本發(fā)明屬于熱成形鋼電弧焊接，具體涉及一種基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、汽車輕量化技術(shù)是目前汽車節(jié)能減排領(lǐng)域的熱門方向，對(duì)于汽車輕量化要求也日益嚴(yán)苛，研究表明，整車質(zhì)量減少10%，燃油效率可提高7%。目前，高強(qiáng)鋼尤其是熱成形鋼在汽車領(lǐng)域特別是商用車輕量化領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大，可廣泛用于車身、車架、車廂和鋼板彈簧等。

2、熱成形鋼主要靠熱沖壓成形工藝生產(chǎn)，主要過程為通過加熱鋼材使其延展性增加，金屬流動(dòng)阻力減小，使沖壓過程變得更加容易，然后將初步成形的零件在模具中進(jìn)行淬火處理，得到強(qiáng)度較高的零件。相比于傳統(tǒng)鋼材的生產(chǎn)，熱成形加熱過程中，材料被加熱至高溫狀態(tài)，塑性顯著增大，屈服強(qiáng)度顯著減小，保溫后轉(zhuǎn)移至具有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)快速成形。由試驗(yàn)現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，熱成形鋼的焊接會(huì)出現(xiàn)回火區(qū)軟化現(xiàn)象，這是由于焊接過程中原有tmcp鋼中的強(qiáng)化效果消失導(dǎo)致的。研究結(jié)果表明，焊接接頭的軟化區(qū)主要發(fā)生在溫度位于350?℃與ac3溫度之間，其主要原因?yàn)槲挥诨鼗饏^(qū)的馬氏體中碳化物析出形成回火馬氏體，同時(shí)鐵素體中位錯(cuò)密度減??；位于臨界區(qū)溫度，母材中原有的馬氏體轉(zhuǎn)化成奧氏體，隨后冷卻過程中，轉(zhuǎn)化為鐵素體、貝氏體及馬氏體，殘余奧氏體相導(dǎo)致軟化相體積增多，焊接接頭出現(xiàn)軟化現(xiàn)象。

3、在已有的研究中發(fā)現(xiàn)，減少焊接的熱輸入可以有效改善熱成形鋼的回火區(qū)軟化程度，但是，減少焊接熱輸入不但會(huì)影響焊接質(zhì)量，還會(huì)降低焊接生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置及方法，本發(fā)明既可以減少熱影響區(qū)的熱輸入、減弱回火區(qū)的軟化程度，還可以保持原有的焊接生產(chǎn)效率。

2、本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的：一種基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，它包括箱體、焊槍和冷卻系統(tǒng)，

3、所述冷卻系統(tǒng)包括水冷槍支架和水冷槍，所述水冷槍支架滑動(dòng)安裝在箱體內(nèi)，所述水冷槍安裝在水冷槍支架上，且沿焊接方向，焊槍的焊頭在前、水冷槍的出口端在后；

4、所述水冷槍包括水冷通道和高壓保護(hù)氣體通道，當(dāng)焊接進(jìn)行時(shí)，水冷槍支架帶動(dòng)水冷槍跟隨焊槍進(jìn)行同步移動(dòng)，同時(shí)水冷通道通入冷卻水對(duì)焊件進(jìn)行冷卻，高壓保護(hù)氣體通道中的保護(hù)氣體可以形成一層氣簾對(duì)冷卻水進(jìn)行阻隔，使水冷槍的水冷通道在焊接方向上處于封閉狀態(tài)。

5、優(yōu)選的，所述水冷通道沿水冷槍的軸向貫穿設(shè)置，所述高壓保護(hù)氣體通道自水冷槍的側(cè)壁貫穿至水冷通道后向上折彎形成l型通道結(jié)構(gòu)。

6、優(yōu)選的，所述水冷通道或水冷通道和高壓保護(hù)氣體通道靠近出口端的一段均設(shè)置為喇叭口狀的變徑段，且水冷通道的出口端橫截面為月牙型，所述高壓保護(hù)氣體通道的出口端橫截面為圓形；沿焊接方向，水冷通道中出口端的最前端位于高壓保護(hù)氣體通道中出口端的最前端后側(cè)。

7、優(yōu)選的，所述水冷槍為筒狀結(jié)構(gòu)，且水冷槍的軸線與鉛垂線之間呈30°-45°的夾角。

8、優(yōu)選的，所述水冷槍的出口端與待焊試樣的下表面之間留有間距。

9、優(yōu)選的，所述箱體內(nèi)固定連接有隔板，所述隔板將箱體內(nèi)腔分隔為位置在上的焊接區(qū)域和位置在下的冷卻區(qū)域，使焊接區(qū)域和冷卻區(qū)域隔離開，待焊試樣位于焊接區(qū)域并置于隔板上。

10、優(yōu)選的，所述箱體內(nèi)固連有導(dǎo)軌，所述水冷槍支架與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。

11、優(yōu)選的，所述水冷槍支架上開設(shè)有水冷槍安裝孔，且水冷槍支架上螺紋連接有鎖緊螺栓，所述鎖緊螺栓的端部可與水冷槍側(cè)壁抵緊對(duì)水冷槍進(jìn)行固定；

