專利名稱：一種使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法
技術領域：
本發明涉及閃光對焊技術，特別涉及一種使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，尤其是指一種用于掛車車軸的軸梁生產工藝。
背景技術：
閃光對焊是一種將兩小截面工件端面始終壓緊，利用低電壓強電流對工件加熱至塑性狀態，然后迅速施加頂鍛壓力(或不加頂鍛壓力只保持焊接時壓力)完成縱向焊接的焊接方法。目前，閃光對焊在國內常用于建筑鋼筋的連接以及鐵路鋼軌的焊接，在汽車制造行業應用不多，用于掛車車軸的軸頭與軸管焊接則更是絕無僅有。
普通的閃光對焊機不能很好地控制夾緊力及頂鍛壓力的大小，使用較為不便，難以滿足掛車車軸的軸梁焊接要求。為此，發明人設計了一種軸梁閃光對焊機，可以方便地按照預設策略控制閃光對焊的焊接過程，由此確保工件無焊接缺陷，提高工件機械性能，下面進行簡要描述。
參見圖1，表示該軸梁閃光對焊機的結構原理圖，它包括機座8、定夾鉗1、動夾鉗 5、液壓油缸7、伺服閥、旁路閥、焊接變壓器2、位移傳感器6、壓力傳感器及焊接控制器9等部件。定夾鉗1和動夾鉗5分別安裝在機座8的同一軸線上，并分別與焊接變壓器2連接， 其中動夾鉗5由伺服閥控制的液壓油缸7驅動，并配置供頂鍛時用的旁路閥。使用時，以定夾鉗1夾持軸梁的軸頭3，以動夾鉗1夾持軸梁的軸管4，并由液壓油缸7夾緊(夾持力由焊接控制器設定，最大可達400KN)，最后通過調整機構對正軸頭3和軸管4，由此即可進行后續的預熱閃光對焊。
如圖1所示，該軸梁閃光對焊機為一種自適用控制系統，其焊接控制器9 一方面連接伺服閥及旁路閥，用于根據預設策略控制旁路閥的開/啟和調節伺服閥的開度，使液壓油缸7推動動夾鉗5按預設壓力曲線相應動作；另一方面連接焊接變壓器2，用于控制焊接變壓器2的相位控制和焊接電流，通過焊接變壓器2產生的低壓高電流即可產生低電壓強電流對工件加熱至塑性。此外，設置有位移傳感器6，它的一端連接液壓油缸7的活塞桿，另一端連接液壓油缸7的缸體，并電連接至焊接控制器9以返回頂鍛時的焊接位移數據；同時設置有壓力傳感器，其電連接至焊接控制器9，用以檢測并輸出頂鍛時的前進壓力/返回壓力數據；頂鍛時動夾鉗5可以恒定的速度向前推進，并根據工件特性施加最佳的頂鍛力，由此實現閉環負反饋控制。
上述軸梁閃光對焊機的關鍵在于優化閃光對焊各工序的參數，以確保無工件無焊接缺陷，并提高焊后工件尺寸精度，避免續后加工工序。然而，現有使用預熱閃光對焊生產軸梁的焊接工序并不能完全滿足這些要求，由此導致產品質量不夠理想，需要優化設計整套工藝流程。發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，可以根據母材的特性，通過對焊接過程及焊接參數進合理設計及精確控制，使用預熱閃光對焊生產出與軸管的強度、塑性等機械性能相同、高疲勞壽命且質量穩定的軸梁。
為解決以上技術問題，實現本發明目的的技術方案是，一種使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，包括
工件裝夾步驟，將作為工件的軸頭和軸管分別裝入軸梁閃光對焊機，用液壓動夾鉗和定夾鉗夾緊，并通過調整機構對正軸頭和軸管；
預閃光步驟，接通電源，使動夾鉗以設定的恒定速度向前推動，使工件之間出現閃光并逐漸縮短，直至閃光余量達到預設值；
預熱步驟，以設定的預熱脈沖對工件進行預熱；
閃光步驟，以設定的速度進行閃光；
頂鍛步驟，閃光后立即進行頂鍛；
加熱保壓步驟，對工件施加設定的壓力并通電加熱；
拆卸工件步驟，焊接完成后，卸載并取出工件。
較優地，預閃光步驟中，閃光余量范圍為3 8mm。
較優地，閃光步驟分為多個階段，每階段的閃光余量為10 15mm。
較優地，頂鍛步驟中，頂鍛余量為10 15mm。
較優地，工件材料為Q345。
較優地，工件為軸頭大端空心方形面與軸管空心方形面的焊接，或者為軸頭大端空心圓形面與軸管空心圓形面的焊接。
較優地，工件為端面為150X150X11的空心方管；
預閃光步驟中，閃光余量約為5士0. 5mm,閃光速度為0. 25士0. 025mm/s ；
