CN114845831A - 货叉与货叉上的吊架之间的连接 - Google Patents

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Abstract

一种用于将至少一个吊架焊接到货叉的方法。可以使用摩擦焊接工艺在吊架与货叉之间形成焊缝，之后可以让热影响区域(HAZ)冷却。优选地，该冷却发生直到形成马氏体为止，之后将后回火电流施加到HAZ。

Description

货叉与货叉上的吊架之间的连接
相关申请的交叉引用
根据美国法典(U.S.C.)第35章第119(e)条的规定，本申请要求2020年11月27日提交的美国临时专利申请No.62/941,513的优先权，该美国临时专利申请的内容被通过引用全部结合到本文中。
背景技术
本申请的主题涉及用于物料搬运车辆的货叉，并且更具体地涉及附接到物料搬运车辆的附件的货叉与吊架(吊钩)之间的改进的连接结构，通过这些连接结构，将货叉安装到负载搬运车辆的托架，并且涉及用于将吊钩连接到货叉的方法。
物料搬运车辆通常具有桅杆，该桅杆经由附接于该桅杆的托架沿给定方向延伸和缩回。配备该物料搬运车以沿该桅杆推动该托架。为了承载负载，将大致呈L形的货叉附接于该托架。在许多情况下，将两个或更多个这种货叉附接于该托架，并且通过将货叉插入到托盘或其他方便的装置中来承载货物，其中，待搬运的货物被定位在该托盘或其他方便的装置上。在其他情况下，通过一个或多个货叉可以直接接触货物本身。但是，当搬运相对较长和管状的物品(例如卷起的地毯)时，可以使用单个货叉来搬运该负载。
由于待在物料搬运车辆上承载的负载具有多种构型和间距，因此通常提供一种用于调整货叉相对于托架的位置的装置。如果将要利用不止一个货叉来拾取负载，则可能需要调整它们之间的间距以适应于特定的托盘或待承载的负载的其他构型。在待将单个货叉用于例如处理地毯卷的情况下，则可以将其中一个货叉从车辆上拆下，然后通常将会将单个货叉移动到车辆的中心以将负载均匀地分布在车轮上。
通常，托架相对于桅杆延伸并且包括上安装杆和下安装杆。在将货叉安装在具有上安装杆和下安装杆的托架上时，货叉通常设置有一对钩形吊架。吊架朝向桅杆延伸，即远离被支撑在货叉的叉板(blade)上的负载。吊架通常将垂直地延伸，其中，上吊架在上安装杆的上方向下延伸并且下吊架在下安装杆的上方向上延伸。
通常，通过其将吊架(吊钩)连接到货叉的制造件必须具有足够的结构强度，以承受被施加在货叉与吊架之间的接头上的各种重量和应力。然而，实现这一目标的现有方法需要相对长的时间来牢固地创建每个接头。因此，所需要的是，物料搬运车辆的附件的货叉与用于将货叉安装到负载搬运车辆的托架的吊架(吊钩)之间的改进的连接结构，以及用于将吊钩连接到货叉的方法。
附图说明
图1示出了根据本发明的优选实施例的货叉的侧视图，并且示出了货叉与托架的安装杆之间的附接。
图2示出了如图1所示的托架的上安装杆。
图3示出了图1的货叉的上吊架。
图示出了图3的吊架，其中，销处于第一位置中。
图4B是与图4A相同的视图，但销处于第二位置中。
图5示出了用于将货叉焊接到货叉的吊架的示例性工艺。
图6绘制了由图5的工艺制成的单个焊缝上的硬度与距离的关系。
图7绘制了来自图5的方法的试验的硬度与电流和时间的关系。
图8示出了图5的方法的另一试验的硬度对电流和时间的理论回火曲线。
图9绘制了图8的试验的等回火电流与硬度和时间的关系。
图10绘制了随图8的试验的电流时间而变的等硬度。
具体实施方式
图1中大致示出的货叉10是大致竖直的柄部12和大致水平的叉板14。附接于柄部12的是上吊架16和下吊架18，每个吊架都可被通过焊接而被附接于柄部12。焊缝在图1中以20示出。吊架16和18包括从远离物料搬运车辆(通常为起重卡车)的叉板并朝向该车辆的托架的柄部的后部延伸的多个部分。吊架16包括向下延伸以接合起重卡车的上安装杆30的吊钩22。下吊架18还包括与起重卡车的下安装杆32接合的吊钩24。两个安装杆30和32被附接于起重卡车的托架。
