本發(fā)明涉及焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

鎂合金被譽(yù)為21世紀(jì)的綠色工程金屬結(jié)構(gòu)材料，正成為現(xiàn)代高新技術(shù)中最有希望的結(jié)構(gòu)材料，焊接是鎂合金產(chǎn)品制造的關(guān)鍵加工技術(shù)，但焊接問(wèn)題成為鎂合金廣泛應(yīng)用的瓶頸之一，鎂合金焊接性能不好，很難實(shí)現(xiàn)可靠連接。

目前鎂合金正在應(yīng)用與眾多承力結(jié)構(gòu)件的制造，如汽車制造業(yè)中鎂合金方向盤(pán)骨架、鎂合金管材汽車底盤(pán)、動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)變速箱等。這些承力結(jié)構(gòu)件的焊接接頭強(qiáng)度、塑性及疲勞性能等問(wèn)題是產(chǎn)品安全可靠性的最基本而又最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。資料表明，很多事故是由于焊接接頭斷裂造成的，鎂合金焊接接頭的可靠性已成為其應(yīng)用的迫切問(wèn)題。

對(duì)于鎂合金焊接結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中疲勞斷裂是其失效的一種主要形式，由疲勞裂紋引起的焊接結(jié)構(gòu)失效斷裂事故占總斷裂事故的80％以上。同時(shí)，鎂合金焊接結(jié)構(gòu)會(huì)受到各種振動(dòng)、脈動(dòng)載荷、交變載荷的作用，這些載荷對(duì)其使用的安全性和工作壽命也同樣具有極大威脅。

由于焊接加工工藝本身及鎂合金具有化學(xué)性質(zhì)活潑、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)低、高導(dǎo)熱率及熱膨，脹系數(shù)大等特點(diǎn)，使得在鎂合金焊縫及近縫區(qū)易產(chǎn)生過(guò)熱組織且晶粒粗大，這種粗大晶粒使其在焊接過(guò)程中更易出現(xiàn)粗晶、形成低熔共晶體(與其他金屬)產(chǎn)生熱裂紋、熱應(yīng)力、氣孔、蒸發(fā)、燃燒、夾渣、裂紋等問(wèn)題，直接影響接頭的力學(xué)性能，鎂還能與空氣中的氮?dú)鈴?qiáng)烈化合形成脆性氮化物，降低接頭的力學(xué)性能。因此，解決其焊接接頭強(qiáng)韌性，是確保鎂合金焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用的一個(gè)必要條件。

目前已有研究采用了不同的焊接方法和手段來(lái)減弱或消除鎂合金焊接接頭的上述缺點(diǎn)，但是這些方法對(duì)上述問(wèn)題的解決能力非常有限。

本發(fā)明研究的裝置具有重要的工程應(yīng)用背景，對(duì)提高鎂合金焊接接頭力學(xué)性能具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置及其使用方法，在于提高鎂合金熔焊接頭強(qiáng)度及塑性，改善接頭疲勞性能，進(jìn)而一定程度上解決鎂合金焊接結(jié)構(gòu)件制造中接頭強(qiáng)度偏低、塑性較差的問(wèn)題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置，包括保溫箱、加熱裝置、活動(dòng)夾鉗、下夾鉗、滑動(dòng)軌道、固定基座、控制柜和電源裝置；所述滑動(dòng)軌道和固定基座設(shè)于保溫箱內(nèi)，所述保溫箱內(nèi)壁上設(shè)有加熱裝置；所述滑動(dòng)軌道設(shè)置于固定基座上方，在滑動(dòng)軌道與固定基座之間設(shè)有活動(dòng)夾鉗和下夾鉗，所述活動(dòng)夾鉗下端夾持焊接接頭、上端設(shè)于滑動(dòng)軌道內(nèi)，所述下夾鉗上端夾持焊接接頭、下端固定在基座上；所述控制柜包括控制面板和電機(jī)，所述控制面板與電機(jī)及加熱裝置信號(hào)連接，通過(guò)所述控制面板可以設(shè)置加熱和保溫的時(shí)間及溫度，彎曲角度，彎曲道次數(shù)目，所述控制面板控制電機(jī)和加熱裝置的工作，所述電機(jī)為活動(dòng)夾鉗的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所述電源裝置為加熱裝置和控制柜供能。

