一種處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種熱碾壓形變裝置，特別是涉及一種處理鎂合金焊接接頭的熱 碾壓形變裝置，屬于鎂合金焊接工藝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 焊接是鎂合金產(chǎn)品制造的關(guān)鍵加工技術(shù)，但鎂合金焊接性能不好，很難實現(xiàn)可靠 連接。為此鎂合金結(jié)構(gòu)件以及鎂合金與其它材料結(jié)構(gòu)件之間的連接，成為制約鎂合金應(yīng)用 的技術(shù)瓶頸和亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 鎂合金焊接接頭的可靠性已成為其應(yīng)用的迫切問題，目前鎂合金正在應(yīng)用于眾多 承力結(jié)構(gòu)件的制造，如汽車制造業(yè)中鎂合金方向盤骨架、動力系統(tǒng)自動變速箱、油底、鎂合 金管材汽車底盤等。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題是產(chǎn)品安全 可靠性的最基本而又最重要的評價指標(biāo)。
[0004] 資料表明，在鎂合金焊接結(jié)構(gòu)的失效中，許多事故是由于焊接接頭的斷裂造成的。 在實際工程應(yīng)用中，許多焊接結(jié)構(gòu)都是在交變的動載荷下服役的，此時如果僅僅考慮焊接 接頭的靜載抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度，那么焊接結(jié)構(gòu)很容易在正常服役期間就發(fā)生失效斷裂， 引起較大的工程事故，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須充分考慮焊接接頭在交變載荷下的疲勞強(qiáng)度 性能，而對于鎂合金焊接結(jié)構(gòu)而言，疲勞斷裂也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。
[0005] 鎂合金焊接結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中會受到各種振動、脈動載荷或交變載荷的作用，這 些載荷對其使用的安全性和工作壽命的威脅極大，會引起結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋形核和微裂紋擴(kuò) 展，特別是鎂合金熔焊接頭。由于焊接加工工藝本身的特點和鎂合金自身的物理化學(xué)性能， 導(dǎo)致鎂合金焊接接頭存在以下缺點：
[0006] ①接頭外形的不連續(xù)性，勢必造成余高與母材的交界處有應(yīng)力集中現(xiàn)象；
[0007] ②接頭組織的不連續(xù)性，鎂合金接頭的熱影響區(qū)晶粒組織比焊縫和母材的組織粗 大，整個接頭的組織不均勻、不連續(xù)；
[0008] ③由于焊縫金屬的收縮性，在接頭附近會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，降低接頭的力學(xué)性能；
[0009] ④接頭有焊接缺陷，由于鎂合金的化學(xué)性質(zhì)活潑，焊接過程中不可避免的會有氣 孔、夾渣等焊接缺陷出現(xiàn)；
[0010] ⑤接頭外觀不平整、不美觀。
[0011] 目前，已有研宄采用了不同的焊接方法和手段來消除或減弱鎂合金焊接接頭的上 述缺點，但是這些方法對上述問題的解決能力非常有限。由于鎂合金具有高導(dǎo)熱率、大膨脹 系數(shù)、更低的熔點和沸點等特性，使得在鎂合金焊縫及近縫區(qū)易產(chǎn)生過熱組織且晶粒粗大， 這種粗大晶粒會直接影響接頭的力學(xué)性能；并且鎂還能與空氣中的氮氣強(qiáng)烈化合形成脆性 氮化物，會大幅降低接頭的力學(xué)性能。
[0012] 所以，在鎂合金焊接技術(shù)中，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 的一個必要條件。 【實用新型內(nèi)容】
