CN112355450B - 一种矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法 - Google Patents
一种矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,包括步骤a)取样:取刚刚完成端口顶锻焊接后的链环,去除链环焊缝处的毛刺;b)冷却:焊接完成后去除毛刺的链环于干燥环境中进行空冷;c)切割缝隙:在冷却至室温的待测链环沿着横断面切开一条缝,切割位置与焊缝的间隔距离小于5mm;d)缝隙测量:测量步骤c)的切割缝隙的宽度,并与用于切割缝隙的切割设备直接造成的理论切割宽度比较;e)根据步骤d的测量结果,调整闪光焊的工艺参数,包括但不限于顶锻力和或顶锻保压时间或预热时间;f)重复步骤a‑d直至切割缝隙接近或等于理论切割宽度。该评判方法能够及时发现顶锻力和保压时间等相关参数是否到位并进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,用于矿用圆环链闪光焊焊接工艺摸索及研究。
背景技术
矿用圆环链是煤矿井下机械化采矿的主要设备,即刮板运输机、刮板转载机、采煤机和刨煤机上的传动链;随着煤炭开采设备的更新换代,高强度矿用圆环链条在煤矿开采上需求日益增加,圆环链的焊接采用闪光对焊,闪光对焊的基本原理是:焊件装配成对接接头,接通电源,并使其端面逐渐移近达到局部接触,利用电阻热加热这些接触点(产生闪光),使端面金属熔化,直至端部在一定深度范围内达到预定温度时,迅速施加顶锻力,让两个端部接触完成焊接。
闪光的作用:1)加热焊件,热源主要来自于液体过梁的电阻热以及过梁***时部分金属液滴喷射在相对端面上所带来的热量。2)烧掉焊接端面上的赃物和不平,因此降低了对焊前端面的准备要求;3)液体过梁***时产生的金属蒸汽及气体(CO、CO2等)也减少了空气对端口间隙的入侵,形成自保护。4)闪光后期在端面上形成的液体金属层,为顶锻时排除氧化物和过热金属提供了有利条件。
顶锻的作用:1)封闭对口间隙,挤平因过梁***而留下的火口。2)彻底排除端面上的液体金属层,使焊缝中不残留铸态组织。3)排除过热金属及氧化物夹杂,使完成洁净金属的紧密结合。4)使端口和邻近区域获得适当的塑性变形,促进焊缝再结晶过程。
目前,国内外矿用圆环链条钢闪光焊焊接工艺的设计主要还是依靠经验进行摸索,在焊接工艺窗口调整方面没有科学准确的方法进行支撑,特别是对于新钢种新规格矿用圆环链钢的焊接工艺参数,焊接操作的残余应力大小(即弹幅大小)对闪光焊焊口质量起着至关重要的作用,而控制弹幅大小的因素包括:顶锻速度、顶锻力、保压时间、环背预热电流大小及环背预热时间等,若控制不当往往浪费大量的人力、财力和物力,延误工期,造成大量的残次品,焊接质量问题突出。
发明内容
本发明的目的是要提供一种矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,用于评判闪光焊接工艺所造成的残余应力即弹幅大小,从而来评价当前闪光焊接工艺与当前矿用圆环链的匹配性,并以此指导对当前闪光焊接工艺进行调整直至良好状态。
本发明的技术方案为:一种矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,包括如下步骤
a)取样:取刚刚完成端口顶锻焊接后的链环,去除链环焊缝处的毛刺;
b)冷却:焊接完成后去除毛刺的链环于干燥环境中进行空冷;
c)切割缝隙:在冷却至室温的待测链环沿着横断面切开一条缝,切割位置与焊缝的间隔距离小于5mm;
d)缝隙测量:测量步骤c)的切割缝隙的宽度,并与用于切割缝隙的切割设备直接造成的理论切割宽度比较,
若切割缝隙小于理论切割宽度甚至为0,代表闪光焊的顶锻力过大或顶锻保压时间过长或预热时间过长,链环残余压应力,且切割缝隙越小残余压应力越大;
