專利名稱：鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接方法，特別是涉及了鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天、船舶、燃氣輪機、風(fēng)能、核能及軸承等行業(yè)對環(huán)件需求的增加，采用傳統(tǒng)軋制方法成形的環(huán)件由于機械加工余量大、材料利用率低，不僅浪費大量的材料，而且還使環(huán)件的成本居高不下。而采用閃光焊接工藝生產(chǎn)的環(huán)件，機加余量少，材料利用率高，成本也隨之大大降低，有利于使環(huán)件成形朝著精密成形技術(shù)方向發(fā)展。1999年11月3日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 1233548A公開了一種汽車、摩托車鋁合金車輪閃光焊接工藝，該工藝針對車輪采用的工藝流程為前處理一焊接條件設(shè)定—裝夾工件一閃光一頂鍛一保壓一松夾具一修整，解決了鋁合金車輪環(huán)件的焊接成形技術(shù) 問題，所述車輪即為薄壁環(huán)件。但是，在采用閃光焊工藝焊接薄壁環(huán)件例如鋁合金薄壁環(huán)件的過程中，環(huán)坯焊縫處兩端面之間的距離如果控制不好就會造成閃光中止，從而影響焊接的持續(xù)進行和焊縫質(zhì)量，嚴重時還會造成焊接件報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種焊接時焊縫處的兩端面之間通過保持一定的距離來實現(xiàn)鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，該方法能夠使環(huán)件在閃光焊過程中持續(xù)地進行，從而提高焊接質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其技術(shù)方案包括以下步驟把帶開口的鋁合金D形環(huán)坯裝進功率為1000KVA的閃光對焊機，使其開口處左、右兩側(cè)的直邊分別被所述焊機的左、右兩側(cè)帶電極的夾緊裝置以3KN 6KN的夾緊力夾緊；啟動所述焊機驅(qū)動D形環(huán)坯的右側(cè)直邊朝左側(cè)直邊方向移動使所述環(huán)坯的開口閉合，在所述焊機的兩級間施加7V 18V的焊接電壓，使所述環(huán)坯開口處的左端面與右端面上的細小接觸點通過電流密度為20 A/mm 2 150 A/mm2閃光電流后發(fā)熱熔化，形成連接兩端金屬的液體過梁并發(fā)生爆破后高速向外噴射形成閃光，所述左、右兩端面間的閃光燒損速度為6. Omm 10. O mm/s ;接著驅(qū)動所述環(huán)還開口處的右端面朝左端面以4. Omm/s 6. Omm/s的初始速度和2. Omm/s2 4. Omm/s2的加速度作加速進給運動,所述左端面與右端面之間不斷形成液體過梁和不斷爆破，所述左端面與右端面之間的距離< 5_，閃光過程持續(xù)進行，直到經(jīng)過2iT4S的閃光時間后達到預(yù)定的閃光留量15mm 25mm，閃光過程結(jié)束，被閃光燒化后的左端面和右端面之間被一層很薄的熔融金屬覆蓋；斷開所述焊機兩級間的電壓，驅(qū)動D型環(huán)坯的右側(cè)直邊以80 mm/s 120mm/s的速度高速向左側(cè)直邊方向移動，使所述被閃光燒化后的右端面和左端面在6KN IIKN的頂鍛力作用下撞擊在一起，所述環(huán)坯被頂鍛成形為閃光焊薄壁環(huán)件；所述薄壁環(huán)件在頂鍛力的作用下保壓IOs 20s后從焊機上拆卸出來。