[0013] 本實用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種處理鎂合金焊接 接頭的熱碾壓形變裝置，特別適用于鎂合金焊接工藝領(lǐng)域。
[0014] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供結(jié)構(gòu)簡單、布局緊湊、拆裝方便、制作容 易、安全可靠、實用性強(qiáng)的處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變裝置，采用熱碾壓形變方法來 改善鎂合金焊接接頭的缺陷，將接頭壓平，不僅消除外形的不連續(xù)性和應(yīng)力集中現(xiàn)象，達(dá)到 接頭組織更加均勻；而且采用熱壓可以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，可以起到焊后局部熱處理的效果，從而消除部分殘余應(yīng)力；同時可以減弱或 消除氣孔、夾渣等缺陷，實現(xiàn)外觀平整美觀，極具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。
[0015] 為了達(dá)到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：
[0016] -種處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變裝置，包括按序分布并供焊接好的鎂合金 焊接接頭依次通過的保溫加熱裝置、主滾輪組和副滾輪組；所述保溫加熱裝置用于對焊接 好的鎂合金焊接接頭進(jìn)行加熱，所述主滾輪組和副滾輪組用于對加熱好的鎂合金焊接接頭 依次進(jìn)行加壓、使得鎂合金焊接接頭的焊縫余高依次經(jīng)過至少兩次碾壓后被壓平至焊縫與 母材齊平。
[0017] 本實用新型進(jìn)一步設(shè)置為：所述保溫加熱裝置包括通過支架固定的上加熱裝置和 下加熱裝置，以及處于上加熱裝置和下加熱裝置之間供焊接好的鎂合金焊接接頭通過的加 熱通道；所述主滾輪組包括上主滾輪、下主滾輪、以及處于上主滾輪和下主滾輪之間供加熱 好的鎂合金焊接接頭通過的主滾通道；所述副滾輪組包括上副滾輪、下副滾輪、以及處于上 副滾輪和下副滾輪之間供經(jīng)主滾通道碾壓過的鎂合金焊接接頭通過的副滾通道。
[0018] 其中，所述加熱通道的寬度為鎂合金焊接接頭焊縫寬度的3~6倍；所述主滾通道 和副滾通道的寬度為鎂合金焊接接頭焊縫寬度的1. 5~3倍。
[0019] 本實用新型進(jìn)一步設(shè)置為：所述主滾輪組和副滾輪組均為2對，使得鎂合金焊接 接頭的焊縫余高依次經(jīng)過四次碾壓后被壓平。
[0020] 本實用新型進(jìn)一步設(shè)置為：還包括給主滾輪組和副滾輪組施以壓力的加壓機(jī)構(gòu)。
[0021] 本實用新型進(jìn)一步設(shè)置為：所述上加熱裝置和下加熱裝置均為陶瓷加熱板。
[0022] 本實用新型進(jìn)一步設(shè)置為：所述支架為可調(diào)節(jié)支架、用于調(diào)節(jié)加熱通道的高度。
[0023] 本實用新型還提供一種處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變裝置的工藝方法，依次 包括以下步驟：
[0024] 1)對母材鎂合金薄板實施焊接而制備得鎂合金焊接接頭；
[0025] 2)將焊接好的鎂合金焊接接頭通過保溫加熱裝置進(jìn)行加熱，加熱溫度為300°C~ 450 〇C ；
[0026] 3)將加熱好的鎂合金焊接接頭依次通過主滾輪組和副滾輪組進(jìn)行加壓碾壓，而壓 平至焊縫與母材齊平，其中主滾輪組和副滾輪組的壓力參數(shù)為150MPa~350MPa、熱壓速度 為 3 ~6mm/s〇
[0027] 進(jìn)一步的，所述步驟1)采用鎢級氬弧焊實施焊接，焊接電壓24V、焊接電流160A、 焊接速度2. Omm/s、填絲直徑3mm、電弧高度4mm、氬氣流量16L/min、氬氣純度99. 99%。
[0028] 進(jìn)一步的，所述步驟1)的母材鎂合金采用3_厚的AZ31鎂合金板，焊縫兩側(cè)各留 2mm余高。
[0029] 進(jìn)一步的，所述步驟3)的主滾輪組和副滾輪組的壓力參數(shù)分別為220MPa和 180MPa〇
