CN106271460A - 一种钛合金自行车前叉钎焊方法 - Google Patents

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吴永刚
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Abstract

本发明公开一种钛合金自行车前叉钎焊方法，采用钎焊方法焊接前叉零件，首先通过熔模精密铸造前叉肩，再通过液压法加工流线型截面前叉管；最后以液态钎料充分填充零件间缝隙进行钎焊。采用本发明的技术方案，可以提升前叉的强度，并改善管材的热变形影响，同时降低了制造成本。

Description

一种钛合金自行车前叉钎焊方法
技术领域
本发明属于自行车技术领域，尤其涉及一种钛合金自行车前叉钎焊方法。
背景技术
钛合金由于其质量轻、强度高、耐腐蚀等优点被广泛应用于运动自行车车架的生产中。但钛合金自身的成型困难。一般钛合金的熔点在1500～1700℃之间，比钢高100～300℃。同时钛合金在高温下化学性质非常活泼，在焊接时需要惰性气体保护。这不仅使钛合金零件成型困难，同时也提高了焊接加工的成本。
自行车前叉是固定车架与前轮的支架，其强度与可靠性直接影响自行车的安全使用。运动自行车对车架性能的要求更为苛刻，不仅对极端使用环境下的强度要求更高，也要求制作前叉的管材截面形状为流线型，以减小空气阻力。
由于传统的电焊工艺需要将焊料与母材同时熔化进行焊接，但是钛合金自身熔点很高，同时高温下化学性质非常活泼，并不适合采用电焊工艺焊接。目前，在钛合金运动车前叉的生产过程中急迫需要一种适用于钛合金材料焊接、能够满足截面异形管材间隙、同时还能保证焊接位置强度的焊接方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种钛合金自行车前叉钎焊方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种钛合金自行车前叉钎焊方法包括以下步骤，
S1、钛合金前叉肩采用钛合金熔模精密铸造方法制得，首先将蜡制作成前叉肩模型，在其外表裹数层粘土等耐火材料，加热使蜡熔化流出，从而得到由耐火材料形成的空模壳，再将钛合金材料熔化后倒入空模壳中，待钛合金冷却后将耐火材料敲碎得到钛合金前叉肩；
S2、钛合金前叉管通过钛合金薄壁圆管素材制得，首先对钛合金圆管素材管进行真空热处理消除应力，然后把钛合金圆管锥成合适的直径，再一次真空热处理后进而采用液压成型的办法逐步做成流线型的钛合金前叉管；
S3、前叉管件和前叉肩的钎焊连接，包括以下步骤：
S3.1、设计需要钎焊的零件时，在待焊区域预置钎料槽，保证钎料流布整个钎焊区域；
S3.2、对零件进行除油、清洁；
S3.3、将钎料用粘合剂调成膏状置于钎料槽中，将零件装配入位后，采用氩弧点焊定位保持零件装配间隙和装配位置，真空下进行钎焊，保证钎料通过毛细作用充分润湿待焊区域；
S3.4、真空钎焊后保温。
作为优选，钎料采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni；真空钎焊温度为940±10度，完成后保温20-30分钟，降温至840±10度再保温30-40分钟后随炉冷却；过程中真空度不大于5×10-2帕斯卡。
本发明具有如下几个特点：
1.采用钎焊方法焊接前叉肩与前叉管，弥补了常规手工氩弧焊的局限性和不足，生产效率提高，降低了焊接成本。
2.钎焊接头设计和连接工艺免了焊接区域应力集中，保证了钎焊接头力学性能，提高了产品性能和可靠性。
3.钛合金管材通过液压法成型，加工流线型截面，外观设计新颖美观，便于自行车异形管材的成产。
附图说明
图1是钎焊钛合金前叉工艺流程图；
图2是前叉结构示意图；
图3是钎焊区域示意图；
图4是钎焊间隙示意图。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明实施例提供一种钛合金自行车前叉钎焊方法，包括以下步骤：
S1、一般焊接工艺难以加工钛合金复杂空腔零件，因此复杂的钛合金前叉肩采用钛合金熔模精密铸造方法制造。首先将蜡制作成模型，在其外表裹数层粘土等耐火材料，加热使蜡熔化流出，从而得到由耐火材料形成的空模壳，再将钛合金材料熔化后倒入空模壳中，待钛合金冷却后将耐火材料敲碎得到钛合金铸件。这样最终生产出形状复杂、尺寸精确、棱角清晰、表面光顺的钛合金前叉肩。
