一种解决APM车顶焊接凹陷的方法

摘要

本发明公开了一种解决APM车顶焊接凹陷的方法，该方法包括：清理车顶型材待焊坡口，采用机械打磨并清洗；将车顶型材置于工装上组装，控制组对间隙、错边，夹紧工装，车顶型材的组对间隙均设为0～0.5mm；选用车顶焊接的搅拌头，按照参数焊接，所述搅拌头的下压量为0.1～0.2mm；将焊接好的车顶型材置于工装上保持夹紧状态，保持4～5小时。本发明工艺方法确定了一种解决APM车顶焊接凹陷技术，使用此技术参数焊接的车顶，表面焊接凹陷可满足标准要求，为车顶的批量生产提供了有力保证，降低了产品不合格、报废的风险。

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金型材的对接搅拌摩擦焊工艺和方法，尤其涉及一种解决APM车顶焊接凹陷的方法，属于搅拌摩擦焊技术领域。

背景技术

APM的生产过程中广泛应用了搅拌摩擦焊技术，搅拌摩擦焊是一种新型连接技术，它依靠搅拌头与工件的摩擦产生热量，使焊缝区域受热形成塑性流动状态，并通过搅拌针的搅拌作用达到连接的目的。搅拌摩擦焊的焊接温度是铝合金熔点的07～0.9倍(约为470～560℃)，热输入远远小于熔化焊，在焊接接头区域能形成较小的温度梯度，减小焊接变形，大大降低焊缝的残余应力。同时搅拌摩擦焊搅拌头的轴肩在焊接过程中对焊缝表面施加一定的压力，使得焊缝表面更为光滑平整。与传统熔化焊相比，搅拌摩擦焊具有无飞溅、无烟尘、不需填充材料和保护气体、对操作者的技能要求不高、易实现高速自动化焊接等诸多优点，在铝合金焊接过程中优势明显。

然而APM车顶在利用搅拌摩擦焊的过程普遍存在焊缝凹陷现象，会对APM车顶产生以下影响：(1)母材截面减薄；(2)焊缝承载能力减弱；(3)焊缝外观凹陷超标，产品有不合格的风险；(4)焊缝变形大，产品弧度不满足要求。因此，解决APM车顶焊接凹陷技术的开发迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种解决APM车顶焊接凹陷的方法，帮助确定减少APM车顶焊缝凹陷的焊接工艺，使焊缝的外观、力学性能、弧度可以满足标准的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种解决APM车顶焊接凹陷的方法，包括：

(1)清理车顶型材待焊坡口，采用机械打磨并清洗；

(2)将车顶型材置于工装上组装，控制组对间隙、错边，并夹紧工装；所述车顶型材的组对间隙均设为0～0.5mm；

(3)选用车顶焊接的搅拌头，并按照参数焊接：所述搅拌头的下压量为0.1～0.2mm；

(4)将焊接好的车顶型材置于工装上保持夹紧状态，保持4～5h。

进一步地，所述步骤(3)中，所述搅拌头：针长为3.3～3.5mm，轴肩直径为16～18mm，搅拌针的螺纹方向为逆时针方向。

进一步地，所述方法焊接得到车顶的焊缝凹陷小于等于0.2mm。

进一步地，所述步骤(3)中，所述搅拌头的倾斜角度设为2.0～2.5°。

进一步地，所述步骤(3)中，所述搅拌头的转速为1400～1600r/min，搅拌头的行进速度为600～1000mm/min。

进一步地，所述工装上设有衬垫，将衬垫两侧的凸台进行磨削来降低反变形。

进一步地，所述工装的凸台磨削为0.5-1mm的高度。

采用本发明工艺生产的APM车顶具有以下优点：(1)可更好控制焊接时产生的焊接凹陷，这样车顶的轮廓度更加精确，不需要进行后续调型，即能满足弧度要求；(2)车顶的长度、宽度方向不会发生焊接收缩变形。

本发明工艺确定了APM车顶搅拌摩擦焊的焊接参数，使用此范围的参数焊接的焊缝外观、力学性能、弧度可满足标准要求，为车顶的批量生产提供了有力保证，降低了产品不合格、报废的风险。