進(jìn)一步的，所述下夾鉗與固定基座為一體結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述固定基座上設(shè)有轉(zhuǎn)盤(pán)，所述滑動(dòng)軌道設(shè)置于轉(zhuǎn)盤(pán)上，所述滑動(dòng)軌道內(nèi)為鏤空滑槽，所述活動(dòng)夾鉗一端伸出滑動(dòng)軌道連接轉(zhuǎn)盤(pán)后端的電機(jī)。

進(jìn)一步的，所述活動(dòng)夾鉗末端設(shè)有第一齒輪組，所述第一齒輪組連接第二齒輪組，所述第二齒輪組連接步進(jìn)電機(jī)。

實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置的使用方法，包括以下步驟：

1)采用鎢極氬弧焊對(duì)鎂合金母板進(jìn)行對(duì)焊接，得到鎂合金焊接接頭；

2)將鎂合金焊接接頭垂直放置在活動(dòng)夾鉗和下夾鉗中；

3)關(guān)閉保溫箱，構(gòu)成封閉環(huán)境；

4)在控制面板輸入焊接接頭需要加熱和保溫的時(shí)間、溫度，需要彎曲的角度及彎曲道次數(shù)目，其中彎曲角度最大為90°，使焊接接頭按照設(shè)定數(shù)值進(jìn)行加熱、保溫、變形。

本發(fā)明提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置，包括保溫箱、加熱裝置、活動(dòng)夾鉗、下夾鉗、滑動(dòng)軌道、固定基座、控制柜，所述保溫加熱裝置用于對(duì)焊接好的鎂合金焊接接頭進(jìn)行加熱保溫，所述固定基座用于固定滑動(dòng)軌道及下夾鉗，所述滑動(dòng)軌道用于活動(dòng)夾鉗的移動(dòng)，所述活動(dòng)夾鉗用于帶動(dòng)鎂合金焊接接頭進(jìn)行彎曲變形，所述控制柜包括控制面板和電機(jī)，控制面板可以輸入加熱、保溫的時(shí)間和溫度，焊接接頭彎曲的角度以及彎曲道次數(shù)目。

采用本發(fā)明的裝置制備出來(lái)的鎂合金焊接接頭，焊接接頭處形成梯度晶，組織更加均勻，晶粒得到細(xì)化，并使收縮的焊縫金屬獲得延展，可以校正變形并調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的分布，消除部分殘余應(yīng)力。

本發(fā)明所達(dá)到的有益技術(shù)效果：

①本裝置實(shí)現(xiàn)了焊接接頭的自動(dòng)彎曲變形,可準(zhǔn)確控制形變角度、彎曲道次、加熱保溫的時(shí)間和溫度,操作極其簡(jiǎn)單方便,節(jié)約了手動(dòng)時(shí)間成本；

②機(jī)械強(qiáng)制作用誘發(fā)鎂合金焊縫及熱影響區(qū)組織發(fā)生塑性變形從而獲得細(xì)晶粒接頭組織,保證動(dòng)力學(xué)過(guò)程充分進(jìn)行、細(xì)化力度大、可靠性強(qiáng)、對(duì)焊縫及熱影響區(qū)均有雙重改善效果。

③采用雙向彎曲變形可以使收縮的焊縫金屬獲得延展,可以矯正變形并調(diào)節(jié)內(nèi)應(yīng)力的分布；

④雙向彎曲變形可以減弱或者消除氣孔、夾渣等缺陷；

附圖說(shuō)明

圖1：實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2：轉(zhuǎn)盤(pán)背面活動(dòng)夾鉗與電機(jī)連接示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種能夠?qū)崿F(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置，包括保溫箱1、加熱裝置2、活動(dòng)夾鉗3、下夾鉗5、滑動(dòng)軌道4、固定基座6、控制柜7和電源裝置；所述加熱裝置2用于對(duì)焊接好的鎂合金焊接接頭進(jìn)行加熱保溫，所述固定基座6用于固定滑動(dòng)軌道及下夾鉗，所述滑動(dòng)軌道4用于活動(dòng)夾鉗3的移動(dòng)，所述活動(dòng)夾鉗3用于帶動(dòng)鎂合金焊接接頭進(jìn)行彎曲變形，所述控制柜7包括控制面板8和電機(jī)9，控制面板8可以輸入加熱、保溫的時(shí)間和溫度，焊接接頭彎曲的角度以及彎曲道次數(shù)目。所述控制面板8與電機(jī)9及加熱裝置2信號(hào)連接，所述電機(jī)9為活動(dòng)夾鉗3的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，所述電源裝置為加熱裝置2、控制柜7供能。