12、所述箱體的內(nèi)腔中固連有漏水板，所述漏水板位于箱體內(nèi)腔底部的上方且位于導(dǎo)軌的下方。

13、本發(fā)明還提供了一種采用上述基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接方法，它包括如下步驟：

14、s1：將待焊試樣進(jìn)行打磨清洗，去除表面的雜質(zhì)和氧化層；

15、s2：將待焊試樣裝夾在焊接位置，焊接接頭為對(duì)焊接頭，焊槍連接上焊機(jī)、冷卻水和保護(hù)氣體，設(shè)置焊接參數(shù)，保證焊接正常進(jìn)行；

16、?s3：將水冷槍支架固定到導(dǎo)軌上，再將水冷槍固定到水冷槍支架上并調(diào)整好高度，水冷槍連接上冷卻水和保護(hù)氣體，在數(shù)控系統(tǒng)中輸入與焊接速度相同的水冷槍支架滑動(dòng)速度，確保水冷槍可以在焊接過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻；

17、s4：選擇水冷槍的水壓和氣壓，水壓范圍為0.03-0.08mpa，使冷卻水可以充分接觸待焊試樣的下表面，氣壓范圍為0.07-0.1mpa,且氣壓要高于水壓并保持穩(wěn)定；

18、s5：焊接開始前先通入水冷槍中的保護(hù)氣體，后通入冷卻水，以確保氣體的隔離效果，使冷卻水不會(huì)進(jìn)入待焊區(qū)域，待水壓和氣壓穩(wěn)定后開始焊接，焊接開始后水冷槍將跟隨焊槍一起移動(dòng)，在焊接過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻。

19、優(yōu)選的，所述步驟s4中氣壓高于水壓0.02-0.04mpa。

20、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過水冷槍跟隨焊槍同步移動(dòng)的方式可以在焊接的同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)冷卻，冷卻效果較現(xiàn)有技術(shù)中的焊后再進(jìn)行冷卻更好，并且冷卻水通道的喇叭口狀變徑段的設(shè)計(jì)可以使冷卻水平穩(wěn)地向外排出而不會(huì)進(jìn)入焊縫，冷卻水內(nèi)部的保護(hù)氣體在保護(hù)焊接環(huán)境的同時(shí)，還可以防止冷卻水進(jìn)入焊縫，保證了焊接質(zhì)量。本發(fā)明在保持原有焊接生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上，降低了回火區(qū)的軟化程度。由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。

技術(shù)特征：

1.一種基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，它包括箱體、焊槍和冷卻系統(tǒng)，其特征是，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述水冷通道沿水冷槍的軸向貫穿設(shè)置，所述高壓保護(hù)氣體通道自水冷槍的側(cè)壁貫穿至水冷通道后向上折彎形成l型通道結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述水冷通道或水冷通道和高壓保護(hù)氣體通道靠近出口端的一段均設(shè)置為喇叭口狀的變徑段，且水冷通道的出口端橫截面為月牙型，所述高壓保護(hù)氣體通道的出口端橫截面為圓形；沿焊接方向，水冷通道中出口端的最前端位于高壓保護(hù)氣體通道中出口端的最前端后側(cè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述水冷槍為筒狀結(jié)構(gòu)，且水冷槍的軸線與鉛垂線之間呈30°-45°的夾角。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述水冷槍的出口端與待焊試樣的下表面之間留有間距。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述箱體內(nèi)固定連接有隔板，所述隔板將箱體內(nèi)腔分隔為位置在上的焊接區(qū)域和位置在下的冷卻區(qū)域，使焊接區(qū)域和冷卻區(qū)域隔離開，待焊試樣位于焊接區(qū)域并置于隔板上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述箱體內(nèi)固連有導(dǎo)軌，所述水冷槍支架與導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，其特征是，所述水冷槍支架上開設(shè)有水冷槍安裝孔，且水冷槍支架上螺紋連接有鎖緊螺栓，所述鎖緊螺栓的端部可與水冷槍側(cè)壁抵緊對(duì)水冷槍進(jìn)行固定；

9.一種采用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接方法，其特征是，它包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接方法，其特征是，所述步驟s4中氣壓高于水壓0.02-0.04mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于熱成形鋼電弧焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于強(qiáng)制冷卻的熱成形鋼電弧焊接裝置，它包括箱體、焊槍和冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)包括水冷槍支架和水冷槍，所述水冷槍支架滑動(dòng)安裝在箱體內(nèi)，所述水冷槍安裝在水冷槍支架上，且沿焊接方向，焊槍的焊頭在前、水冷槍的出口端在后；所述水冷槍包括水冷通道和高壓保護(hù)氣體通道，當(dāng)焊接進(jìn)行時(shí)，水冷槍支架帶動(dòng)水冷槍跟隨焊槍進(jìn)行同步移動(dòng)，同時(shí)水冷通道通入冷卻水對(duì)焊件進(jìn)行冷卻，高壓保護(hù)氣體通道中的保護(hù)氣體可以形成一層氣簾對(duì)冷卻水進(jìn)行阻隔，使水冷槍的水冷通道在焊接方向上處于封閉狀態(tài)。本發(fā)明既可以減少熱影響區(qū)的熱輸入、減弱回火區(qū)的軟化程度，還可以保持原有的焊接生產(chǎn)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：張新戈,韓團(tuán)結(jié),路洪洲,王文權(quán),王鐸
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9