CN1151926A - 焊接铝驱动轴部件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种驱动轴组件，包括一铝万向轴管和电弧焊接到该万向轴管两端的两铝轭架。该万向轴管的两端各有一空心圆柱形端部压套到各轭架的一环形端部上而形成一环形狭槽。然后在这两个部件的该环形狭槽处与一自耗铝基电极之间点燃一电弧而把这两个部件电弧焊接在一起。用一高强度脉冲直流电流维持该电弧而用该自耗电极所熔化的铝基材料填满该环形狭槽而形成单圈焊缝。

Description

焊接铝驱动轴部件的方法
本发明一般涉及用于车辆的驱动轴部件、特别涉及焊接铝驱动轴部件的方法。
汽车中使用铝和铝合金部件代替钢部件日益受到人们欢迎，因为这既大大降低了重量，又保持了强度或使用寿命，而且铝部件比钢部件更耐腐蚀。但是，铝驱动轴部件一般比它所代替的钢部件难焊接。
1985年9月17日授予Samelll Simons的美国专利4,524,280公开了一种使用通常称为MIG焊的气体保护金属极电弧焊焊接铝驱动轴部件的方法：在Simons的方法中，一万向轴管压套到一铝轭架的端部上而形成-环形宽间隙的对接。然后用现有电弧焊机的焊接化合物填满该环形宽间隙而把铝万向轴管焊接到该铝轭架上，铝万向轴管和轭架转动二圈才能完成这一焊接过程：为了减小焊接电流，使用了两行焊缝。
Simons方法的主要缺点是需要两行焊缝，因此焊接操作进行得较慢，从而无法满足汽车焊接高产量的需要。
另一个缺点是，使用现有电弧焊机即使焊接电流不大也会造成铝万向轴管和轭架在焊缝近旁的金相性能较差，因为在进行这二圈焊接的过程中大量热量进入这两个部件。
1990年3月27日授予Alvin K，Oros和Paul D.DeJager的美国专利4,912,299声称用一三步骤工艺对气体保护金属致电弧焊接(即MIG焊接)铝驱动轴部件的工艺作出了改进。在该Oros/De-Jager工艺中，铝万向轴管压套到铝轭架的端部上而形成-无间隙平头对接。然后在自耗铝基正电极和作为阴极的这两个部件的平头对接处点燃-直流电电弧，该电弧罩住在由体积百分比分别为2-5％的氧和98-95％的隋性气体构成的保护气体中，电弧的电流的频率为每秒40-60周，大小保持在至少180安培。然后把电弧对准该无间隙平头对接而以至少每分钟60英寸的相对速度沿该平头对接绕焊一圈。该方法声称无需使用上述Simons方法的环形宽间隙和多圈焊接，且焊接得更快，焊接质量更高。但是，尽管Oros/DeJager方法较之Simons方法具有所声称的优点，但它也有它的缺点。即，Oros/DeJager方法在焊接时需要使用特种保护气体和细心对准自耗电极。另一个缺点是需要极大量热量来熔合该平头对接的根部，从而造成该处的金相组织性能变差。
本发明的目的是提供一种使用常见隋性保护气体以单圈焊缝把两铝驱动轴部件电弧焊接在一起的方法。
本发明的一个特征是，把一铝万向轴管压套到-铝轭架的端部上而形成-狭槽，从而以单圈焊缝就可使该狭槽填满焊料而在这两部件之间形成强抗扭焊接连接。
本发明的另一个特征是，用高强度脉冲直流电维持电弧、用常见隋性气体保护电弧，从而迅速把铝万向轴管电弧焊接到铝轭架上。
本发明的又一个特征是，铝万向轴管与铝轭架对接部的形状做成为便于把这两部件互相电弧焊接在一起的环形狭槽。
在本发明一实施例中，该铝万向轴管有一便于把该铝万向轴管插入铝轭架中以便于把这两个部件电弧焊接在一起的弧形端面。
在本发明另一实施例中，该铝万向轴管有一便于该铝万向轴管插入该轭架中以便于这两个部件电弧焊接在一起的三段式端面。
在本发明又一实施例中，该轭架有一便于这两个部件电弧焊接在一起的锥形面。
从下述结合附图的详述中可更清楚看出本发明的上述和其它目的，特征和优点，在这些附图中相同部件用同一标号表示。附图中：
