CN113695728A - 一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法，包括凸焊机、与凸焊机配合安装的上电极和下电极，所述上电极的下端面为匹配铝合金传动轴的弧形面，所述下电极的上端面为匹配钢平衡片的弧形面，所述下电极的弧形面上设有钢平衡片，所述传动轴设置于钢平衡片和上电极之间。本发明有益效果：使用铆焊的方法对钢平衡片与铝合金传动轴进行焊接，提高了钢平衡片与铝合金传动轴的焊接强度和生产效率。
Description
技术领域
本发明属于平衡片焊接技术领域，尤其是涉及一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法。
背景技术
汽车传动轴总成经动平衡实验后，修复其不平衡量是通过在传动轴总成上用轻边上配重配重的方法进行修正，使汽车传动轴总成的剩余不平衡量达到产品的允许范围。这种总成的轻边上配重的方法是采用平衡片实现的。顺应汽车轻量化发展的趋势，目前大量的汽车传动轴采用铝合金材质。对于重型卡车，采用的铝合金传动轴壁厚较厚，一般均大于5mm，采用铝合金平衡片需要的平衡片尺寸较大，难以满足局部增加配重的需要，因此需要采用钢平衡片增加配重实现铝合金传动轴动平衡。目前对于铝合金传动轴与钢平衡片连接普遍采用弧焊的方法，这种焊接方法存在以下弊端：首先，铝和钢的物理化学性能差异太大，Fe在固态Al中的溶解度极小，在室温下Fe几乎不溶于Al，在焊后冷却过程中接头界面层出现FeAl、Fe2Al、Fe2Al5、FeAl3等脆性金属间化合物，导致结合界面特别脆弱，直接降低了钢平衡片与铝合金传动轴的焊接强度；其次，采用弧焊的方法，平衡片和传动轴均存在一定的烧损问题并且生产效率相对较低，这些问题都使钢平衡片与铝合金传动轴的焊接强度和生产效率难以保障。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法，以解决目前采用弧焊方法钢平衡片与铝合金传动轴的焊接强度低，生产效率低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一方面提供了一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统，其特征在于：包括凸焊机、与凸焊机配合安装的上电极和下电极，所述上电极的下端面为匹配铝合金传动轴的弧形面，所述下电极的上端面为匹配钢平衡片的弧形面，所述下电极的弧形面上设有钢平衡片，所述传动轴设置于钢平衡片和上电极之间。
进一步的，所述钢平衡片内开有与铝合金铆钉的钉柱相匹配的安装通孔，所述铝合金铆钉安装于安装通孔内侧，所述铝合金铆钉的钉柱的上端面与铝合金传动轴紧密接触，所述铝合金铆钉的钉帽与下电极紧密接触，所述铝合金铆钉钉柱凸出钢平衡片上表面的高度为铝合金铆钉钉柱直径的40％-60％。
进一步的，所述钢平衡片的上端面为与铝合金传动轴外径相匹配的弧形面，所述钢平衡片下端面为与下电极上端面相匹配的弧形面，所述下电极上两侧均设有限位凸台，两个限位凸台之间的距离与钢平衡片的宽度相匹配。
本发明另一方面提供了一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，应用了上述一方面钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统。方法包括如下步骤：
S1、将铝合金铆钉安装于钢平衡片的安装通孔内侧，将钢平衡片和铝合金铆钉放置在下电极的弧形面上，将铝合金传动轴放置在钢平衡片上；
S2、预压工序，驱动上电极下压，对铝合金传动轴和铝合金铆钉进行预压；
S3、焊接工序，预压结束后，给上电极和下电极通电，进行焊接作业；
S4、稳压工序，焊接结束后，维持上电极压力一定的时间；
S5、上升上电极，取出焊接完毕的铝合金传动轴。
进一步的，在进行步骤S1之前，对铝合金铆钉和铝合金传动轴进行化学清洗。
进一步的，在进行步骤S3之前，还有预热工序，使用较小的焊接电流对传动轴进行预热。
进一步的，在步骤S2中，预压工序的压力为3-8KN，预压工序的时间为300-1000ms。
进一步的，在步骤S3中，焊接工序的电流为30-60KA，焊接工序的时间为70-150ms，焊接工序的压力为3-8KN。
进一步的，在步骤S4中，稳压工序的压力为3-8KN，稳压工序的时间为300-1000ms。