閃光過程中，所述D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面的初始進給速度、閃光加速度與閃光燒損速度之間的關(guān)系如下V1^ W9+，式中V1 -閃光燒損速度(mm/s);V0 —閃光過程中D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面進給時的初速度(mm/s)；a-閃光加速度(mm/s2);所述鋁合金優(yōu)選為2A70合金。所述環(huán)件的軸向截面尺寸最大為65mmX30mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所述鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，在焊接過程中D型環(huán)坯開口處的左端面和右端面之間的距離必須小于或等于一定值，才能保證接觸點不斷被熔化和被閃光爆破出去，這是熔融金屬形成過梁的必要條件。對于本發(fā)明采用功率為1000KVA的閃光對焊機來說，在給定的工藝參數(shù)條件下，這一定值等于5mm，因此，所述左端面和右端面之間的距離必須< 5mm，才能保證閃光過程持續(xù)進行，提高焊接質(zhì)量；若所述左端面和右端面之間的距離大于5_，熔融金屬就無法形成過梁，導(dǎo)致閃光過程出現(xiàn)斷路情況從而造成閃光中止，影響焊接進度并有可能造成焊接件報廢。閃光過程中，由于D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面的進給速度V2是隨著時間而逐漸增大的，而閃光燒損速度V1在給定工藝參數(shù)條件下是不變的，因此，閃光開始初期V2 <V1，所述左端面和右端面之間的間距不斷增大，當所述左端面和右端面之間的間距=5mm，達到了熔融金屬形成過梁的臨界值，V2 = V1;若此時繼續(xù)在V2 < V1的條件下繼續(xù)閃光，將導(dǎo)致所述左端面和右端面之間的間距>5_，所述左端面和右端面之間就無法形成過梁而產(chǎn)生斷路，閃光中止。因此，當所述左端面和右端面之間的間距達到5mm后，必須在％ > V1的條件下繼續(xù)閃光，才能使所述左端面和右端面之間的間距逐步縮小，使閃光過程得以持續(xù)和穩(wěn)定地進行，直到閃光過程結(jié)束所述左、右兩端面的接觸面被一層很薄的熔融金屬覆蓋為止。設(shè)所述右端面向左端面進給的初始速度為Vtl,則有式①V2= V0 + at;由于所述左、右端面閃光燒損掉的距離為V1 t,所述右端面向左端面的進給距離為V0t + jd，要使所述左端面和右端面之間的距離< 5mm，則有式②V|t~1 C V§t +
2當所述左端面和右端面之間的間距=5mm，達到了熔融金屬形成過梁的臨界值，則有式③V2= V1由上述式① 式③可推導(dǎo)出=V1^ Ve+孤因此，閃光過程中，D型環(huán)坯開口處的右端面朝左端面的初始進給速度、閃光加速度與閃光燒損速度如果滿足V1S V0+，就能夠使所述環(huán)件在閃光焊過程中持續(xù)穩(wěn)定地進行，獲得性能良好的焊接部。以牌號為2A70的鋁合金薄壁環(huán)件為例，經(jīng)熱處理后檢測該合金薄壁環(huán)件焊接部的室溫拉伸性能，其抗拉強度為389MPa(大于設(shè)計使用要求的358. 2MPa)，斷后伸長率為7%(大于設(shè)計使用要求的6%)。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖I是D型環(huán)坯裝進閃光對焊機的示意圖。圖2是D型環(huán)坯的閃光階段示意圖。圖3是D型環(huán)坯開口處閃光結(jié)束后的示意圖。圖4是D型環(huán)坯開口處的頂鍛示意圖。圖5是焊接成形的薄壁環(huán)件示意圖。
具體實施例方式實施本發(fā)明所述的鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法需要提供閃光對焊機、機械手等設(shè)備。下面以我國材料牌號為2A70的鋁合金為例來詳細說明該方法的
具體實施例方式該合金的主要化學(xué)元素含量(重量百分比)為含Cu量I. 9% 2. 5%、含Mg量