图1为一驱动轴组件的局部纵向剖面图，其两个铝部件放置成有待接照本发明电弧焊接在一起；
图2为图1驱动组件的局部放大剖面图；示出两铝部件正按照本发明电弧焊接在一起；
图3为图1驱动轴组件的纵向图，示出两铝部件由焊好的焊缝连接在一起；
图4为本发明另一实施例的局部放大剖面图；
图5为本发明又一实施例的局部放大剖面图；
请参见附图，一驱动轴组件10包括一管状驱动轴或万向轴管12，其两端各有一轭架14用来把该驱动轴组件10装到一车辆中。这两个轭架14与该万向轴管12连接方式相同，因此附图中只示出下文欲详述的一个轭架14及其与万向轴管12的连接方式。
驱动轴管12由铝、铝合金或其它铝基材料制成，例如在铝合金基体中含有氧化铝的铝金属基体。这类铝万向轴管下面简称为“铝”万向轴管，这些铝万向轴管较之钢万向轴管具有重量轻、刚性高的优点以及其它公知优点。
轭架14也由“铝”制成，即轭架14由铝、铝合金或其它铝基材料制成，例如在铝合金基体中含有氧化铝的铝金属基体，这些铝轭架较之钢轭架也具有重量轻、刚性高的优点以及其它公知优点。
尽管这些铝驱动轴部件较之钢驱动轴部件具有重量轻和其它优点，但人们长久以来普遍认为，这些铝部件不如钢部件那样容易焊接在一起，但是，我发现了一种比上述现有方法更快和/或更经济地把铝驱动轴部件气体保护金属极电弧焊接、或MIG焊接在一起的独特而高效的方法。该方法特别适合于把厚度为0.060-0.250英寸的铝万向轴管MIG焊接到较之铝万向轴管厚实得多的铝轭架上，我的方法基本上是制备出一特殊构型的狭槽对接，然后用高强度脉冲直流电保持焊接电弧而以单圈焊缝把自耗电极的铝焊料填满该狭槽对接。
这一特殊构型的狭槽对接由万向轴管12和轭架14的连接端构成。确地说，万向轴管12有一内径、外径和壁厚都恒定的空心圆柱形端部16。该端部16终止于一弧形或凸环形端面18。
另一方面，轭架14有一外径和壁厚恒定的环形端部20，该壁厚比万向轴管12端部16的壁厚厚得多。该壁厚如图所示可不恒定，但该端部20的外表面大致呈圆柱形。轭架14的环形端部20从该轭架14的-同心颈圈部22伸出，该颈圈部22的外径大致等于万向轴管12端部16的外径。
颈圈部22的形状做成其上有-与驱动轴组件10的轴线25垂直的环形平直端面24。环形圆角26形成，从颈圈部22的该环形平直端面24光滑过渡到轭架14环形端部20的圆柱面的凹形接合部。颈圈部22在环形平直端面24的外周处还有一外部倒角或斜面28。
在把万向轴管12和轭架14做成上述形状后，把万向轴管12的空心圆柱形端部16压套到轭架14的环形端部上而形成-环形狭槽30作为一对接，从图2中可看得最清楚，轭架14的环形端部的外圆柱面和环形圆角26露出在外。
如图2所示，该环形狭槽30在万向轴管12的弧形端面18与轭架14的平直端面24之间有一可校准宽度w。该可校准宽度w在0.045-0.055英寸之间，为了更清楚地表示出各平面的细节，图2中的宽度w已放大。
在加工过程中，插入-厚度等于万向轴管12的弧形端面18与轭架14的平直端面24之间的预定宽度w的扁平量规(未画出)来设定和/或较准该环形狭槽30。从而弧形端面18用作控制该焊接过程的校准面。
而且，该弧形端面18还在万向轴管12端部提供倒角状或倾斜状内、外表面。该倒角状内表面有助于轭架14的环形端部20插入万向轴管12的空心圆柱形端部16中并留出空间来容纳焊接过程中可能熔化的圆角26的那部分金属。外部倒角状或倾斜状表面使电极不必对得很准，这一点下文交代。
在万向轴管12压套到轭架14上而形成图2所示狭槽30后，在一自耗铝基电极94与由该万向轴管12和轭架14构成的组件之间点燃一电弧32。
最好把电极34正对该组件的纵轴线而使形成该电极的圆棒的中心线平分环形狭槽30的宽度w，不过，电极34无需与狭槽30精确对准，因为万向轴管12的外部倒角状端面37和轭架14的外部倒角28容许电极的轴向有微小偏移。
