SX110型汽车半轴摩擦焊接工艺及焊态冶金质量控制.doc
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1、SX110型汽车半轴摩擦焊接工艺及焊态冶金质量控制,7第l趁/第1996年7术Vo).15No4Ju1Yl996SXJl()型汽车半轴摩擦焊接工艺及焊态冶金质量控制兰三,程功善时;胃清(弭七工业大学西安710072九摘要研究丁SXI】0汽车芈轴的摩擦焊接-I”艺.优化了焊接规范参数致矮柑盖牲术环节的匹配组台;x,ta忠睛金质鞋控制中的某些焊接晌金现象的形成机制及行为进行了分析探讨关键词汽f半轴摩擦焊接焊志-;11距量制中图号而?一引言%一随着汽车工业的迅猛发展,国外在汽车零配件的生产中,摩擦焊接技术的应用已占有较重要的地位,一些着名汽车公司采用摩擦焊接生产的汽车零配件已达数十种之多,其中包括汽
2、车半轴之类的承力构件或保安件.但在我国,汽车零配件的生产工艺依然比较落后一汽车半轴的生产仍采用整体锻造工艺制坯这种工艺.通常需配置大型锻造设备.硬件投资大,材料利用率低,能源消耗较高,生产率较低,使产品成本难以进一步降低为此,近年艇,我们针对SX110型汽车半轴采用摩擦焊接所必须解决的一些关键技术问题,诸如摩擦焊接工艺优化,主控焊接参数的计算机控制,焊接接头强韧化控制,焊接质量无损检测等,进行r系统深入的研究开发本文在此基础上,研究了摩擦焊接工艺及焊态冶金质量控制问题,探讨了焊接接头的一些焊接冶金现象的形成机制及行为.获得了1oo焊合,无过热脆化和马氏体脆化,显微组织良好的摩擦焊接头,为焊后热
3、处理提供了良好的原始组织状态.1Sx110型汽车半轴摩擦焊接工艺方案的设计1,1工艺方案设计的依据SX110型汽车半轴是汽车传动系统的重要构件之一.服役时承受扭矩和弯矩联合作用,故要求其具有较高的强韧性能和安全可靠性要获得高质量,高可靠性的摩擦焊接半轴.焊接工艺设计必须满足以下要求:(1)焊台区不得有裂纹,灰斑等焊接缺陷,要1o.焊合;(2)焊接接头不产生过热的淬火马氏体等焊接脆化现象,焊态显徽组织良好;(3)焊接热影啊区较均匀过:(4)焊件尺寸精度可满足F一道工序的要求1,2锻造一摩擦焊接SXI1O型半轴的接头设计整体锻造sx110型半轴毛坯结构尺寸如图1所示采用摩擦焊接时一根据半轴的工作条
4、件和载荷谱,以及对半轴断裂失效的境计分析结果,从原则上说,其焊台面的选择惠尽可能避收犒订j9611,.,一删月,文一一小刘?594?机械科学与技术第1s卷开盘,轴过渡区,并应尽可能靠近法兰盘一侧,以简化锻坯工艺,确保摩擦焊接半轴使用性能.参考国外锻造一摩擦焊接汽车半轴焊台面的选择,本研究确定焊合面及法兰盘锻坯,轴杆部棒对毛坯尺寸如图2所示.【3半轴材料40Cr钳摩擦焊接性及焊接规范参数的匹配40Cr锕是机械工业中使用广泛的中碳合金结构钢之一,其化学成分()为C0.370.;Mn:0.5O0.80;Si;0.170.37;S:0.030;P:0.030;Cr0.801.1O;N【:0.25凋质处
5、理后,可获得高的强度,良好的塑性和韧性.焊接规范的匹配组合是保证摩擦焊接头质量的关键,通常有两种组合方式:一是较强规范,即转速较低,摩擦压力较大,摩擦时间较短;二是较弱规范,即转速较高,摩擦压力小.孽攥时间长.为了保证接头1cj(I焊合,抑制焊接热影响区形成淬火马氏体组织,同时防止产生夹杂,”灰斑”等缺陷,确保焊态冶金质量,本文选用较弱的焊接规范.即较大的摩擦变形程度.使焊接接头温度分布较宽,焊合情况良好,焊后冷却较缓慢.2摩擦焊接参数的优化组合及其计算机闭环控制摩擦焊参数的优化选择和精确控制,对焊接质量的影响至关重要.摩擦焊接过程可以分为三个阶段,即初始摩擦阶段,摩擦加热阶段和顶锻固态连接阶
6、段.与这三个阶段相对应的可控焊接参数为焊机转速,摩擦压力,顶端压力,工进速度,痒擦时间和举擦变形量.通过对这些一次自变量参数的控制,可调节加热功率,扭矩峰值等进而控制擦焊接过程中的变形温度,变形速度和变形程度.根据SX】O型汽车半轴的结构及性能特点,我们对原有的C25型摩擦焊机的液压,传感和电气控制系统进行了相应的技术改造,然后与所研制的摩擦焊参数计算机闭环控制系统联机,从而实现了焊接工艺过程的自动捡测,顺序控制,自动调节和自动保护.为获得高质量,高r常性的焊接接头提供了计算机测控技术方面的保证.经优陀选择的摩擦焊接参数如表1所示表】优化的SXI】0型汽车芈轴摩擦焊接参数1乜机转谴摩擦上顶锻压
7、力顶锻保压时间摩搏变臣挝I瓜般利1(rITIln)(MPa)(MPa)(s)(mm)制度l47080】5051.2I第4期刘小文等:sx110型汽车半轴摩擦焊接工艺及焊惑杆金质量控制595经PID调节参数优化整定后,SX110型汽车半轴摩擦焊接参数,计算机闭环控制系统的响应曲线如图3所示:(xr/1ra00in3焊接接头焊态冶金质量的控制3.1焊合区的铜脆问题母材的冶金质量对焊接接头的力学性能影响甚大试验研究发现若半轴40Cr钢精铸质量不良,含铜量过高等.焊接接头冲击韧性将显着下降冲击断口经扫描电镜和电子探针分析表明,焊台区晶界存在铜偏折,如图4所示为冲击,断口形貌及铜偏区,偏析处的铜含量达j
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