图2示出了物料搬运车托架的上安装杆30。上安装杆包括基本水平的表面34、与表面34成角度地延伸的表面36以及基本水平地且平行于表面34延伸的表面38。两个表面36和38与安装杆的前向表面40一起限定沿安装杆30的顶部边缘延伸的肋42。肋42设置有多个槽口44。槽口44用作定位挡块以提供用于沿着安装杆定位货叉的多个固定位置。
图3示出了在如图1所示将吊架连接到货叉10的柄部12之前的上吊架16和18。吊钩22限定第一表面50A和50B。表面50A和50B接触图2中所示的安装杆30的表面34和36。表面50A和50B之间的角度与安装杆30的表面34和36之间的角度相同。上吊架16包括本体60。本体60限定大致竖直延伸穿过本体60的孔62。该孔限定轴线64，用于引导图4A和图4B中所示的销66的纵向运动。销66可从图4A所示的第一位置移动到图4B所示的第二位置。该销包括平台68。弹簧70在平台68与吊架16的本体60之间起作用以将销偏压到图4A所示的第一位置。为了将销移动到如图4B所示的第二位置，弹簧必须如图4B所示被压缩。
如前所述，现有技术能够在货叉10的吊架16、18与柄部12之间形成足够牢固的接头。现有的焊接工艺是使用恒定电位电源(恒定电压)的GMAW(气体金属电弧焊工艺)、送丝机和焊枪。这既可以半自动完成，也可以通过机器完成。对于半自动过程，焊工手动操作焊枪并在待焊接的两个零件之间沉积填充物料。正被焊接的贱金属在此过程中部分熔化，从而导致贱金属和填充金属的熔合。对于机器应用，焊枪由机械臂操纵和控制。
这种现有的GMAW工艺时间因货叉的类型而异，但对于最常用的货叉，端到端时间需要约6分钟来清洁、增补、加热、焊接和清洁焊缝。为了显著缩短该时间，本发明人考虑了一种摩擦焊接工艺，其并不是熔焊工艺，而是固态焊接工艺，该固态焊接工艺通过相对于彼此移动的工件之间的机械摩擦和变形而产生热量，以便塑性移位和融合物料。该工艺在高表面速率和压力下发生，并且导致接合时间短(约数秒钟)而并不会熔化。此外，本领域技术人员将理解平移运动(产生与摩擦和变形相关的热量)也倾向于“清洁”正被焊接的物料之间的表面。在焊接工艺期间，取决于正使用的方法，正被接合的小体积工件将被挤出工作结合区域，从而带走残留的污染物。该工艺随后导致所获得的结合区域的快速加热和冷却速率。
然而，在实践中，作为现有GMAW工艺的替代品的货叉部件的摩擦焊接示出了令人失望的结果。问题包括过度的接头硬度和(与GMAW相比)相对较差的机械性能。具体而言，与该工艺相关的快速冷却速率在热影响区域(HAZ)和所附着的两种物料的变形区域内产生了非常硬且脆的马氏体微观结构。在焊接状态下，部分由于用于生产这些部件的物料具有高淬透性，导致工件将不能用于将安装吊架应用于货叉。
摩擦焊接工艺的两种被广泛接受的变型工艺包括旋转摩擦焊接和线性摩擦焊接。也被称为回转焊接的旋转摩擦焊接(FRW)使用具有两个卡盘的机器，以固定所要焊接的物料，这两个卡盘中的一个被固定住，而另一个是旋转的。在直接驱动型的旋转摩擦焊接(也被称为连续驱动摩擦焊接)中，驱动电机和卡盘被连接在一起。驱动电机在加热阶段期间持续驱动该卡盘。通常，使用离合器将驱动电机与卡盘断开，然后使用制动器停止该卡盘。在惯性焊接(FRW-I)工艺中，飞轮用于存储旋转能量。对于焊接，飞轮加速，驱动电机被脱离，并且工件被强压在一起。随着飞轮速率降低，存储在旋转飞轮中的动能在焊接界面处被作为热量消散掉。然后在回转停止之后保持所施加的力以完成工件的锻造。
旋转摩擦焊接通常仅适用于圆形截面。吊架与货叉的连接意味着更为复杂的几何形状(例如矩形)，并且因此不利于旋转摩擦焊接。
线性摩擦焊接(LFW)与FRW相关，但采用平移振荡运动而非旋转运动来产生与摩擦和变形相关的热量以进行接合。该技术克服了上述接合部件的几何限制。与FRW相比，该技术的这种变型采用相似的循环时间和最终的冷却速率。在利用常规的线性摩擦焊接(LFW)的初始实验中，很明显，通过对小尺寸样品进行的冶金检查，所产生的HAZ微观结构将会是90％-100％的马氏体。然而，这种可以承受所需负载的非常硬且脆的微观结构将会呈现出很小的或没有对冲击或疲劳的耐受性。