預熱步驟中，預熱脈沖為46 士 5個，每個脈沖中工件接觸加熱的時間為0. 9 士 0. 09 秒，加熱電流為60士6kA，加熱時施加在工件間的壓力為100士 10kN，工件分開進行擴散的時間為每次0. 6士0. 06秒，每次分開的距離為1. 5士0. 15mm ；
閃光步驟中，分兩個階段，其中第一階段閃光速度0.25士0.025mm/s，閃光余量 7士0. 7mm ；第二階段閃光速度0. 32士0. 032mm/s,閃光余量3士0. 3mm ；
頂鍛步驟中，頂鍛力400士40kN，電流60士6kA，加載時間0. 6士0. 06秒，總的頂鍛余量 13 士 1. 3mm ；
加熱保壓中分兩個階段，其中第一階段壓力300士30kN，保持3士0.3秒，第二階段壓力170 士 17kN，保持10 士 1秒。
較優地，工件為端面為150X150X16的空心方管；
預閃光步驟中，閃光余量約為4. 5士0. 45mm,閃光速度為0. 2士0. 02mm/s ；
預熱步驟中，預熱脈沖為44 士 4個，每個脈沖中工件接觸加熱的時間為 1. 1 士 0.011秒，加熱電流為64 士 6. 4kA，加熱時施加在工件間的壓力為160 士 16kN，工件分開進行熱擴散的時間為每次0. 5士0. 05秒，每次分開的距離為1. 5士0. 15mm ；
閃光步驟中，分兩個階段，其中第一階段閃光速度0.5士0.05mm/s，閃光余量 7. 5士0. 7mm ；第二階段閃光速度 0. 8士0. 08mm/s,閃光余量 6. 5士0. 65mm ；
頂鍛步驟中，頂鍛力500 士 50kN，電流67 士 6. 7kA，加載時間1 士 0. 1秒，總的頂鍛余量 15 + 1. 5mm ；5
加熱保壓中分兩個階段，其中第一階段壓力440士44kN，保持3士0. 3秒，第二階段壓力250士25kN，保持10士 1秒。
較優地，工件為端面為Φ 127 X 17. 5的空心圓管；
預閃光步驟中，閃光余量約為5士0. 5mm,閃光速度為0. 3士0. 03mm/s ；
預熱步驟中，預熱脈沖為46 士 5個，每個脈沖中工件接觸加熱的時間為1 士 0. 1秒， 加熱電流為60士6kA，加熱時施加在工件間的壓力為110士 llkN，工件分開進行熱擴散的時間為每次0. 6士0. 06秒，每次分開的距離為1. 5士0. 15mm ；
閃光步驟中，分兩個階段，其中第一階段閃光速度0.37士0.037mm/s，閃光余量 7士0. 7mm ；第二階段閃光速度0. 5士0. 05mm/s,閃光余量5. 5士0. 55mm ；
頂鍛步驟中，頂鍛力400士40kN，電流60士6kA，加載時間0. 6士0. 06秒，總的頂鍛余量 15 士 1. 5mm ；
加熱保壓中分兩個階段，其中第一階段壓力300士30kN，保持3士0.3秒，第二階段壓力170 士 17kN，保持10 士 1秒。
較優地，焊接參數由焊接控制器預先設定，整個焊接過程由焊接控制按照預先編號的特定程序進行緊密控制。
與現有技術相比，本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法可確保無焊接缺陷， 產品機械性能顯著提高，其抗拉強度、屈服強度、沖擊值、延伸率、強度、塑形、韌性等指標都不低于母材，軸梁垂直彎曲疲勞壽命試驗達到要求，因而可以用來制造要求具有高強度、高疲勞強度及高可靠性的掛車車軸軸梁。該工藝方法的生產過程中，工件安裝定位準確，焊接變形可控，焊后工件尺寸精度高，無需再次進行加工，提高了生產效率。


圖1為軸梁閃光對焊機的結構示意圖2為本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法的流程圖3為本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法實施例1的焊接曲線圖
圖4為本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法實施例2的焊接曲線圖5為本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法實施例3的焊接曲線圖6為本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法實施例1、2的工件端面圖7為本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法實施例3的工件端面圖.具體實施方式
