CN204625753U - 处理焊接接头的双向弯曲变形装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种处理焊接接头的双向弯曲变形装置，包括依次设置的加热保温装置、送板滚轮组、若干对弯道滚轮组和轧制滚轮组以及贯穿所述保温层、送板滚轮组、弯道滚轮组和轧制滚轮组的通道，所述通道分为水平段和弯道段，所述加热保温装置、送板滚轮组和轧制滚轮组置于所述水平段处，所述弯道滚轮组置于所述弯道段处，所述弯道段包括若干个交替设置的凹曲面和凸曲面，所述弯道滚轮组包括上弯道滚轮组和下弯道滚轮组，所述上弯道滚轮组置于所述凸曲面处，所述下弯道滚轮组置于所述凹曲面处。可以使焊接接头的焊缝获得一定的延展，既能降低残余应力，同时可以细化晶粒，特别适合力学性能较低的焊接接头。

Description

处理焊接接头的双向弯曲变形装置

技术领域

本实用新型属于焊接工艺领域，具体地，涉及一种处理焊接接头的双向弯曲变形装置。

背景技术

焊接是软合金产品，特别是镁合金产品制造的关键加工技术，但镁合金焊接性能不好，很难实现可靠连接。为此镁合金结构件以及镁合金与其它材料结构件之间的连接，成为制约镁合金应用的技术瓶颈和亟待解决的关键技术之一。镁合金焊接接头的可靠性已成为其应用的迫切问题，目前镁合金正在应用于众多承力结构件的制造，如汽车制造业中镁合金方向盘骨架、动力系统自动变速箱、油底、镁合金管材汽车底盘等。这些承力结构件的焊接接头强度、塑性及疲劳性能等问题是产品安全可靠性的最基本而又最重要的评价指标。资料表明，在镁合金焊接结构的失效中，许多事故是由于焊接接头的断裂造成的。在实际工程应用中，许多焊接结构都是在交变的动载荷下服役的，此时如果仅仅考虑焊接接头的静载抗拉强度或屈服强度，那么焊接结构很容易在正常服役期间就发生失效断裂，引起较大的工程事故，所以在结构设计时必须充分考虑焊接接头在交变载荷下的疲劳强度性能，而对于镁合金焊接结构而言，疲劳断裂也是其失效的一种主要形式，由疲劳裂纹引起的焊接结构失效断裂事故占总断裂事故的80％以上。镁合金焊接结构在工程应用中会受到各种振动、脉动载荷或交变载荷的作用，这些载荷对其使用的安全性和工作寿命的威胁极大，会引起结构的疲劳裂纹形核和微裂纹扩展，特别是镁合金熔焊接头。由于焊接加工工艺本身的特点和镁合金自身的物理化学性能，导致镁合金焊接接头存在以下缺点：

①接头外形的不连续性，势必造成余高与母材的交界处有应力集中现象；

②接头组织的不连续性，镁合金接头的热影响区晶粒组织比焊缝和母材的组织粗大，整个接头的组织不均匀、不连续；

③由于焊缝金属的收缩性，在接头附近会产生残余应力，降低接头的力学性能；

④接头有焊接缺陷，由于镁合金的化学性质活泼，焊接过程中不可避免的会有气孔、夹渣等焊接缺陷出现；

⑤接头外观不平整、不美观。

在镁合金焊接技术中，解决其焊接接头强韧性，是确保镁合金焊接结构应用的一个必要条件。目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段来消除或减弱镁合金焊接接头的上述缺点，但是这些方法对上述问题的解决能力非常有限。由于镁合金具有高导热率、大膨胀系数、更低的熔点和沸点等特性，使得在镁合金焊缝及近缝区易产生过热组织且晶粒粗大，这种粗大晶粒会直接影响接头的力学性能，镁还能与空气中的氮气强烈化合形成脆性氮化物，降低接头的力学性能。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种处理焊接接头的双向弯曲变形装置，可以使焊接接头的焊缝获得一定的延展，既能降低残余应力，同时可以细化晶粒，大大提高了焊接接头的强度及塑性，进而改善焊接接头的疲劳性能，特别适合力学性能较低的焊接接头。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种处理焊接接头的双向弯曲变形装置，包括依次设置的加热保温装置、送板滚轮组、若干对弯道滚轮组和轧制滚轮组以及贯穿所述保温层、送板滚轮组、弯道滚轮组和轧制滚轮组的通道，所述通道分为水平段和弯道段，所述加热保温装置、送板滚轮组和轧制滚轮组置于所述水平段处，所述弯道滚轮组置于所述弯道段处，所述弯道段包括若干个交替设置的凹曲面和凸曲面，所述弯道滚轮组包括上弯道滚轮组和下弯道滚轮组，所述上弯道滚轮组置于所述凸曲面处，所述下弯道滚轮组置于所述凹曲面处。