I.4% I. 8%、含 Fe 量 O. 9% I. 5%、含 Ni 量 O. 9% I. 5%、含 Ti 量 O. 02% O. 10%、含 Mn量O. 20%、含Zn量O. 30%、含Si量O. 35%、其他元素單個彡O. 05%且總和彡O. 10%、余量為Al。該合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形工藝步驟如下步驟I :裝機。如圖I所示，把帶開口的2A70合金D形環(huán)坯裝進功率為1000KVA的閃光對焊機，所述D形環(huán)坯由左側(cè)直邊101、右側(cè)直邊102和弧形邊103組成，在其開口110處對應(yīng)于左側(cè)直邊101的一側(cè)具有左端面111，對應(yīng)于右側(cè)直邊102的一側(cè)具有右端面112。裝機時，把所述D型環(huán)坯的左側(cè)直邊101裝進閃光對焊機的左側(cè)夾緊裝置10中，由左側(cè)夾緊裝置10的上夾鉗11和下夾鉗12 (電極)分別從左側(cè)直邊101的上、下端面夾緊左側(cè)直邊101，夾緊力是3KN 6KN ;把所述D型環(huán)坯的右側(cè)直邊102裝進閃光對焊機的右側(cè)夾緊裝置20中，由右側(cè)夾緊裝置20的上夾鉗21和下夾鉗22 (電極)分別從右側(cè)直邊102的上、下端面夾緊右側(cè)直邊102，夾緊力是3KN 6KN，使左側(cè)直邊101和右側(cè)直邊102的上、下端面和前后端面分別對齊。所述左側(cè)夾緊裝置10安裝在閃光對焊機的固定壓盤30上，右側(cè)夾緊裝置20安裝在閃光對焊機的移動壓盤40上，固定壓盤30和移動壓盤40安裝在閃光對焊機的機座上，移動壓盤40能帶動右側(cè)夾緊裝置20在機座上朝固定壓盤30方向來回平行移動使D型環(huán)坯的開口 110張開或閉合。步驟2 :閃光。如圖2所示，啟動移動壓盤40帶動右側(cè)夾緊裝置20在機座上朝固定壓盤方向移動，使D型環(huán)坯的開口 110處的左端面111與右端面112接觸后開口 110處于閉合狀態(tài)；在閃光對焊機的兩級間施加7V 18V的焊接電壓，所述左端面111與右端面112上的細小接觸點由于有電流密度為20 A/mm2 150 A/mm2閃光電流通過形成電阻并發(fā)熱，這些接觸點的金屬很快被熔化，形成連接兩端金屬的液體“過梁”，這些液體“過梁”在電、熱、力共同作用下爆破，高速向外噴射形成閃光，所述左、右兩端面間的閃光燒損速度為
6.Omm 10. Omm/s ;之后移動壓盤40朝固定壓盤方向移動使D型環(huán)還開口 110處的右端面112向左端面111作初始速度為4. Omm/s 6. Omm/s、加速度為2. Omm/S2 4. Omm/S2的加速進給運動，所述左端面111與右端面112之間不斷形成“過梁”和不斷爆破，所述左端面111與右端面112之間的距離始終保持< 5mm，閃光過程持續(xù)進行，直到經(jīng)過2s 4s的閃光時間后達到預(yù)定的閃光留量15mm 25mm，閃光過程結(jié)束，如圖3所示，被閃光燒化后的左端面111’和右端面112’的兩端面接觸面被一層很薄的熔融金屬覆蓋，兩端面接觸面溫度達到金屬的熔點，而且趨于穩(wěn)定均勻。閃光過程中，為保持閃光過程能夠持續(xù)和穩(wěn)定地進行，D型環(huán)坯開口 110處的右端面112向左端面111的初始進給速度、閃光加速度應(yīng)與閃光燒損速度相互匹配，即Vi^ Vi+，式中 V1 -閃光燒損速度(mm/s);V0 —閃光過程中D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面進給時的初速度(mm/s)；a-閃光加速度(mm/s2);由于閃光對焊機的功率是一定值，在設(shè)定完焊接參數(shù)后，閃光過程中閃光對焊機對焊接端面施加的能量也是一定值，因此，在給定材料的情況下，閃光燒損速度和閃光加速度也是一定值。步驟3 :頂鍛。如圖4所示，閃光結(jié)束后，斷開所述焊機兩級間的電壓，使移動壓盤40帶動右側(cè)夾緊裝置20在機座上朝固定壓盤方向以80mm/s 120mm/s的速度高速移動，D型環(huán)坯被閃光燒化后的左端面111’和右端面112’兩端面在6KN IIKN的頂鍛力F作用下撞擊在一起，所述兩端面之間的熔融金屬和金屬氧化物全部被排擠到工件表面，左端面111’和右端面112’兩接觸面產(chǎn)生塑性變形使兩個端面上的金屬與金屬之間緊密接觸，D型環(huán)坯被頂鍛成形為如圖5所示的閃光焊薄壁環(huán)件200，所述薄壁環(huán)件200具有焊接部201。步驟4 :保壓。將焊接成形的薄壁環(huán)件200在頂鍛力的作用下保持IOs 20s，待焊縫充分結(jié)合后便可從閃光對焊機上拆卸出來。