所述固定基座6上設(shè)有轉(zhuǎn)盤(pán)10，所述滑動(dòng)軌道4設(shè)置于轉(zhuǎn)盤(pán)10上，所述滑動(dòng)軌道4內(nèi)為鏤空滑槽，所述活動(dòng)夾鉗3一端伸出滑動(dòng)軌道4連接轉(zhuǎn)盤(pán)10后端的電機(jī)9。

所述活動(dòng)夾鉗3末端設(shè)有第一齒輪組11，所述第一齒輪組11連接第二齒輪組12，所述第二齒輪組12連接步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率和脈沖個(gè)數(shù)控制轉(zhuǎn)動(dòng)速度和角度，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到脈沖信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，其旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，可通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。

利用實(shí)現(xiàn)焊接接頭全自動(dòng)雙向多角度彎曲變形裝置的方法，包括以下步驟：

(1)采用鎢極氬弧焊對(duì)鎂合金母板進(jìn)行對(duì)焊接，得到鎂合金焊接接頭；

(2)將鎂合金焊接接頭垂直放置在活動(dòng)夾鉗3和下夾鉗5中；

(3)關(guān)閉保溫箱1，構(gòu)成封閉環(huán)境；

(4)在控制面板8輸入焊接接頭需要加熱和保溫的時(shí)間、溫度，需要彎曲的角度及彎曲道次數(shù)目，其中單側(cè)彎曲角度最大為90°，使焊接接頭按照設(shè)定數(shù)值進(jìn)行加熱、保溫、變形；

本發(fā)明特別適合力學(xué)性能較低的焊接接頭，如鎂合金焊接接頭、鋁合金焊接接頭。

實(shí)施例

1)原材料的選用

本試驗(yàn)采用山東銀光鎂業(yè)有限公司提供的mg-al系az31鎂合金板材作為試驗(yàn)用母材，試板尺寸為2000mm×600mm×4mm，焊接材料選用該公司提供的與母材同質(zhì)的az31鎂合金焊絲，規(guī)格為φ3.0mm。鎂合金母材的主要化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表1和表2。

表1az31鎂合金的化學(xué)成分(wt.％)

表2az31鎂合金的力學(xué)性能

(2)焊接方法及設(shè)備選取

用尺寸為2000mm×600mm×2mm的2塊板材組成1副對(duì)接焊試板。焊接試板開(kāi)60°的v型坡口，根部間隙控制在3～4mm。用丙酮清除試板表面的油污，將焊接區(qū)域20-30mm以內(nèi)用砂紙打磨至露出金屬光澤，坡口面經(jīng)刮削清除氧化膜，保證在焊接開(kāi)始前的待焊區(qū)域沒(méi)有污染物。試驗(yàn)采用tps4000數(shù)字化氬弧焊/釬焊多功能焊接設(shè)備進(jìn)行手工焊接，鎢極端部用砂輪打磨成半球形，直徑為2.5mm，噴嘴直徑7mm，電弧高度4mm。施焊時(shí)正面施焊2層，背面施焊1層，形成具有一定余高的雙面焊縫。

(3)焊接接頭處理

讓焊接接頭按照本發(fā)明提供的裝置進(jìn)行處理，其中加熱保溫的溫度設(shè)置在200℃，時(shí)間為3小時(shí)，彎曲度數(shù)90°，彎曲道次6次，由活動(dòng)夾鉗帶動(dòng)焊接接頭進(jìn)行變形，焊接接頭向左側(cè)彎曲后回歸軌道中部后,向右側(cè)彎曲同樣幅度再回歸軌道中部為一個(gè)道次。

(4)自動(dòng)雙向彎曲變形結(jié)果

經(jīng)過(guò)本發(fā)明提供的裝置處理后的焊接接頭處積累大量孿生變形，產(chǎn)生孿晶，隨著彎曲道次數(shù)目的增加，最終形成上下表面孿晶密度大，中間密度小的對(duì)稱梯度晶組織，接頭組織得到很大改善，經(jīng)測(cè)試，各種力學(xué)性能指標(biāo)均優(yōu)于焊態(tài)接頭，強(qiáng)度和塑性得到很大提高。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。