电弧焊机(未画出)的焊枪36夹住并推进电极34，该焊机包括焊枪护罩78和直流电源装置40。该直流电源装置40把电极作为正极、铝部件12和14作为阴极或负极，该直流电源的电流为约10安培-500安培，频率约为每秒30-300周、电压为10-40伏。
电极34最好由铝基丝复合合金4043或5356制成并做成其外径与狭槽的0.045-0.055英寸宽度w配合的圆棒。轭架14最好由铝6061T-6制成，而万向轴管12最好由铝6061 T-6制成，在焊接过程中电极34沿着焊枪76轴线送进而随着电极34顶端的消耗使电极顶端与焊接处保持一定距离。
保护气体混合物通过焊枪36与护罩38间的环形空间导向焊接区；可把氩或氦或氩和氦的混合气体之类市场有售的焊接类惰性气体用作保护气体。
焊接时电流频率为每秒100-200周，平均电流保持在至少100安培。在此功率下，绕焊一圈就可把轭架14焊到万向轴管12上而用自耗电极34熔化的焊料填满环形狭槽30而生成-连续的抗扭焊缝42。该焊缝最好通过相对电极34转动环形狭槽30而形成。可以每分钟40-60英寸的速度焊出焊缝42，因此本方法比上述Si-mons专利所述方法快得多，而且，本发明焊接方法由于狭槽30比Simons方法的环形宽间隙狭得多，而电弧由一高强度脉冲电流维持，因此无需象Simons方法那样绕焊数圈。
此外，与上述Oros/DeJager方法不同，本发明方法至少部分由于使用了环形狭槽30而无需特种保护气体或细心对准自耗电极34。
图4示出可用来实施本发明的另一种驱动轴组件110。驱动轴组件110包括一铝万向轴管112和一铝轭架14。轭架14与驱动轴组件10的轭架14相同，相同部件用同一标号表示。
万向轴管112的大小与万向轴管12相同，铝万向轴管112也有内，外径和壁厚恒定、可压套到轭架14上的一空心圆柱形端部116。但是，该端部116终止于一分成三段的环形端面118一平直中段120、一内角倒圆112和一外部倒角124。该环形狭槽130的宽度w由轭架14的平直端面24与万向轴管112的环形端面118的中段120之间的距离校准。内角倒圆122便于轭架端部20的插入并为焊接过程中从圆角26熔化的金属留出空间，外部倒角124与轭架14的外部倒角28一起容许自耗电极在轴向上有微小偏差，从而图2所示电极34在焊接时无需与狭槽130精确对准。轭架14和万向轴管112以与图1，2和3所示相同方式焊接在一起，即用由高强度脉冲直流电维持的电弧把自耗电极34熔化的焊接金属填满环形狭槽130而形成单圈焊缝。
图5示出可用来实施本发明的又一驱动轴组件210，驱动轴组件210包括一铝轭架214和一铝万向轴管216，从而形成一特殊形状的环形狭槽对接供这两个部件电弧焊接在一起。
铝万向轴管212的大小与铝万向轴管12相同，并且也有一内、外径和壁厚恒定的空心圆柱形端部216。该端部终止于一包括一平直中段219、一内角倒圆221和一外角倒圆223的环形端面218。
与轭架14一样，轭架214有一外径恒定、壁厚可变动的环形外端部220，它的壁厚比万向轴管端部216的壁厚厚得多。但是，轭架214的环形颈圈部222的形状做成它有一锥形端面224，该端面沿着径向向外方向朝着离开万向轴管212和端面218的方向倾斜。该锥形端面224与一垂直于驱动轴组件210的纵轴线的假想平面P相交成一角θ。角θ最好为3°-10°。
一环形圆角226形成一从该颈圈部222的锥形端面224光滑过渡到轭架14环形端部220的外圆周面的凹形接合部。该颈圈部222还有一圆形外缘228，但如下所述，该颈圈部22因具有锥形端面224而无需大倒角或大斜面28。
该万向轴管212的空心圆柱形端部216压套到轭架214的环形端部220上而形成，图5所示环形狭槽230式对接。