优选地，所述凸曲面的顶点和所述水平段齐平。

优选地，所述凸曲面的顶点和所述凹曲面的顶点之间的垂直距离为3-10mm。

优选地，所述凸曲面的顶点和所述凹曲面的顶点之间的垂直距离为5mm。

优选地，所述弯道滚轮组的滚轮为中空的，里面设有加热装置。

优选地，所述加热装置为电阻棒。

本实用新型所达到的有益技术效果：

①将接头压制水平，消除了外形的不连续性和应力集中现象，实现焊缝向母材平缓过渡；

②双向弯曲变形是通过多向压缩变形，在接头处累积孪生变形，产生孪晶，随着弯曲道次的增加，最终形成上下表面孪晶密度大，中间密度小的对称梯度组织；

③采用双向弯曲变形可以使收缩的焊缝金属获得延展，可以校正变形并调节内应力的分布，同时弯曲前的焊缝局部热处理，可以消除焊接残余应力；

④双向弯曲变形可以减弱或消除气孔、夹渣等缺陷；

⑤双向弯曲变形后，再经过压制滚轮组，可以使接头平整美观。

附图说明

图1双向弯曲变形装置结构示意图；

图2经双向弯曲变形装置处理后和未经双向弯曲变形装置处理的镁合金焊接接头的金相组织对比图片；

图3母材、焊接接头、经双向弯曲变形装置处理的焊接接头的力学性能曲线图谱。

具体实施方式

为了能更好的了解本实用新型的技术特征、技术内容及其达到的技术效果，现将本实用新型的附图结合实施例进行更详细的说明。

下面结合附图和实施例对本实用新型专利进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供一种处理焊接接头的双向弯曲变形装置，包括依次设置的加热保温装置、送板滚轮组、若干对弯道滚轮组和轧制滚轮组以及贯穿所述保温层、送板滚轮组、弯道滚轮组和轧制滚轮组的通道，所述通道分为水平段和弯道段，所述加热保温装置、送板滚轮组和轧制滚轮组置于所述水平段处，所述弯道滚轮组置于所述弯道段处，所述弯道段包括若干个交替设置的凹曲面和凸曲面，所述弯道滚轮组包括上弯道滚轮组和下弯道滚轮组，所述上弯道滚轮组置于所述凸曲面处，所述下弯道滚轮组置于所述凹曲面处。所述凸曲面的顶点和所述水平段齐平。所述凸曲面的顶点和所述凹曲面的顶点之间的垂直距离为3-10mm。优选地，所述凸曲面的顶点和所述凹曲面的顶点之间的垂直距离为5mm。所述弯道滚轮组的滚轮为中空的，里面设有加热装置。优选地，所述加热装置为电阻棒。

另外，需要特别说明的是，本实用新型适合处理板材厚度小于等于2mm的焊接接头，其原理是通过凸曲面和凹曲面不断地上下弯曲，使焊接接头处产生梯度晶粒，从而使焊接接头的上下表面晶粒细小，中间处晶粒稍大，这样既保证了强度，同时又保证了塑性。

实施例

本实用新型特别适合力学性能较低的焊接接头，如镁合金焊接接头、铝合金焊接接头。为了说明本实用新型焊接接头处理效果，笔者选用山东银光镁业有限公司提供的Mg-Al系AZ31镁合金板材作为试验用母材。

1)原材料的选择

试板尺寸为2000mm×600mm×2mm，焊接材料选用该公司提供的与母材同质的AZ31镁合金焊丝，规格为φ3.0mm。镁合金母材的主要化学成分及力学性能见表1和表2：

表1AZ31镁合金的化学成分(wt.％)

表2AZ31镁合金的力学性能

2)焊接方法及设备选取

用尺寸为2000mm×600mm×2mm的2块板材组成1副对接焊试板。焊接试板开60°的V型坡口，根部间隙控制在3～4mm。用丙酮清除试板表面的油污，将焊接区域20-30mm以内用砂纸打磨至露出金属光泽，坡口面经刮削清除氧化膜，保证在焊接开始前的待焊区域没有污染物。试验采用TPS4000数字化氩弧焊/钎焊多功能焊接设备进行手工焊接，钨极端部用砂轮打磨成半球形，直径为2.5mm，喷嘴直径7mm，电弧高度4mm。施焊时正面施焊2层，背面施焊1层，形成具有一定余高的双面焊缝。

