CN116117292A - 一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，主要解决现有高强双相钢车轮轮辋直缝焊接加工困难、焊接质量差的技术问题。技术方案为，一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，包括：1)制备车轮轮辋毛坯，用厚度为3.0～6.0mm热轧酸洗双相钢板制备车轮轮辋毛坯，热轧酸洗双相钢板的金相组织中马氏体的体积含量为10％～15％，抗拉强度为580～650MPa；2)对车轮轮辋毛坯进行焊接加工，用脉冲预热闪光焊焊接车轮轮辋毛坯的对接直缝，脉冲预热时间为0.2～0.4s，顶锻距离为2～5mm，焊接通电时间为0.4～0.6s。本发明方法焊接效率高，焊缝气密性合格率≥95％，焊接成本低。

Description

一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法
技术领域
本发明涉及一种用于钢制车轮轮辋直缝的焊接方法，特别涉及一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，属于钢铁材料焊接加工技术领域。
背景技术
现有车轮轮辋是一般采用低强度等级的热轧酸洗钢板作为基材，用卷圆装置将设定尺寸的热轧酸洗钢板卷成圆形轮辋毛坯，后进行直缝对接焊接。
现有车轮轮辋一般采用的闪光焊工艺进行焊接，焊缝正面会出现咬边，背面成形不均匀，甚至会有微裂纹、未焊透现象出现，在轮辋气密性检测过程中，易在焊接接头处出现漏气现象，造成产品不合格，需要返修甚至报废。
一部分气密性检测合格但焊接接头质量欠佳的轮辋，在长期使用过程中受交替压力的冲击易开裂，使用寿命减少，因此提高焊接接头质量非常有必要。
车轮轮辋用高强双相钢因为其同时具有马氏体组织及铁素体组织，且马氏体组织含量达10％以上，因此它在具有较高的抗拉强度的同时，其屈服强度又较低，因此特别适合用于制造车轮，既满足车轮必须的高强度，又满足车轮在制造过程中对材料易于变形加工的需要。
高强双相钢车轮轮辋直缝焊接是业内的技术难题，焊缝位置往往发生焊后开裂、微裂纹、缩颈等质量问题，焊缝气密性合格率低。
现有车轮轮辋用高强钢的金相组织为铁素体+珠光体组织，车轮轮辋用高强双相钢与车轮轮辋用高强钢的金相组织不同；车轮轮辋用高强双相钢的金相组织为铁素体+马氏体，车轮轮辋用高强双相钢中的铁素体+马氏体组织在焊接升温及降温过程中极易发生相转变，从而造成高强双相车轮钢在焊接后强度下降，并伴随开裂、缩颈等质量问题的发生
现有高强钢车轮轮辋采用的普通闪光焊设备工艺，通常采用连续闪光的方式对材料进行预热，而这种方式的弊端是材料受热不均匀，局部温度过高。
现有普通闪光焊设备工艺焊接高强双相钢车轮轮辋，会加剧材料性能的下降，产生焊接质量问题，高强双相钢车轮轮辋焊缝气密性合格率低。
申请公布号为CN102990284A的中国专利申请文件公开了一种无内胎车轮轮辋的制作方法，包括将型材根据轮辋的直径下料后卷圆，再将轮辋型材依次进行压圆、然后切口、复圆，然后对轮辋型材两端头进行加热350℃～450℃后压引，并进行对焊，获得轮辋初坯，对轮辋初坯进行刮渣，最后对刮渣后的轮辋进行加热焊缝后再碾压。
申请公布号为CN106808920A的中国专利申请文件公开了一种用于汽车车轮轮辋，其包括提供一种结构合理、承载能力强的汽车用轮辋，其技术方案为：主要由轮辋、边槽、外轮辋和凹槽构成；轮辋上设有边槽，边槽的外沿设有凹槽，外轮辋套装在轮辋上，并与轮辋焊接连接。
现有技术缺乏有效的双相钢车轮轮辋直缝焊接技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，主要解决现有高强双相钢车轮轮辋直缝焊接加工困难、焊接质量差的技术问题。本发明方法提高了高强双相钢车轮轮辋直缝的焊接质量和焊接速度。
本发明的技术思路是，采用脉冲闪光焊设备工艺，对高强双相钢车轮轮辋直缝焊接加工，高强双相钢车轮轮辋在预热过程中迅速升温、加热均匀，温度控制精确，提高高强双相钢车轮轮辋焊缝气密性合格率。
本发明采用的技术方案是，
一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，包括以下步骤：
1)制备车轮轮辋毛坯，用厚度为3.0～6.0mm热轧酸洗双相钢板制备车轮轮辋毛坯，用卷圆装置将设定尺寸的热轧酸洗双相钢板卷成圆形轮辋毛坯，用二氧化碳气体保护焊对车轮轮辋毛坯的对接直缝进行定位预焊接，焊接时焊枪与焊接平面的倾角为70°～75°，焊接电流为210～220A，电弧电压为24～25V，焊点直径为3.2～4.0cm，两端对接间隙控制为1.0～2.0mm，对接处钢板厚度方向错边量≤0.5mm；