本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法的核心思想是，采用預熱閃光優化焊接過程，并進一步優化焊接參數，已實現軸梁焊接的精確控制。
為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明，其中涉及的實施例不構成對本發明的任何限制。
參見圖2，表示本發明使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法的工藝流程，包擴7個主要工藝步驟，詳細說明如下。
(1)工件裝夾——將軸頭和軸管分別裝入軸梁焊接專用的軸梁閃光對焊機(設備結構及工作原理參見圖1)中，并用液壓動、定夾鉗分別夾緊(兩夾鉗分別與焊接變壓器連接，其中兩夾鉗的夾持力由焊接控制器程序設定，最大可達到600kN)，最后通過調整機構對正軸頭和軸管。
(2)預閃光——通過接通電源并使動夾鉗以恒定的速度向前推動(該動夾鉗由一個伺服閥控制液壓油缸驅動，且該液壓缸還配有一個旁路閥即頂鍛閥，在頂鍛時使用)，使工件之間出現閃光并逐漸縮短，直至閃光余量到達焊接控制器程序的設定值，通過預閃光， 使兩工件表面達到完全接觸；本例中，閃光余量范圍為3 8mm，優選范圍約為5mm。
(3)預熱——以設定的預熱脈沖對工件進行預熱，脈沖數以及每個加熱脈沖的通電時間、通電電流、壓力以及工件分開傳熱的時間都在程序中進行預先設定，依據工件母材特性有所差別。
(4)閃光——以設定的速度進行閃光，可分為幾個階段，其中每階段閃光速度不盡相同，使得閃光余量為10 15mm。
(5)頂鍛——閃光后立即進行頂鍛，具體過程是頂鍛閥打開，推動動夾鉗快速前進；動夾鉗到達設定距離后，頂鍛閥關閉，由伺服閥以設定的頂鍛力推動并保持壓力至設定時間。頂鍛力由焊接控制器程序預先設定，最大可達到600kN，使頂鍛余量為10 15mm ；
(6)加熱保壓——對工件施加設定的壓力并通電加熱，以便提高和穩定焊縫性能。 具體可分為幾個階段，其中每階段的電流、壓力以及加熱保壓時間不盡相同；
(7)拆卸工件——輝接完成后，卸載并取出工件。
本發明工藝與現有技術相比，具有下述優點按本發明焊接工藝對焊接出的軸梁焊縫(軸頭及軸管材料為Q345)，確保無焊接缺陷，其機械性能顯著提高，抗拉強度大于 510MPa，屈服強度RpO. 2大于450MPa，沖擊值(_20度夏比沖擊值)大于20J，延伸率δ s大于15%;強度、塑形、韌性都不低于母材，軸梁垂直彎曲疲勞壽命試驗達到要求，因而可以用來制造要求具有高強度、高疲勞強度及高可靠性的掛車車軸軸梁；工件安裝定位準確，焊接變形可控，焊后工件尺寸精度高，無需再次進行加工。
為了更進一步的說明，以下對幾個具體應用實例進行描述。
實施例1
1、軸頭及軸管材料——Q345
2、工件端面尺寸——150X150X11空心方管(參見圖6)，截面積5540mm2
3、焊接工藝——⑴預閃光閃光余量約為5mm，閃光速度為0. 25mm/s ；⑵預熱 共46個預熱脈沖，每個脈沖中，工件接觸加熱的時間為0. 9秒，加熱電流為60kA，加熱時施加在兩工件間的壓力為100kN，兩工件分開進行熱擴散的時間為每次0. 6秒，每次分開的距離為1. 5mm ； (3)閃光分兩個階段，第一階段閃光速度0. 25mm/s,閃光余量7mm ；第二階段閃光速度0. 32mm/s,閃光余量3mm ； (4)頂鍛頂鍛力400kN，電流60kA，加載時間0. 6秒，總的頂鍛余量13mm ； (6)加熱保壓分兩個階段，第一階段壓力300kN，保持3秒，第二階段壓力170kN，保持10秒。
該實施例的焊接曲線見圖3。
實施例2
1、軸頭及軸管材料——Q345。
2、工件端面尺寸——150X150X16空心方管(參見圖6)，截面積7800mm2。