本发明人的焦点随后从传统的LFW转移到低力线性摩擦焊接(LFLFW)。所关注的物料包括高强度的低合金(HSLA)和其他合金钢。低力摩擦焊接是一种新技术，它采用对部件进行的基于电阻的预热结合类似于LFW的界面运动。利用该技术进行的初步试验是很有价值的，但HAZ中的高硬度仍然是一个主要问题。以各种力/电流组合来处理试验样品，以努力建立最佳参数。对测试样品进行检查，并且HAZ硬度水平仍远高于可接受的限度。
一旦完成初始试验，本发明人就开始关注硬度问题。工作最初考虑了两种工艺变型来减轻高HAZ硬度。第一工艺变型包括在货叉生产过程中，当货叉坯件将会保留来自热处理过程的余热时，执行LFLFW。如果能够在正确的时间进行LFLFW，则货叉坯件温度可以为400℉或更高，从而降低接头中的马氏体的体积分数并提高韧性。第二工艺变型探索了在焊接后立即重新初始化用于预热零件的电阻电流以减慢冷却速率的想法。
由于本发明人不希望受到货叉温度的限制，并且他们确定在货叉坯件冷却到环境温度后将会进行最佳焊接工艺，因此第一工艺变型很快就被消除了。通过检查正被焊接的物料的连续冷却转变图，对第二工艺变型作出了进一步的评估。数据分析表明，每个货叉焊缝所需的冷却速率为约120-150秒，以实现所需的微观结构。这对于将焊接吊架应用于货叉是不切实际的，因为这样做的现有程序的持续时间已经短得多，即第二工艺变型实际上会延长当前的生产焊接时间而非缩短它。
在这一点上，尽管继续失败，但本发明人考虑了第三种方法，该方法将违反直觉地允许焊缝以快速冷却速率冷却，从而允许马氏体——具有其相关的高硬度和不可接受的脆性——完全形成。随后，向零件施加单独且受控的电流，以回火HAZ中完全形成的马氏体。这导致经回火的马氏体显微组织，从而提高了接头的韧性。
图5主要示出了刚刚描述的方法100，其中，在步骤102，使用低力线性摩擦焊接工艺将适当的部件焊接在一起。一旦焊接完成，则在步骤104，允许焊接部件冷却，使得在焊接接头处充分形成马氏体。一旦马氏体被充分形成，则在步骤106，施加大小为“i”的后回火电流持续时间“t”，以将马氏体硬度降低到适当值。
因此，执行随后的试运行(第二次试验)，将图5所示的方法以变化的回火电流和回火时间应用于代表通常用于货叉和货叉上的吊架的物料类型的测试坯件，以便尝试找到“i”值和“t”值的组合，这些组合将会在适用于应用焊接到起重卡车的货叉吊架的马氏体焊接接头处产生硬度。然后对来自该试验的样品进行切片并针对其微观结构和硬度进行评估。下表1中所示的这些结果仍示出了HAZ的一些软化，但并非始终如一的且具有大量分散，并且在许多情况下，HAZ硬度水平对于将焊接吊架应用于货叉而保持得过高。
Figure GDA0003707573710000051
Figure GDA0003707573710000061
表1
产生表1中所示结果的试验通过使用低力线性摩擦焊接工艺焊接A572钢到15B37钢的样品来执行，这些钢是用于货叉/吊架的物料。在应用该焊接工艺后，使焊缝冷却20秒以使马氏体在焊接结合线处充分形成，之后焊后回火工艺施加不同的回火电流持续不同的时间，如表中所示。本领域技术人员将理解，尽管该实验以20秒的冷却时间进行，但可以使用其他值，只要该时间使得足够部分的焊接结合部已被转变为马氏体。在试焊完成后，对样品进行切片并测量焊接结合线两侧的不同位置处的硬度。样品ME162-14的测量结果的代表性示例示于图6中。该马氏体区域可在该图中被很容易地看作硬度处于约470维氏硬度(VHN)的平台。马氏体区域的平均硬度被用作适当的性能指标。
图7是表1中所示的结果的曲线图，其示出了等硬度迹线，其中，表1中的数据被外推到时间零点时的假定马氏体硬度为550VHN，并且为每个等硬度迹线生成了最佳拟合的线性回归线。如在该曲线图中可见，尽管硬度通常随电流和时间的变化而降低，如由线性回归所示，但数据被广泛分布在最佳拟合线的周围。然后使用这些曲线图来评估回火电流和时间间隔的组合以达到特定的最终硬度。这些结果被示于图8中。此处提供的数据用于研发如下所述的理论回火曲线。利用这些修改后的原地回火曲线制作样品焊缝，从而验证这些结果。