该环形狭槽230的可校准宽度w为0.045-0.055英寸。但实际宽度稍大且由于有锥形端面224而压颈圈部222外端处最大。
在把万向轴管212压套到轭架214上形成环形狭槽30后，在图2所示自耗电极34与图5所示驱动轴组件之间点燃一电弧。
电极34最好做成其外径为与狭槽230可校准宽度w配合的0.045-0.055英寸的圆棒。同样，这一电极34在指向该驱动轴组件210的纵轴线时最好其中心线平分环形狭槽230的可校准宽度。不过，电极无需与狭槽230精确对准，因为轭架颈圈部222的锥形面224相对万向轴管212的端面218呈发散状倾斜而允许在轴向上有微小偏移。但颈圈部232因有锥面24而无需外部倒角或外部大角倒圆。
电极34与环形狭槽230一旦对准，就可使用与结合图1，2和3所述参数大致相同的参数以单圈焊缝把轭架14焊接到万向轴管212上。
上面以例示方式说明了本发明，应该看到，所使用的术语应看作是描述性的而非限制性的。
虽然，可按照上述说明对本发明作出种种修正和改动。因此，应该看到，在后附权利要求的范围内，可以与上述不同的方式实施本发明。

Claims (15)

1.一种焊接铝驱动轴部件的方法，包括下列步骤：
提供一具有一空心圆柱形端部的万向轴管；
提供一具有一环形端部的轭架；
把该万向轴管的空心圆柱形端部压套到该轭架的环形端部上而形成一具有一环形狭槽的组件；
把一自耗铝基电极放到该环形狭槽旁；
在该自耗铝基电极与该组件的环形狭槽之间点燃一电弧；
用高强度脉冲直流电维持该电弧；以及
沿着该环形狭槽绕焊一圈而用由自耗电极熔化的铝基材料填满该环形狭槽而形成一圈焊缝；
2.按权利要求1所述的方法，其中，万向轴管的端部的壁厚恒定，约为0.060-0.250英寸；
3.按权利要求2所述的方法，其中，环形狭槽有一约为0.045-0.055英寸的可校准宽度。
4.按权利要求3所述的方法，其中，自耗电极为-外径约为0.045-0.055英寸的圆棒。
5.按权利要求1所述的方法，其中，环形狭槽有一，0.045-0.055英寸的可校准宽度。
6.按权利要求5所述的方法，其中，自耗电极为一外径大致等于环形狭槽的可校准宽度的圆棒。
7.按权利要求1所述的方法，其中，用一频率为每秒100-200周、平均电流保持在至少150安培的高强度脉冲电流维持该电弧。
8.一种焊接铝驱动轴部件的方法，包括下列步骤：
提供一万向轴管，该轴管有一壁厚恒定，终止于一环形端面的空心圆柱形端部；
提供一轭架，该轭架有一环形颈圈和一从该颈圈伸出的环形端部；
把该万向轴管的空心圆柱形端部压套到该轭架的环形端部上而形成一组件，该组件在该环形颈圈与该万向轴管的端面之间有一环形狭槽；
把一自耗铝基电极放置在该环形狭槽旁；
在该自耗铝基电极与该组件环形狭槽处之间点燃一电弧；
用高强度脉冲电流维持该电弧；以及
沿该环形狭槽绕焊一圈而用由自耗电极熔化的铝基材料填满该环形狭槽而形成一圈焊缝。
9.按权利要求8所述的方法，其中，该万向轴管的端部有一约为0.160-0.250英寸的恒定壁厚，而该环形狭槽有一约为0.045-0.055英寸的可校准宽度。
10.按权利要求9所述的方法，其中，该自耗电极为一外径大致等于环形狭槽的可校准宽度的圆棒。
11.按权利要求8所述的方法，其中，用一频率为每秒100-200周、平均电流保持在至少100安培的高强度脉冲电流维持该电弧。
12.按权利要求8所述的方法，该环形凸形端面有内、外倒角状表面。
13.按权利要求8所述的方法，其中，该万向轴管的环形端面包括一中段、一内角倒圆和一外部倒角。
14.按权利要求8所述的方法，其中，该轭架的颈圈部在该狭槽的一边有一平直的环形端面。
15.按权利要求8所述的方法，其中，该轭架的颈圈部在该狭槽一边有一锥形端面。
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