进一步的，在步骤预热工序中，预热工序的压力为3-8KN，预热工序的时间为60-120ms，预热工序的电流为6-15KA。
相对于现有技术，本发明所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法，使用铆焊的方法对钢平衡片与铝合金传动轴进行焊接，提高了钢平衡片与铝合金传动轴的焊接强度和生产效率。
(2)本发明所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法，预热工序先通过一个较小的焊接电流，利用小电流产生的热量除去铝合金表面的残留油污，保证了焊接质量。
(3)本发明所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统及方法，铝合金铆钉钉柱凸出钢平衡片上表面的高度为铝合金铆钉钉柱直径的40％-60％，既保证了焊接强度，又不会因为钉柱过长而导致焊接完毕后钢平衡片与铝合金传动轴之间存在缝隙。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的系统安装结构示意图；
图2为本发明实施例所述的系统安装局部结构示意图；
图3为本发明实施例所述的铝合金传动轴安装局部结构示意图；
图4为本发明实施例所述的铝合金铆钉结构示意图；
图5为本发明实施例所述的铝合金传动轴结构示意图；
图6为本发明实施例所述的焊接前铝合金传动轴剖面结构示意图；
图7为本发明实施例所述的焊接后铝合金传动轴剖面结构示意图；
图8为本发明实施例所述的铆焊流程示意图。
附图标记说明：
1-凸焊机；2-上电极；3-下电极；4-铝合金传动轴；5-钢平衡片；6-铝合金铆钉；301-限位凸台；501-安装通孔；601-钉柱；602-钉帽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一：
如图1至图5所示，本实施例提供了一种钢平衡片5与铝合金传动轴4铆焊系统，包括凸焊机1、与凸焊机1配合安装的上电极2和下电极3，上电极2的下端面为匹配铝合金传动轴4的弧形面，下电极3的上端面为匹配钢平衡片5的弧形面，下电极3的弧形面上设有钢平衡片5，传动轴设置于钢平衡片5和上电极2之间。钢平衡片5内开有与铝合金铆钉6钉柱601相匹配的安装通孔501，铝合金铆钉6安装于安装通孔501内侧，铝合金铆钉6钉柱601的上端面与铝合金传动轴4紧密接触，铝合金铆钉6钉帽602与下电极3紧密接触，铝合金铆钉6钉柱601凸出钢平衡片5上表面的高度为铝合金铆钉6钉柱601直径的40％-60％，既保证了焊接强度，又不会因为钉柱601过长而导致焊接完毕后钢平衡片5与铝合金传动轴4之间存在缝隙。钢平衡片5的上端面为与铝合金传动轴4外径相匹配的弧形面，钢平衡片5下端面为与下电极3上端面相匹配的弧形面。
如图6、图7所示，实际使用时，将铝合金铆钉6钉柱601安装于钢平衡片5的安装通孔501内侧，安装通孔501的直径与铝合金铆钉6的钉柱601的直径相匹配，起到了防止铝合金铆钉6晃动的作用，将钢平衡片5放置于下电极3上，保证平衡片刚好卡在下电极3两侧的限位凸台301之间，限位凸台301对平衡起到了限位作用，防止其晃动，将铝合金传动轴4放置在钢平衡片5上，下压上电极2，保证铝合金铆钉6钉柱601与铝合金传动轴4表面相切，并且钢平衡片5的上端面与铝合金传动轴4外表面同心，然后进行焊接，上电极2的下端面为与铝合金传动轴4匹配的弧形面，弧形面起到了防止铝合金传动轴4晃动的作用。上电极2和下电极3均为铜材质结构件，在进行焊接时，铝合金铆钉6的钉柱601与铝合金传动轴4接触处的电流最大，加之在上电极2下压的作用下，钉柱601与铝合金传动轴4接触处产生的热量最多，将钉柱601凸出平衡片的位置熔掉与传动轴形成熔核，钢平衡片5的上端面为与铝合金传动轴4相匹配的弧形面，焊接结束后钢平衡片5上端面能贴合铝合金传动轴4紧的外表面，防止钢平衡片5，提高了焊接强度，且操作简单便捷，提高了工作效率。
实施例二：
如图8所示，本实施例提供了一种钢平衡片5与铝合金传动轴4铆焊方法，应用了上述一种钢平衡片5与铝合金传动轴4铆焊系统。方法包括如下步骤：
铝合金铆钉6的钉柱601直径为6mm，高度为6.5mm，钢平衡片5厚度为4mm，铝合金传动轴4外径140mm，厚度5mm。