3)焊接接头处理

让焊接接头按照本实用新型提供的处理方法经双向弯曲变形装置处理，由凸曲面-凹曲面的双向反复弯曲，共进行6道次的弯曲变形，一个凸曲面或一个凹曲面为1个道次，其中加热保温装置的温度150℃～200℃，送板滚轮组的压力为100MPa，轧制滚轮组的压力为100MPa，送板速度为2mm/s。

4)结构和性能表征

如图2所示，其中(a)为经双向弯曲变形装置处理的镁合金焊接接头的金相组织图片，(b)为未经双向弯曲变形装置处理的镁合金焊接接头的金相组织图片，由图可以看出，经双向弯曲变形装置处理的AZ31B镁合金焊接接头经反复弯曲变形后，焊缝区小晶粒依然保持着等轴晶形貌，在其内部存在较少的孪晶现象，而在较大的晶粒中，出现了较明显的孪生现象，且有许多互相平行的孪晶。从图中可以看出，弯曲后的焊缝表层晶粒中累积较多孪生变形，焊缝近表面处产生了较多的交叉的孪晶。焊缝表面孪晶密度较大，体积分数基本饱和，生成的小晶粒主要出现在晶界和孪晶界处，小晶粒呈类似于长条状排列。在弯曲变形过程中，小晶粒晶界的滑移协调了变形焊缝区的变形；中间层始终仅有少量孪晶产生，材料趋向于形成表层孪晶密度大、中间层孪晶密度小的梯度组织。

图3母材、焊接接头、经双向弯曲变形装置处理的焊接接头的力学性能曲线图谱，由图可知，经双向弯曲变形装置处理后的焊接接头的抗拉强度可达230MPa，AZ31镁合金(无焊缝)母材的抗拉强度实测结果为238MPa，说明焊接接头经双向弯曲变形处理后，抗拉强度已达到母材金属的96.6％。而焊态接头的抗拉强度通常在150～190MPa之间，仅有母材金属抗拉强度的60％～75％。因此可以认为焊后双向弯曲变形处理的接头强度已接近于母材金属的强度水平，接头强度具有明显的改善作用。从拉伸试验的伸长率来看，焊态接头的伸长率在6％～8％之间，而双向弯曲变形后的接头伸长率通常在11％～16％之间。

综上所述，AZ31镁合金TIG焊经双向弯曲变形装置处理后的焊接接头的各种力学性能指标均优于焊态接头，双向反复弯曲的高温动态塑性变形促进非平衡凝固焊接接头组织内部强化相的弥散析出及焊接接头过饱和合金元素均匀化扩散，使镁合金焊接接头的强度和塑性均优于焊态接头，接近母材性能。镁合金熔焊接头的断裂部位主要发生在热影响区，靠近热影响区的熔合区也是经常出现断裂现象的部位。接头性能的降低主要与热影响区晶界熔化、晶粒粗化及脆性相β-Mg₁₇Al₁₂沿晶分布有关。

以上已以较佳地实施例公布了本实用新型，然其并非用以限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.处理焊接接头的双向弯曲变形装置，其特征在于：包括依次设置的加热保温装置、送板滚轮组、若干对弯道滚轮组和轧制滚轮组以及贯穿所述保温层、送板滚轮组、弯道滚轮组和轧制滚轮组的通道，所述通道分为水平段和弯道段，所述加热保温装置、送板滚轮组和轧制滚轮组置于所述水平段处，所述弯道滚轮组置于所述弯道段处，所述弯道段包括若干个交替设置的凹曲面和凸曲面，所述弯道滚轮组包括上弯道滚轮组和下弯道滚轮组，所述上弯道滚轮组置于所述凸曲面处，所述下弯道滚轮组置于所述凹曲面处。

2.根据权利要求1所述的处理焊接接头的双向弯曲变形装置，其特征在于：所述凸曲面的顶点和所述水平段齐平。

3.根据权利要求1所述的处理焊接接头的双向弯曲变形装置，其特征在于：所述凸曲面的顶点和所述凹曲面的顶点之间的垂直距离为3-10mm。

4.根据权利要求3所述的处理焊接接头的双向弯曲变形装置，其特征在于：所述凸曲面的顶点和所述凹曲面的顶点之间的垂直距离为5mm。

5.根据权利要求1所述的处理焊接接头的双向弯曲变形装置，其特征在于：所述弯道滚轮组的滚轮为中空的，里面设有加热装置。

6.根据权利要求5所述的处理焊接接头的双向弯曲变形装置，其特征在于：所述加热装置为电阻棒。