所述热轧酸洗双相钢板化学成分重量百分比为：C：0.05％～0.07％，Si：0.10％～0.15％，Mn：1.25％～1.45％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.025％～0.035％，Ti：0.045％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素含量须满足碳当量≤0.30％，其中碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为热轧酸洗双相钢板中该元素的重量百分比；热轧酸洗双相钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量马氏体，所述金相组织中马氏体的体积含量为10％～15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为12～13级；3.0～6.0mm厚热轧酸洗双相钢板的下屈服强度ReL为330～470MPa，抗拉强度Rm为580～650MPa，断后伸长率A≥19％；
2)对车轮轮辋毛坯进行焊接加工，用脉冲预热闪光焊焊接车轮轮辋毛坯的对接直缝，脉冲预热时间为0.2～0.4s，顶锻距离为2～5mm，焊接通电时间为0.4～0.6s。
进一步，焊接过程中两端钢板的夹持力为9～10MPa，焊接质量佳。
进一步，脉冲闪光焊接过程时长为4～5s，焊接质量佳。
采用本发明方法，车轮轮辋毛坯对接直缝经焊接加工形成的焊缝的抗拉强度≥580MPa，焊缝硬度HV0.2≥230。
采用本发明方法，车轮轮辋毛坯对接直缝经焊接加工形成的焊缝气密性合格率≥95％；焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，正面焊缝宽度为25～30mm，余高为2.5～3.0mm，背面焊缝宽度为25～30mm，余高为2.2～2.5mm。
本发明采取的焊接工艺的理由如下：
1、定位预焊接时焊枪与焊接平面倾角的设定
采用气保焊进行定位预焊接，焊接时焊枪与焊接平面的倾角为70°～75°：因为焊接时焊枪利用该倾角对熔池起到推动作用，易形成熔透深、熔宽窄的焊道，可以在较短时间内利用较少的焊材就能完成材料的定位焊接。如果大于75°则焊枪对熔池的推动作用不明显，且会造成熔池过深；如果小于70°则会造成熔深太浅、焊不透的现象。
2、焊接过程中两端钢板的夹持力的设定
焊接过程中两端钢板的夹持力为9～10MPa：合适的夹持力可以保证高强双相钢在堆焊过程中位移均匀、速度稳定，不易发生夹头与钢板间的相对位移，造成钢板变异不均匀变形，影响焊接质量。加持力过大会造成钢板局部变形，加持力过小则在钢板运动过程中会发生相对位移、错边的现象，影响焊接质量；
3、脉冲闪光焊接过程时长、脉冲预热时间和焊接通电时间的设定
脉冲闪光焊接工艺是通过脉冲预热功能对焊口进行短路加热，使焊口处的温度迅速增加，加热更加均匀，从而减少了微裂纹的产生，降低了开裂率。
申请人通过上百次试验研究发现采用脉冲闪光焊接工艺焊接高强双相钢车轮轮辋直缝，可有效的减小焊缝软化区域宽度，并防止由于热输入不足造成的焊缝强度偏低的情况，从而降低后期轮辋在焊缝处产生微裂纹或开裂的风险，焊接质量稳定。
本发明设定，脉冲闪光焊接过程时长为4～5s，脉冲预热时间为0.2～0.4s，顶锻距离为2～5mm，焊接通电时间为0.4～0.6s：脉冲预热时间太短，会造成焊接线能量不够，焊缝处熔化量不足，造成材料未焊透；脉冲预热时间太长，材料熔化量较多，容易造成焊缝组织粗化，脆性增加。顶锻距离过小会造成熔融金属挤出量不够，焊缝中存在夹杂物及微裂纹；顶锻距离过大会造成熔融金属大量被挤出，两端材料未焊合的情况。焊接通电时间过短会造成焊缝中熔融液体被快速挤出，材料端面变形量过大、错边等质量问题；焊接通电时间过长会造成熔融金属不能在高温状态下有效挤出，焊缝中产生细微裂纹及夹杂物等现象。
