° | 4° |
以上三个实例，经本发明的工艺焊接产品组装成JH90、PTS125、XF125B摩托车车轮。
1、产品经中国摩托车车轮质量南昌监督检验所检测达到QC/T29117.15-93《摩托车和轻便摩托车产品质量检验、轻合金车轮质量评定方法》的规定。如下表：
2.对以上三个实施例的车轮在破坏性试验检测：
三种规格的车轮加载均大于30.1KN出现塑性变形，其加载力大大高于标准，且车轮断裂均不在焊接部位，而出现在二侧的热影响区，说明接头的强度已达到母材的强度。
3.对单个轮辋进行永久变形量(HB＞80)检测，根据GB9769-88标准，1.4×17”规格加载1450N时，保压2分钟，卸载后，永久变形量为0.3低于标准70％，1.6×17”规格加载1850N时，保压2分钟，卸载后，永久变形量为0.5低于标准50％。
本发明具有实质性的特点与显著的进步，与目前的现有技术相比，具有显著的效果。本发明解决了汽车、摩托车铝合金车轮生产的关键技术，使汽车。摩托车车轮由传统的钢件焊接车轮发展到铝合金焊接车轮的新阶段，车轮表面作阳极氧化处理后色彩可多元化(目前的整车压铸轮无此效果)加速了汽车、摩托车行业的产品更新换代，使整车档次提高，提出了前处理及装夹工件规范的要求，使通电后的闪光阶段端面间液态过梁爆破均匀，横截面上的烧损量均匀一致，达到工件两端面上适宜的温度分布带，为下一步的顶锻创造了更好的条件。本发明采用了一个最佳的闪光留量与顶锻留量及闪光速度与顶锻速度相配合的焊接规范，在焊接过程中解决了各种不规则壁孔状和厚薄不一致的筋壁组成的复杂型面的车轮，焊接时易出现焊接白斑的质量问题，尤其是有效地控制产生穿透性焊接白斑、夹渣而引起的焊接接头开裂的现象。本发明还根据各种电极的结构，确定了顶锻力和夹紧力的关系为1∶2，解决了因电极磨损或工件尺寸超差，而造成压紧不牢，顶锻时打滑和压伤工件的难点，并控制了焊接过程中工件向前推进时造成焊接错位的问题，提高了接头内在的强度性能。同时本发明还可应用到其它铝合金件的焊接。
Claims (2)
1、一种汽车、摩托车铝合金车轮闪光焊接工艺，其特征在于工艺条件为：
调伸长度 20-25mm
闪光留量 12-15mm
顶锻留量 6-12mm
闪光初始速度 0-2mm/s
闪光终止速度 20-25mm/s
顶锻速度 120-180mm/s
电流密度 50-66A/mm2
有电顶锻时间 0-2s
电压 12V
顶锻压力 5-8×104N
夹紧力 10-15×104N。
2、根据权利要求1所述的汽车、摩托车铝合金车轮闪光焊接工艺，其特征是工件装夹前后应满足如下条件：
装夹前工件两端面夹角α 1-4°
装夹后工件两端面平行间隙β1 0.2-1mm
装夹后工件两侧面错位间隙β2 小于0.5mm。
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