3、焊接工藝——⑴預閃光閃光余量約為4. 5mm,閃光速度為0. 2mm/s ；⑵預熱共44個預熱脈沖，每個脈沖中，工件接觸加熱的時間為1. 1秒，加熱電流為64kA，加熱時施加在兩工件間的壓力為160kN，兩工件分開進行熱擴散的時間為每次0. 5秒，每次分開的距離為1. 5mm ； (3)閃光分兩個階段，第一階段閃光速度0. 5mm/s,閃光余量7. 5mm ；第二階段閃光速度0. 8mm/s,閃光余量6. 5mm ； (4)頂鍛頂鍛力500kN，電流67kA，加載時間1秒，總的頂鍛余量15mm ； (6)加熱保壓分兩個階段，第一階段壓力440kN，保持3秒，第二階段壓力250kN，保持10秒。
該實施例的焊接曲線見圖4。
實施例3
1、軸頭及軸管材料——Q345。
2、工件端面尺寸——Φ 127X17. 5空心圓管(參見見圖7)，截面積6020mm2。
3、焊接工藝——(1)預閃光閃光流量約為5mm，閃光速度為0. 3mm/s ； (2)預熱 共46個預熱脈沖，每個脈沖中，工件接觸加熱的時間為1. 0秒，加熱電流為60kA，加熱時施加在兩工件間的壓力為IlOkN,兩工件分開進行熱擴散的時間為每次0. 6秒，每次分開的距離為1. 5mm ； (3)閃光分兩個階段，第一階段閃光速度0. 37mm/s,閃光余量7mm ；第二階段閃光速度0. 5mm/s,閃光余量5. 5mm ； (4)頂鍛頂鍛力400kN，電流60kA，加載時間0. 6秒， 總的頂鍛余量15mm ； (6)加熱保壓分兩個階段，第一階段壓力300kN，保持3秒，第二階段壓力170kN，保持10秒。
該實施例的焊接曲線見圖5。
根據以上三個實施例提供工藝參數得到的產品具有優良的性能指標(具體檢驗結果參見表1)，其中有關參數可允許10%的公差。
xXx^ 檢齡吉果實施例椒立強度 (N/mm2 )Rp0.2屈月艮強度 (N/mm2)沖擊值 (J)延伸率慫 (%)1568.106488.91125222.322593.621475.98824320963610.126488.2091942421
表1產品檢驗結果一覽表
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和范圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于，包括工件裝夾步驟，將作為工件的軸頭和軸管分別裝入軸梁閃光對焊機，用液壓動夾鉗和定夾鉗夾緊，并通過調整機構對正軸頭和軸管；預閃光步驟，接通電源，使動夾鉗以設定的恒定速度向前推動，使工件之間出現閃光并逐漸縮短，直至閃光余量達到預設值；預熱步驟，以設定的預熱脈沖對工件進行預熱； 閃光步驟，以設定的速度進行閃光； 頂鍛步驟，閃光后立即進行頂鍛； 加熱保壓步驟，對工件施加設定的壓力并通電加熱； 拆卸工件步驟，焊接完成后，卸載并取出工件。
2.如權利要求1所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于，預閃光步驟中，閃光余量范圍為3 8mm。
3.如權利要求2所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于，閃光步驟分為多個階段，每階段的閃光余量為10 15mm。
4.如權利要求3所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于，頂鍛步驟中， 頂鍛余量為10 15mm。
5.如權利要求4所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于，工件材料為 Q;345。
6.如權利要求5所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于，工件為軸頭大端空心方形面與軸管空心方形面的焊接，或者為軸頭大端空心圓形面與軸管空心圓形面的焊接。