本发明方法采用脉冲闪光焊，在焊接过程中降低热输入，从而有效的避免材料在焊接过程中性能的降低，提升高强双相钢车轮轮辋直缝的焊接质量。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法在制备车轮轮辋毛坯后，将钢板卷圆后采用气保焊进行定位预焊接，与传统不采用卷圆后定位焊接相比，可以有效的控制钢板两侧间隙及错边量，避免在焊缝处产生错边缺陷的几率，且能提高焊接的稳定性。2、本发明定位焊接时焊枪与焊接平面的倾角为70°～75°，通过固定式的焊接支架，可以稳定的以一定角度进行焊接，焊道熔透深、熔宽窄，可以在较短时间内对材料完成定位焊接，且节约焊材。3、本发明所采用的焊接过程中两端钢板的夹持力为9～10MPa，可以保证材料在的平稳平移，不会发生受压变形的异常情况。4、本发明方法焊接质量高，焊缝气密性合格率≥95％，正面焊缝宽度为25～30mm，余高为2.5～3.0mm，背面焊缝宽度为25～30mm，余高为2.2～2.5mm。焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，焊接接头没有微裂纹、气孔等缺陷。5、本发明方法实施成本低，焊接效率高，焊接过程由10～12s提高到4～5s。6、本方法解决了双相钢车轮轮辋直缝焊接的行业难题，高强双相钢车轮的抗拉强度≥580MPa，与现有车轮钢材料，其抗拉强度提高接近一倍，降低车轮用钢量，减轻车身重量。
具体实施方式
下面结合实施例1～3对本发明作进一步说明，如表1～2所示。
实施例1～3中，车轮轮辋毛坯用厚度为4.8mm酸洗热轧钢板制成，热轧钢板化学成分重量百分比为：C：0.21％，Si：1.70％，Mn：3.10％，P：0.040％，S：0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素含量须满足碳当量为0.285，其中碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为热轧钢板中该元素的重量百分比；热轧双相钢的金相组织为细晶粒铁素体+少量马氏体，其中马氏体含量为10％，所述组织中铁素体的晶粒度为12级；4.8mm厚度热轧钢板的下屈服强度ReL为430MPa，抗拉强度Rm为610MPa，断后伸长率A为23％。
实施例1，一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，包括以下步骤：
1)制备车轮轮辋毛坯，用卷圆装置将设定尺寸的热轧酸洗双相钢板卷成圆形轮辋毛坯，用二氧化碳气体保护焊对车轮轮辋毛坯的对接直缝进行定位预焊接，焊接时焊枪与焊接平面的倾角为75°，焊接电流为210A，电弧电压为24V，焊点直径为3.2～4.0cm，两端对接间隙控制为1.0mm，对接处钢板厚度方向错边量为0.2mm；
2)对车轮轮辋毛坯进行焊接加工，用脉冲预热闪光焊焊接车轮轮辋毛坯的对接直缝，焊接过程中两端钢板的夹持力为9MPa，脉冲闪光焊接过程时长为5s，脉冲预热时间为0.3s，顶锻距离为5mm，焊接通电时间为0.5s。
焊接结束后对焊接接头进行外观检查，焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，没有微裂纹或气孔等焊接缺陷，正面焊缝宽度为20～25mm，余高为2.0～2.5mm，背面焊缝宽度为20～25mm，余高为2.0～2.2mm；对焊接接头进行气密性检测，未发现漏气等质量不合格现象。
实施例2，一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，包括以下步骤：
1)制备车轮轮辋毛坯，用卷圆装置将设定尺寸的热轧酸洗双相钢板卷成圆形轮辋毛坯，用二氧化碳气体保护焊对车轮轮辋毛坯的对接直缝进行定位预焊接，焊接时焊枪与焊接平面的倾角为75°，焊接电流为210A，电弧电压为24V，焊点直径为3.2～4.0cm，两端对接间隙控制为1.0mm，对接处钢板厚度方向错边量为0.2mm；
2)对车轮轮辋毛坯进行焊接加工，用脉冲预热闪光焊焊接车轮轮辋毛坯的对接直缝，焊接过程中两端钢板的夹持力为9MPa，脉冲闪光焊接过程时长为5s，脉冲预热时间为0.2s，顶锻距离为4mm，焊接通电时间为0.4s。
焊接结束后对焊接接头进行外观检查，焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，没有微裂纹或气孔等焊接缺陷，正面焊缝宽度为20～25mm，余高为2.0～2.5mm，背面焊缝宽度为20～25mm，余高为2.0～2.2mm；对焊接接头进行气密性检测，未发现漏气等质量不合格现象。
实施例3，一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，包括以下步骤：