采用上述方法焊接成形的2A70鋁合金薄壁環(huán)件，其軸向截面尺寸最大為65mm X 30mm,其中，65mm是指環(huán)件沿軸向的高度，30mm是指環(huán)件沿徑向的壁厚。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于，包括以下步驟 把帶開口的鋁合金D形環(huán)坯裝進功率為1000KVA的閃光對焊機，使其開口處左、右兩側(cè)的直邊分別被所述焊機的左、右兩側(cè)帶電極的夾緊裝置以3KN 6KN的夾緊力夾緊； 啟動所述焊機驅(qū)動D形環(huán)坯的右側(cè)直邊朝左側(cè)直邊方向移動使所述環(huán)坯的開口閉合，在所述焊機的兩級間施加7V 18V的焊接電壓，使所述環(huán)坯開口處的左端面與右端面上的細小接觸點通過電流密度為20 A/mm 2 150 A/mm2閃光電流后發(fā)熱熔化，形成連接兩端金屬的液體過梁并發(fā)生爆破后高速向外噴射形成閃光，所述左、右兩端面間的閃光燒損速度為6. Omm 10. Omm/s ;接著驅(qū)動所述環(huán)還開口處的右端面朝左端面以4. Omm/s^6. Omm/s的初始速度和2. Omm/s2 4. Omm/s2的加速度作加速進給運動，所述左端面與右端面之間不斷形成液體過梁和不斷爆破，所述左端面與右端面之間的距離< 5_，閃光過程持續(xù)進行，直到經(jīng)過4iT6S的閃光時間后達到預(yù)定的閃光留量15mm 25 mm，閃光過程結(jié)束，被閃光燒化后的左端面和右端面之間被一層很薄的熔融金屬覆蓋； 斷開所述焊機兩級間的電壓，驅(qū)動D型環(huán)坯的右側(cè)直邊以80 mm/s 120mm/s的速度高速向左側(cè)直邊方向移動，使所述被閃光燒化后的右端面和左端面在6KN IlKN的頂鍛力作用下撞擊在一起，所述環(huán)坯被頂鍛成形為閃光焊薄壁環(huán)件； 所述薄壁環(huán)件在頂鍛力的作用下保壓IOs 20s后從焊機上拆卸出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于，所述閃光燒損速度滿足以下條件 Vl*^ V·+ ·/ Oa，式中 V1-閃光燒損速度(mm/s)； V0 —閃光過程中D型環(huán)坯開口處的右端面向左端面進給時的初速度(mm/s); a-閃光加速度(mm/s2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于所述鋁合金是2A70。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任一項所述的鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其特征在于所述環(huán)件的軸向截面尺寸最大是65mmX 30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金薄壁環(huán)件的閃光焊成形方法，其步驟為把帶開口的D型環(huán)坯裝進焊機，啟動焊機使環(huán)坯的開口閉合，在焊機的兩極間施加7V～18V的電壓，使環(huán)坯開口處的左、右端面通過電流密度為20A/mm2～150A/mm2閃光電流發(fā)熱熔化形成過梁并發(fā)生爆破后形成閃光；環(huán)坯的閃光燒損速度為6.0mm～10.0mm/s，驅(qū)動環(huán)坯的右端面以4.0mm/s~6.0mm/s的初速度和2.0mm/s2～4.0mm/s2的加速度向左端面作加速進給運動，從而保證左、右端面之間的距離≤5mm；閃光完成后，驅(qū)動環(huán)坯的右側(cè)直邊向左側(cè)直邊高速移動，在6kN～11kN的頂鍛力作用下使左、右端面撞擊在一起，形成閃光焊薄壁環(huán)件，并在頂鍛力的作用下保壓10s～20s。該方法能夠使閃光過程持續(xù)穩(wěn)定地進行，從而提高焊縫質(zhì)量。
文檔編號B23K11/04GK102935551SQ20121047916
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者魏志堅, 謝永富, 夏春林, 楊建偉, 葉康源, 李艷英, 劉彥成 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司