7.如權利要求6所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于， 工件為端面為150X150X11的空心方管；預閃光步驟中，閃光余量約為5士0. 5mm,閃光速度為0. 25士0. 025mm/s ； 預熱步驟中，預熱脈沖為46士5個，每個脈沖中工件接觸加熱的時間為0.9士0. 09秒， 加熱電流為60士6kA，加熱時施加在工件間的壓力為100士 10kN，工件分開進行擴散的時間為每次0.6士0. 06秒，每次分開的距離為1.5士0. 15mm ；閃光步驟中，分兩個階段，其中第一階段閃光速度0. 25士0. 025mm/s,閃光余量 7士0. 7mm ；第二階段閃光速度0. 32士0. 032mm/s,閃光余量3士0. 3mm ；頂鍛步驟中，頂鍛力400 士 40kN，電流60 士 6kA，加載時間0. 6 士 0. 06秒，總的頂鍛余量 13 士 1. 3mm ；加熱保壓中分兩個階段，其中第一階段壓力300士30kN，保持3士0.3秒，第二階段壓力 170 士 17kN，保持 10 士 1 秒。
8.如權利要求6所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于， 工件為端面為150X150X16的空心方管；預閃光步驟中，閃光余量約為4. 5士0. 45mm,閃光速度為0. 2士0. 02mm/s ； 預熱步驟中，預熱脈沖為44士4個，每個脈沖中工件接觸加熱的時間為1. 1 士0.011秒， 加熱電流為64士6. 4kA，加熱時施加在工件間的壓力為160士 16kN，工件分開進行熱擴散的時間為每次0. 5士0. 05秒，每次分開的距離為1. 5士0. 15mm ；閃光步驟中，分兩個階段，其中第一階段閃光速度0.5士0. 05mm/s,閃光余量 7. 5士0. 7mm ；第二階段閃光速度 0. 8士0. 08mm/s,閃光余量 6. 5士0. 65mm ；頂鍛步驟中，頂鍛力500士50kN，電流67士6. 7kA，加載時間1 士0. 1秒，總的頂鍛余量 15 士 1. 5mm ；加熱保壓中分兩個階段，其中第一階段壓力440士44kN，保持3士0. 3秒，第二階段壓力 250士25kN，保持 10士 1 秒。
9.如權利要求6所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于， 工件為端面為Φ 127X17. 5的空心圓管；預閃光步驟中，閃光余量約為5士0. 5mm,閃光速度為0. 3士0. 03mm/s ； 預熱步驟中，預熱脈沖為46 士 5個，每個脈沖中工件接觸加熱的時間為1 士 0. 1秒，加熱電流為60士6kA，加熱時施加在工件間的壓力為110士 llkN，工件分開進行熱擴散的時間為每次0.6士0. 06秒，每次分開的距離為1.5士0. 15mm ；閃光步驟中，分兩個階段，其中第一階段閃光速度0. 37 士 0. 037mm/s,閃光余量 7士0. 7mm ；第二階段閃光速度0. 5士0. 05mm/s,閃光余量5. 5士0. 55mm ；頂鍛步驟中，頂鍛力400 士 40kN，電流60 士 6kA，加載時間0. 6 士 0. 06秒，總的頂鍛余量 15 士 1. 5mm ；加熱保壓中分兩個階段，其中第一階段壓力300士30kN，保持3士0.3秒，第二階段壓力 170 士 17kN，保持 10 士 1 秒。
10.如權利要求1 9任一項所述的使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，其特征在于， 焊接參數由焊接控制器預先設定，整個焊接過程由焊接控制按照預先編號的特定程序進行緊密控制。
全文摘要
本發明公開一種使用預熱閃光對焊生產軸梁的方法，包括工件裝夾步驟，將作為工件的軸頭和軸管分別裝入軸梁閃光對焊機，用液壓動夾鉗和定夾鉗夾緊，并通過調整機構對正軸頭和軸管；預閃光步驟，接通電源，使動夾鉗以設定的恒定速度向前推動，使工件之間出現閃光并逐漸縮短，直至閃光余量達到預設值；預熱步驟，以設定的預熱脈沖對工件進行預熱；閃光步驟，以設定的速度進行閃光；頂鍛步驟，閃光后立即進行頂鍛；加熱保壓步驟，對工件施加設定的壓力并通電加熱；拆卸工件步驟，焊接完成后，卸載并取出工件。
文檔編號B23K11/04GK102500899SQ20111034172
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者張育俊, 張雄華, 溫奕行, 童偉健, 藍文標, 鄧勇, 陳剛毅 申請人:Bpw(梅州)車軸有限公司