焊接前对铝合金铆钉6和铝合金传动轴4进行化学清洗，具体方法如下使用7％的氢氧化钠溶液碱洗5分钟，用水冲洗后在30％的硝酸溶液中钝化3分钟，然后用水冲洗并吹干，最后采用酒精擦拭钢平衡片5和铝合金传动轴4表面，去除表面油污，并在24小时内完成钢平衡片5与铝合金传动轴4的铆焊实验。铝合金结构件表面具有一层致密的氧化膜，这层氧化膜对铆焊焊点结合强度影响较大，铆焊实验前对铝铆钉和铝合金传动轴4表面进行化学清洗，可以去除表面的氧化膜和油污，进而保证焊接强度和质量。
S1、将一个铝合金铆钉6安装于钢平衡片5的安装通孔501内侧，钉柱601凸出钢平衡片5的长度为2.5mm，为其直径的41.67％。保证铝合金铆钉6与钢平衡片5紧密接触，将钢平衡片5和铝合金铆钉6放置在下电极3的弧形面上，保证平衡片刚好卡在下电极3两侧的限位凸台301之间，将铝合金传动轴4放置在钢平衡片5上；然后将铝合金传动轴4需要增加配重的位置调整到与钉柱601相接触，准备进行焊接实验。
S2、预压工序，驱动上电极2下压，对铝合金传动轴4和铝合金铆钉6进行预压，预压的时间为400-600ms，预压的压力为3-5KN；在上电极2的压力作用下钢平衡片5上的铝合金铆钉6与铝合金传动轴4被压紧，使铝合金铆钉6和铝合金传动轴4、下电极3与铝合金铆钉6钉帽602、上电极2与铝合金传动轴4所有接触面达到充分接触，预压能够保证接触位置压紧状态良好，避免焊接电阻过大产生飞溅和炸点。
S3、预压工序结束后进行预热工序，给上电极2和下电极3通电，预热工序的压力为3-5KN，预热工序的时间为70-100ms，预热工序的电流为6-8KA；利用小电流产生的热量除去铝合金结构件表面的氧化物和残留油污。
预热工序结束后进行焊接工序，焊接工序的压力为3-5KN，焊接工序的电流为40-50KA，焊接工序的时间为80-120ms；
S4、焊接工序结束后进行稳压工序，维持上电极2压力一定的时间，稳压工序的时间为300-600ms，稳压工序的压力为3-5KN；通电结束后熔化后的铝合金在冷却水及电极、空气散热的条件下开始冷却结晶，内部铝合金产生收缩，在上电极2压力的持续作用下可以减少内部缺陷的产生以及降低残余应力。
S5、上升上电极2，取出焊接完毕的铝合金传动轴4。
实施例三：
本实施例提供了一种钢平衡片5与铝合金传动轴4铆焊方法，应用了上述一种钢平衡片5与铝合金传动轴4铆焊系统。方法包括如下步骤：
铝合金铆钉6的钉柱601直径为8mm，高度为7.5mm，钢平衡片5厚度为4mm，钢平衡片5中心平分线上可有两个安装通孔501，铝合金传动轴4外径180mm，厚度6mm。
焊接前对铝合金铆钉6和铝合金传动轴4进行化学清洗，具体方法如下使用7％的氢氧化钠溶液碱洗5分钟，用水冲洗后在30％的硝酸溶液中钝化3分钟，然后用水冲洗并吹干，最后采用酒精擦拭钢平衡片5和铝合金传动轴4表面，去除表面油污，并在24小时内完成钢平衡片5与铝合金传动轴4的铆焊实验。铝合金结构件表面具有一层致密的氧化膜，这层氧化膜对铆焊焊点结合强度影响较大，铆焊实验前对铝铆钉和铝合金传动轴4表面进行化学清洗，可以去除表面的氧化膜和油污，进而保证焊接强度和质量。
S1、将两个个铝合金铆钉6分别安装于钢平衡片5的两个安装通孔501内侧，钉柱601凸出钢平衡片5的长度为3.5mm，为其直径的43.75％。保证铝合金铆钉6与钢平衡片5紧密接触，将钢平衡片5和铝合金铆钉6放置在下电极3的弧形面上，保证平衡片刚好卡在下电极3两侧的限位凸台301之间，将铝合金传动轴4放置在钢平衡片5上；然后将铝合金传动轴4需要增加配重的位置调整到与钉柱601相接触，准备进行焊接实验。
S2、预压工序，驱动上电极2下压，对铝合金传动轴4和铝合金铆钉6进行预压，预压的时间为600-800ms，预压的压力为5-6KN；在上电极2的压力作用下钢平衡片5上的铝合金铆钉6与铝合金传动轴4被压紧，使铝合金铆钉6和铝合金传动轴4、下电极3与铝合金铆钉6钉帽602、上电极2与铝合金传动轴4所有接触面达到充分接触，预压能够保证接触位置压紧状态良好，避免焊接电阻过大产生飞溅和炸点。
S3、预压工序结束后进行预热工序，给上电极2和下电极3通电，预热工序的压力为5-6KN，预热工序的时间为70-100ms，预热工序的电流为7-9KA；利用小电流产生的热量除去铝合金结构件表面的氧化物和残留油污。
预热工序结束后进行焊接工序，焊接工序的压力为5-6KN，焊接工序的电流为45-50KA，焊接工序的时间为80-120ms；