验证包括对完成的样品进行切片以进行冶金评估。结果令人印象深刻，其中，将HAZ受控软化到可接受的水平。下面的表2总结了这些结果，而图9将数据绘制为随硬度和回火时间的变化的等回火电流曲线，以及每条曲线的二次回归。如从该图中可以很容易地看出，与第二次试验得到的曲线不同，针对每个实验所绘制的数据都被相对紧密地分布在相关的最佳拟合的等电流曲线的周围。因此，通过使用来自第三次试验的测试结果，可以容易地选择回火电流和回火时间的有效焊后回火参数，以获得所得焊缝的所需硬度，从而将吊架有效地附接到货叉上。例如，通过这种改进的工艺，预计每对货叉只需要约30秒，或者每个货叉只需要15秒，其中，可以一次焊接一对货叉。这是货叉制造工艺的重大改进。图10同样绘制了随回火电流和回火时间变化的等硬度线的回火曲线。
Figure GDA0003707573710000071
再次参考图1，在优选实施例中，焊接连接20因此可以各自优选地被使用先前描述的低力线性摩擦焊接过程来形成。因此，焊接连接30将优选地具有基本上为马氏体的结合表面，即其在马氏体结构的焊接结合线处将具有超过90％的微表面。本发明人已确定马氏体结构的平均硬度值应优选地处于300VHN与450VHN之间，并且更为优选地处于350VHN与450VHN之间，尽管在一些优选实施例中，硬度值处于375VHN与450VHN之间。通过本专利说明书中描述的过程形成的焊缝的另一特征是焊缝的结合界面处的硬度具有很大的峰值。这可以在图6中被清楚地看到，其中，在结合线周围小于0.03英寸的间距内，硬度跳跃超过100VHN。
将会理解，本发明并不限于已经描述的具体实施例，并且可以在其中做出变化而不背离如根据现行法律原则解释的所附权利要求中限定的本发明的范围，这些现行法律原则包括等同原则或将权利要求的可执行范围扩大到超出其字面范围的任何其他原则。除非上下文另有说明，权利要求中对元件实例的数量的引用(无论是对一个实例或不止一个实例的引用)都需要至少所述数量的该元件的实例，但并不旨在从权利要求的范围中排除具有比所述更多的元件实例的结构或方法。当在权利要求中使用时，词语“包括”或其派生词以非排他性的意义使用，其并非旨在于所要求保护的结构或方法中排除其他元件或步骤的存在。

Claims (15)

1.一种货叉，所述货叉被配置成用于与工业车辆的托架选择性接合和脱离，所述货叉包括：
柄部和被通过焊缝连接于所述柄部的吊架；其中，
所述焊缝基本上由马氏体形成。
2.如权利要求1所述的货叉，其中，所述马氏体具有介于300VHN与450VHN之间的平均硬度。
3.如权利要求1所述的货叉，其中，所述马氏体具有可变硬度，并且在所述焊缝的结合线的周围具有峰值。
4.如权利要求1所述的货叉，其中，所述焊缝被通过线性摩擦焊接工艺形成。
5.如权利要求4所述的货叉，其中，所述线性摩擦焊接工艺包括焊后回火工艺。
6.一种用于将至少一个吊架焊接到用于起重卡车附接件的货叉的方法，所述方法包括：
应用摩擦焊接工艺以在吊钩与货叉之间形成焊缝，所述焊缝具有热影响区域(HAZ)；
使所述热影响区域冷却以形成包含马氏体的焊接表面；以及
此后，向所述热影响区域施加后回火电流。
7.如权利要求6所述的方法，其中，使所述焊接表面冷却的步骤致使至少90％的焊接结合线成为马氏体结构。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述后回火电流介于20-46kA之间。
9.如权利要求8所述的方法，其中，根据将电流与时间相关联的曲线改变所述后回火电流。
10.如权利要求9所述的方法，其中，施加改变后的所述后回火电流持续至少0.2秒。
11.如权利要求9所述的方法，其中，施加改变后的所述后回火电流持续至少0.5秒。
12.如权利要求9所述的方法，其中，施加改变后的所述后回火电流持续至少1秒。
13.如权利要求6所述的方法，其中，所述摩擦焊接工艺是线性摩擦焊接工艺。
14.如权利要求6所述的方法，其中，所述焊接表面的马氏体具有介于300VHN至450VHN之间的平均硬度。
15.如权利要求6所述的方法，其中，所述马氏体具有可变硬度，并且在所述焊缝的结合线的周围具有峰值。
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