S2、钛合金前叉管依靠钛合金薄壁圆管素材通过多道工序逐步加工而成，由于钛合金强度大，回弹率高，导致钛合金薄壁管素材难以加工为异型管，因此要多步工序加工而成。首先钛合金圆管素材管一般都有应力，在做成型前要真空热处理消除应力。然后把钛合金圆管锥成合适的直径，再一次真空热处理后进而采用液压成型的办法逐步做成流线型的前叉管型。液压成型是用外壳钛合金前叉管模具控制其形状，内侧充液压油，通过液压油压力使钛合金素材逐步和外壳模具贴合，从而做出设计的流线型截面形状。采用液体作为传力介质可以实施控制压力，确保工艺参数都在设计的范围内，并且可以随时可变调整，尤其适合复杂截面形状的钛合金异性管材成产。
S3、为了实现前叉管件的钎焊连接，保证接头强度和耐蚀性均达到母材同等水平，需采用了以下步骤：(1)设计需要钎焊的零件时，在待焊区域预置钎料槽，保证钎料流布整个钎焊区域，提高钎着率；(2)对零件进行除油、清洁；(3)将钎料用粘合剂调成膏状置于钎料槽中，将零件装配入位后，采用氩弧点焊定位保持零件装配间隙和装配位置，真空下进行钎焊，保证钎料通过毛细作用充分润湿待焊区域，以减小点焊的应力集中，提高接头的性能；(4)真空钎焊后保温。
实施例1：
采用本发明焊接方法的一个具体实施方式包括以下步骤：
(1)制作蜡模，进行前叉的熔模精密铸造；
(2)液压法将钛合金管材加工为流线型截面的异型管；
(3)焊接接头的设计在零件待焊区域预置钎料槽；
(4)将零件除油酸洗，表面清洗干净；
(5)采用粉状Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni作为连接材料，将钎料用聚乙烯醇粘合剂调成膏状置于钎料槽中，将零件装配入位后，采用氩弧点焊定位保持零件装配间隙和装配位置，钎焊时保证钎料通过毛细作用润湿待焊区域；
(6)真空钎焊工艺为：钎焊温度为940±10度，保温20-30分钟，随后降温至840±10度保温30-40分钟随炉冷却，加热过程中真空度不大于5×10-2帕斯卡。
本发明焊接方法采用钎焊工艺是一种采用熔点比母材低的材料作为钎料，可以在不熔化母材的情况下以液态钎料充分填补焊缝从而实现焊接的方法。钎焊通过熔化熔点低于母材的钎料，可以降低焊接成本，并减小管材的热变形影响。前叉特殊的流线型截面要求使得前叉肩与前叉管在成型后，焊接位置很难完全吻合，留有缝隙。钎焊以液态的形式充分填充零件间缝隙，这种润湿工艺有效减小了应力集中问题，有利于提升前叉的强度。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种钛合金自行车前叉钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、钛合金前叉肩采用钛合金熔模精密铸造方法制得，首先将蜡制作成前叉肩模型，在其外表裹数层粘土等耐火材料，加热使蜡熔化流出，从而得到由耐火材料形成的空模壳，再将钛合金材料熔化后倒入空模壳中，待钛合金冷却后将耐火材料敲碎得到钛合金前叉肩；
S2、钛合金前叉管通过钛合金薄壁圆管素材制得，首先对钛合金圆管素材管进行真空热处理消除应力，然后把钛合金圆管锥成合适的直径，再一次真空热处理后进而采用液压成型的办法逐步做成流线型的钛合金前叉管；
S3、前叉管件和前叉肩的钎焊连接，包括以下步骤：
S3.1、设计需要钎焊的零件时，在待焊区域预置钎料槽，保证钎料流布整个钎焊区域；
S3.2、对零件进行除油、清洁；
S3.3、将钎料用粘合剂调成膏状置于钎料槽中，将零件装配入位后，采用氩弧点焊定位保持零件装配间隙和装配位置，真空下进行钎焊，保证钎料通过毛细作用充分润湿待焊区域；
S3.4、真空钎焊后保温。
2.根据权利要求1所述的钛合金自行车前叉钎焊方法，其特征在于，钎料采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni；真空钎焊温度为940±10度，完成后保温20-30分钟，降温至840±10度再保温30-40分钟后随炉冷却；过程中真空度不大于5×10-2帕斯卡。
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