1)制备车轮轮辋毛坯，用卷圆装置将设定尺寸的热轧酸洗双相钢板卷成圆形轮辋毛坯，用二氧化碳气体保护焊对车轮轮辋毛坯的对接直缝进行定位预焊接，焊接时焊枪与焊接平面的倾角为75°，焊接电流为210A，电弧电压为24V，焊点直径为3.2～4.0cm，两端对接间隙控制为1.0mm，对接处钢板厚度方向错边量为0.2mm；
2)对车轮轮辋毛坯进行焊接加工，用脉冲预热闪光焊焊接车轮轮辋毛坯的对接直缝，焊接过程中两端钢板的夹持力为9MPa，脉冲闪光焊接过程时长为5s，脉冲预热时间为0.4s，顶锻距离为5mm，焊接通电时间为0.6s。
焊接结束后对焊接接头进行外观检查，焊缝完全焊透，焊缝表面成形均匀，没有微裂纹或气孔等焊接缺陷，正面焊缝宽度为20～25mm，余高为2.0～2.5mm，背面焊缝宽度为20～25mm，余高为2.0～2.2mm；对焊接接头进行气密性检测，未发现漏气等质量不合格现象。
采用本发明方法焊接的车轮轮辋毛坯的对接直缝具有较高强度，焊缝无明显裂纹和气孔，焊缝两侧结合牢固，焊缝抗拉强度≥580MPa，满足车轮的稳定运行。
表1本发明实施例焊接控制参数
Figure BDA0003352563450000051
表2本发明实施例焊缝质量数据
指标 堆焊层表面状态 焊缝硬度/HV0.2 焊缝抗拉强度/MPa
本发明 无裂纹和气孔 ≥230 ≥580
实施例1 无裂纹和气孔 260 628
实施例2 无裂纹和气孔 243 612
实施例3 无裂纹和气孔 236 607
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
1)制备车轮轮辋毛坯，用厚度为3.0～6.0mm热轧酸洗双相钢板制备车轮轮辋毛坯，用卷圆装置将设定尺寸的热轧酸洗双相钢板卷成圆形轮辋毛坯，用二氧化碳气体保护焊对车轮轮辋毛坯的对接直缝进行定位预焊接，焊接时焊枪与焊接平面的倾角为70°～75°，焊接电流为210～220A，电弧电压为24～25V，焊点直径为3.2～4.0cm，两端对接间隙控制为1.0～2.0mm，对接处钢板厚度方向错边量≤0.5mm；
所述热轧酸洗双相钢板化学成分重量百分比为：C：0.05％～0.07％，Si：0.10％～0.15％，Mn：1.25％～1.45％，P≤0.012％，S≤0.003％、Nb：0.025％～0.035％，Ti：0.045％～0.055％，Mg：0.0005％～0.0015％，Alt：0.02％～0.05％，N≤0.0040％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素含量须满足碳当量≤0.30％，其中碳当量Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15，式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为热轧酸洗双相钢板中该元素的重量百分比；热轧酸洗双相钢板的金相组织为细晶粒铁素体+少量马氏体，所述金相组织中马氏体的体积含量为10％～15％，金相组织中铁素体晶粒度级别为12～13级；3.0～6.0mm厚热轧酸洗双相钢板的下屈服强度ReL为330～470MPa，抗拉强度Rm为580～650MPa，断后伸长率A≥19％；
2)对车轮轮辋毛坯进行焊接加工，用脉冲预热闪光焊焊接车轮轮辋毛坯的对接直缝，脉冲预热时间为0.2～0.4s，顶锻距离为2～5mm，焊接通电时间为0.4～0.6s。
2.如权利要求1所述的用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，其特征是，焊接过程中两端钢板的夹持力为9～10MPa。
3.如权利要求1所述的用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，其特征是，脉冲闪光焊接过程时长为4～5s。
4.如权利要求1所述的用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，其特征是，车轮轮辋毛坯对接直缝经焊接加工形成的焊缝的抗拉强度≥580MPa，焊缝硬度HV0.2≥230。
5.如权利要求1所述的用于双相钢车轮轮辋直缝的脉冲闪光焊接方法，其特征是，车轮轮辋毛坯对接直缝经焊接加工形成的焊缝气密性合格率≥95％；正面焊缝宽度为25～30mm，余高为2.5～3.0mm，背面焊缝宽度为25～30mm，余高为2.2～2.5mm。
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