S4、焊接工序结束后进行稳压工序，维持上电极2压力一定的时间，稳压工序的时间为400-600ms，稳压工序的压力为5-6KN；通电结束后熔化后的铝合金在冷却水及电极、空气散热的条件下开始冷却结晶，内部铝合金产生收缩，在上电极2压力的持续作用下可以减少内部缺陷的产生以及降低残余应力。
S5、上升上电极2，取出焊接完毕的铝合金传动轴4。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统，其特征在于：包括凸焊机(1)、与凸焊机(1)配合安装的上电极(2)和下电极(3)，所述上电极(2)的下端面为匹配铝合金传动轴(4)的弧形面，所述下电极(3)的上端面为匹配钢平衡片(5)的弧形面，所述下电极(3)的弧形面上设有钢平衡片(5)，所述传动轴设置于钢平衡片(5)和上电极(2)之间。
2.根据权利要求1所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统，其特征在于：所述钢平衡片(5)内开有与铝合金铆钉(6)的钉柱(601)相匹配的安装通孔(501)，所述铝合金铆钉(6)安装于安装通孔(501)内侧，所述铝合金铆钉(6)的钉柱(601)的上端面与铝合金传动轴(4)紧密接触，所述铝合金铆钉(6)的钉帽(602)与下电极(3)紧密接触，所述铝合金铆钉(6)钉柱(601)凸出钢平衡片(5)上表面的高度为铝合金铆钉(6)的钉柱(601)直径的40％-60％。
3.根据权利要求2所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统，其特征在于：所述钢平衡片(5)的上端面为与铝合金传动轴(4)外径相匹配的弧形面，所述钢平衡片(5)下端面为与下电极(3)上端面相匹配的弧形面，所述下电极(3)上两侧均设有限位凸台(301)，两个限位凸台(301)之间的距离与钢平衡片(5)的宽度相匹配。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的钢平衡片与铝合金传动轴铆焊系统的钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将铝合金铆钉(6)安装于钢平衡片(5)的安装通孔(501)内侧，将钢平衡片(5)和铝合金铆钉(6)放置在下电极(3)的弧形面上，将铝合金传动轴(4)放置在钢平衡片(5)上；
S2、预压工序，驱动上电极(2)下压，对铝合金传动轴(4)和铝合金铆钉(6)进行预压；
S3、焊接工序，预压结束后，给上电极(2)和下电极(3)通电，进行焊接作业；
S4、稳压工序，焊接结束后，维持上电极(2)压力一定的时间；
S5、上升上电极(2)，取出焊接完毕的铝合金传动轴(4)。
5.根据权利要求4所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：在进行步骤S1之前，对铝合金铆钉(6)和铝合金传动轴(4)进行化学清洗。
6.根据权利要求4所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：在进行步骤S3之前，还有预热工序，使用较小的焊接电流对传动轴进行预热。
7.根据权利要求4所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：在步骤S2中，预压工序的压力为3-8KN，预压工序的时间为300-1000ms。
8.根据权利要求4所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：在步骤S3中，焊接工序的电流为30-60KA，焊接工序的时间为70-150ms，焊接工序的压力为3-8KN。
9.根据权利要求4所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：在步骤S4中，稳压工序的压力为3-8KN，稳压工序的时间为300-1000ms。
10.根据权利要求6所述的一种钢平衡片与铝合金传动轴铆焊方法，其特征在于：在步骤预热工序中，预热工序的压力为3-8KN，预热工序的时间为60-120ms，预热工序的电流为6-15KA。
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2021
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