附图说明

图1是车顶板焊接示意图；

图2是车顶等轴测试图；

图3是车顶正视图；

图4是车顶俯视图；

图5是采用本发明解决APM车顶焊接凹陷的工艺方法焊接的车顶焊缝凹陷示意图；

图6是采用传统的搅拌摩擦焊焊接的车顶焊缝凹陷示意图；

其中，1-车顶板，2-搅拌头，3-车顶边梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

本实施例的解决APM车顶焊接凹陷的方法，包括以下步骤：

(1)清理车顶型材待焊坡口，并采用机械打磨并用环保清洗剂进行清洗；

(2)将车顶型材(包括车顶板1和车顶边梁3)放置于工装上进行组装，控制组对间隙、错边，并夹紧工装；

注：由于车顶是放置于工装上进行焊接，工装相当于车顶焊缝的支撑，但之前的工装的反变形措施过度，导致车顶焊缝焊后存在0.5～0.6mm的凹陷，本发明中对现有的工装进行磨削，降低反变形措施。

具体的，工装上方设有衬垫，衬垫与工装采用的是螺栓连接，本发明将衬垫全部拆下，统一采用磨床进行加工，将原衬垫两侧的3mm高的凸台采用磨床加工为0.5-1mm的高度，实现了降低反变形量的目的。

(3)选用车顶焊接指定的搅拌针，按照指定的参数进行焊接；

(4)将步骤(3)焊接完成的车顶型材置于工装上保持夹紧状态，保持4～5小时。

本实施例的解决APM车顶焊接凹陷的工艺方法中，具体包括组对间隙、搅拌头2的规格尺寸、搅拌头2的转速、搅拌头2的行进速度、搅拌头2的倾斜角度、下压量、搅拌头2的运动方向等。

其中，APM车顶型材的组对间隙(车顶板1与车顶板1之间的组对间隙，车顶板1和车顶边梁3之间的组对间隙)设为0～0.5mm；

搅拌头2的针长为3.3～3.5mm，轴肩直径为16～18mm，搅拌针螺纹方向为逆时针方向；

焊接时，搅拌头2的转速为1400～1600r/min；

搅拌头2的行进速度为600～1000mm/min；

搅拌头2的倾斜角度为2.0～2.5°；

搅拌头2的下压量为0.1～0.2mm；

搅拌头2作逆时针运动。

APM车顶采用的是正装焊接，单面焊双面成形工艺，车顶的焊接难点在于车顶板没有凸台，焊缝必须焊透，搅拌针压入量如果过大，就会造成搅拌针的磨损，降低搅拌针的使用寿命，且会造成车顶焊缝凹陷过大；如果压入量过小，又会造成焊不透的问题。

经过研究，利用上述参数焊接的车顶焊缝凹陷小于等于0.2mm，满足标准(ISO25239-5附录A)要求的0.5mm。

而且本实施例采用解决APM车顶焊接凹陷技术与传统搅拌摩擦焊焊接工艺对比分析，详见下表(表1)：

实施例1

(1)清理车顶型材待焊坡口，采用机械打磨并清洗；

(2)将车顶型材置于工装上组装，控制组对间隙、错边，并夹紧工装；车顶型材的组对间隙均设为0～0.5mm；

(3)选用车顶焊接的搅拌头，并按照下列参数焊接；

(4)将焊接好的车顶型材置于工装上保持夹紧状态，保持4～5h。

其中，搅拌头的针长3.3mm，轴肩直径16mm，转速为1400r/min，行进速度为1000mm/min，倾斜角度为2.5°，下压量为0.2mm。焊后实测车顶焊接凹陷为0.1mm。

实施例2

(1)清理车顶型材待焊坡口，采用机械打磨并清洗；

(2)将车顶型材置于工装上组装，控制组对间隙、错边，并夹紧工装；车顶型材的组对间隙均设为0～0.5mm；

(3)选用车顶焊接的搅拌头，并按照下列参数焊接；

(4)将焊接好的车顶型材置于工装上保持夹紧状态，保持4～5h。

其中，搅拌头的针长3.5mm，轴肩直径18mm，转速为1400r/min，行进速度为900mm/min，倾斜角度为2.5°，下压量为0.1mm。焊后实测车顶焊接凹陷为0.1mm。

实施例3

(1)清理车顶型材待焊坡口，采用机械打磨并清洗；

(2)将车顶型材置于工装上组装，控制组对间隙、错边，并夹紧工装；车顶型材的组对间隙均设为0～0.5mm；

(3)选用车顶焊接的搅拌头，并按照下列参数焊接；

(4)将焊接好的车顶型材置于工装上保持夹紧状态，保持4～5h。

其中，搅拌头的针长3.3mm，轴肩直径18mm，转速为1600r/min，行进速度为1000mm/min，倾斜角度为2.5°，下压量为0.2mm。焊后实测车顶焊接的凹陷为0.2mm。

以上所述仅为本发明的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。