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是：
[0031] 通過熱碾壓形變裝置的設(shè)置，采用熱碾壓形變方法獲得的鎂合金焊接接頭在強(qiáng) 度、塑性進(jìn)而接頭疲勞性能方面明顯優(yōu)于已有的其它細(xì)化組織方法，使得鎂合金焊接接頭 強(qiáng)度可實現(xiàn)等強(qiáng)連接、塑性指標(biāo)等于或高于母材金屬，具有充足的塑性儲備進(jìn)而可大幅度 提高接頭的疲勞壽命。而且本實用新型的熱碾壓形變裝置及其工藝方法，不僅適用于熔焊 接頭力學(xué)性能的改善，而且還可擴(kuò)展到摩擦焊、擴(kuò)散焊、釬焊等多種熱壓連接接頭的后續(xù)強(qiáng) 韌化處理。
[0032] 1、將鎂合金焊接接頭壓平，可消除外形的不連續(xù)性和應(yīng)力集中現(xiàn)象；本實用新型 的壓平與通過打磨去除余高有本質(zhì)的區(qū)別，打磨是要去除一部分焊縫金屬，從而降低了焊 縫的強(qiáng)度，而壓平則是在不減少焊縫金屬的前提下，使余高向母材平緩過渡。
[0033] 2、接頭組織更加均勻，熱壓是在一定溫度下進(jìn)行的形變工藝，不僅改善焊縫組織， 也可以改善熱影響區(qū)組織。
[0034] 3、采用熱壓可以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，同時可以起到焊后局部熱處理的效果，從而消除部分殘余應(yīng)力。
[0035] 4、熱壓形變可以減弱或消除氣孔、夾渣等缺陷，以及使鎂合金焊接接頭外觀平整 美觀。
[0036] 上述內(nèi)容僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本實用新型的技術(shù) 手段，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的描述。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本實用新型一種處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2為經(jīng)熱碾壓形變后試樣（a)、（b)、（C)和（d)的鎂合金焊接接頭的焊縫金相組 織顯微圖；
[0039] 圖3為經(jīng)熱碾壓形變后試樣（a)的鎂合金焊接接頭以及母材和焊態(tài)接頭的拉伸試 驗數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0041] 如圖1所示的一種處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變裝置，包括按序分布并供焊 接好的鎂合金焊接接頭10依次通過的保溫加熱裝置1、主滾輪組2和副滾輪組3 ;所述保溫 加熱裝置1用于對焊接好的鎂合金焊接接頭10進(jìn)行加熱，所述主滾輪組2和副滾輪組3用 于對加熱好的鎂合金焊接接頭10依次進(jìn)行加壓、使得鎂合金焊接接頭10的焊縫4余高40 依次經(jīng)過兩次碾壓后被壓平至焊縫4與母材齊平。
[0042] 所述保溫加熱裝置1包括通過支架（圖中未示出）固定的上加熱裝置11和下加 熱裝置12,以及處于上加熱裝置11和下加熱裝置12之間供焊接好的鎂合金焊接接頭10通 過的加熱通道13 ;所述加熱通道13的寬度為鎂合金焊接接頭10焊縫4寬度的3~6倍。 所述上加熱裝置11和下加熱裝置12均為陶瓷加熱板；所述支架可設(shè)為可調(diào)節(jié)支架、用于調(diào) 節(jié)加熱通道13的高度。
[0043] 所述主滾輪組2包括上主滾輪21、下主滾輪22、以及處于上主滾輪21和下主滾輪 22之間供加熱好的鎂合金焊接接頭10通過的主滾通道；所述副滾輪組3包括上副滾輪31、 下副滾輪32、以及處于上副滾輪31和下副滾輪32之間供經(jīng)主滾通道碾壓過的鎂合金焊接 接頭10通過的副滾通道；所述主滾通道和副滾通道的寬度為鎂合金焊接接頭10焊縫4寬 度的1. 5~3倍。所述主滾輪組2和副滾輪組3通過施以壓力的加壓機(jī)構(gòu)（圖中未示出） 對鎂合金焊接接頭10依次進(jìn)行加壓實現(xiàn)熱碾壓。
[0044] 如圖1所示的一種處理鎂合金焊接接頭的熱碾壓形變