若切割缝隙大于理论切割宽度,代表闪光焊的顶锻力过小或顶锻保压时间过短或预热时间过短,链环残余拉伸应力,且切割缝隙越大残余拉应力越大;
若切割缝隙等于理论切割宽度,代表顶锻力和保压时间及预热时间合适;
e)根据步骤d的测量结果,调整闪光焊的工艺参数,包括但不限于顶锻力和或顶锻保压时间或预热时间;
f)重复步骤a-d直至切割缝隙接近或等于理论切割宽度。
优选地,矿用圆环链闪光焊的工艺流程为:①下料→②感应加热→③热编环→④表面喷丸→⑤闪光焊→⑥去毛刺→⑦一次拉伸→⑧加热淬火+回火→⑨二次拉伸;步骤a)的取样是指在工序⑥之后、工序⑦之前的链环状态下进行。
优选地,步骤b)采用的切割方式为线切割,室温下进行切割。
上述评判方法具有如下特点:
初始闪光焊焊接工艺规范可根据焊接工程师的经验设置,在此基础上根据评判方法进行调整,直至焊接弹幅大小趋近于0。
焊接后链环的冷却方式:本发明对焊接完待测残余应力链环冷却方式进行了严格规定:焊接后去除毛刺的链环放置于干燥的地面上进行空冷;应避免水冷或者放于潮湿的地面上,防止冷却过快产生额外的组织内应力。也不应放在加热炉中保温,防止在加热炉中回火,进而消除部分高温残余应力。应遵循链环正常的空冷方式进行冷却,才能真实的反映出残余应力大小与切口缝隙的关系。
切割缝隙时,在冷却至室温的待测链环沿着横断面切开一条缝,切割位置为距离焊缝5mm范围内;为了提高测量的准确性,且避免切割过程中对测量结果的不利影响;采用的切割设备为线切割设备,由于锯床切割后的缝隙较大,且缝隙宽窄不一,误差较大,容易切斜,避免采用锯床;同时由于火焰切割会对链环加热,会消除部分残余应力,缝隙宽窄不一,造成测量结果误差较大。因此应避免火焰切割等其他动火设备。
与现有技术相比,本发明的优点在于:1)采用设备简单,操作方便;本发明仅需要设备为线切割和塞尺。检验圆环链焊接后的残余应力相对大小可推广至工业化大生产应用,进而判断闪光焊顶锻力和保压时间是否充足;2)反应迅速;在调整闪光焊工艺时,能够及时发现顶锻力和保压时间等相关参数是否到位;焊接工程师可以迅速根据残余应力多少进行调整。3)样品制备简单,仅需采用线切割手段,将链环割出一个缝隙即可。4)检测周期短;切开的缺口可以直接用塞尺进行测量,历时几分钟时间;在残余应力大小测量上花费时间短。5)且对操作人员技术水平高低要求不高。最终有助于帮助焊机工程师确定合适的焊接工艺窗口,提高焊接效率和焊口质量。
附图说明
图1为链环试样线切割后的状态图;
图2为调整焊接工艺后链环焊接后的状态图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述,所述实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
影响焊口质量因素很多,诸如预热闪光次数、闪光时间、烧化长度、顶锻力大小和保压时间等因素;其中,顶锻力大小及保压时间直接影响着焊口残余应力大小,最终影响焊口液态金属的结合能力,过大的残余应力会严重影响焊口质量。顶锻力较小且保压时间短时,闪光后焊口残余应力较大,直接影响到高温状态下焊口金属的结合能力,焊口上应力越大,熔融金属结合越弱,高温氧化产物不易于充分挤出,两者均降低了焊口金属的结合能力;焊口性能恶化,在本发明实际应用中弹幅为正值;顶锻力过大且保压时间较长时,易于出现冷焊情况,也会造成焊口金属结合力下降,降低焊口力学性能,在本发明实际应用中弹幅为负值;因此生产中尽可能控制弹幅接近于0。
本实施例的矿用圆环链的元素成分百分含量:C:0.20~0.26;Ti:0.45~0.57;Si:≤0.25;Mn:1.10~1.50;P≤0.013;S≤0.010;Cr:0.40~0.60;Ni:0.90~1.10;Cu:0.19~0.30;Mo:0.50~0.60;其余为Fe,矿用链棒料为φ34mm。最终焊接成矿用圆环链尺寸为φ34mm*126mm;本实施例高强度矿用圆环链焊接步骤如下:
1、根据焊接工程师经验,大概设定一个闪光焊焊接工艺规范。
焊口区域闪光预热时间:4.2s;顶锻行程5.2mm;顶锻速度:91mm/s;顶锻力:15bar;保压时间:2s;环背预热电流:730A;环背预热时间:2s;
2、焊接后链环冷却;
本发明对焊接完待测残余应力链环冷却方式进行了严格规定;焊接完成后去除毛刺的链环放置于干燥的地面上进行空冷;应避免水冷或者放于潮湿的地面上,防止冷却过快产生额外的组织内应力。也不易放在加热炉中保温,防止在加热炉中回火,进而消除部分高温残余应力。应遵循链环正常的空冷方式进行冷却,才能真实的反映出残余应力大小与切口缝隙的关系。
3、切割缝隙
如图1所示,在冷却至室温的待测链环沿着横断面切开一条缝,切割位置为距离焊缝5mm范围内;采用线切割,线切割用的钼丝直径:0.12mm,理论切割宽度为0.12mm;为了提高测量的准确性,且避免切割过程中对测量结果的不利影响;线切割设备由于锯床切割,由于锯床切割后的缝隙较大,且缝隙宽窄不一,误差较大,容易切斜,应当避免采用锯床;若采用火焰切割,切割需要对链环加热,会消除部分残余应力,影响评价方法的精度,且火焰切割的缝隙宽窄不一,造成测量结果误差较大,也应避免采用火焰切割等其他动火设备。
4、缝隙测量
采用塞尺进行测量缝隙的大小;对于残余压应力的链环,切开缝隙小于钼丝直径,甚至切开的两个面紧密贴合,无法测量缝隙大小,判断为压应力,说明顶锻力过大或保压时间过长。对于拉伸应力的链环,切开后缝隙大于钼丝直径,张开缝隙越大,残余应力越大,说明顶锻力过小或保压时间过短所致,如果刚好等于钼丝直径,说明顶锻力和保压时间合适。本实施例中切割缝隙为1.42mm,去除钼丝直径,弹幅为:1.3mm,弹幅=切割缝隙-钼丝直径;残余应力为拉伸残余应力,需要增加顶锻力、保压时间和环背预热时间。
因此将闪光焊焊接工艺调整为:焊口区域闪光预热时间:4.2s;顶锻行程6.2mm;顶锻速度:50mm/s;顶锻力:20bar;保压时间:4s;环背预热电流:730A;环背预热时间:4s。
5、以调整后的焊接工艺再次进行焊接试验,并测量弹幅大小,并对焊接工艺进一步调整,本实施例中调整后的弹幅为0.01mm,接近0,此弹幅所对应的焊接工艺参数即可作为本实施例矿用圆环链闪光焊的较优工艺参数,用于批量焊接。
通过本发明的评判方法对闪光焊焊接工艺参数不断调整,不断优化链环闪光焊焊接工艺,改善链环焊口性能,消除了焊口残余应力,使焊口性能明显优于未调整链环性能。
本发明的上述实施例,仅仅为了清楚地说明本发明内容所做的举例,但不用来限定本发明的保护范围;所有等同的工艺技术方案也属于本发明的技术范畴,本发明的专利保护范围由各项权利要求。
Claims (3)
1.一种矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,其特征在于:包括如下步骤
a)取样:取刚刚完成端口顶锻焊接后的链环,去除链环焊缝处的毛刺;
b)冷却:焊接完成后去除毛刺的链环于干燥环境中进行空冷;
c)切割缝隙:在冷却至室温的待测链环沿着横断面切开一条缝,切割位置与焊缝的间隔距离小于5mm;
d)缝隙测量:测量步骤c)的切割缝隙的宽度,并与用于切割缝隙的切割设备直接造成的理论切割宽度比较,
若切割缝隙小于理论切割宽度甚至为0,代表闪光焊的顶锻力过大或顶锻保压时间过长或预热时间过长,链环残余压应力,且切割缝隙越小残余压应力越大;
若切割缝隙大于理论切割宽度,代表闪光焊的顶锻力过小或顶锻保压时间过短或预热时间过短,链环残余拉伸应力,且切割缝隙越大残余拉应力越大;
若切割缝隙等于理论切割宽度,代表顶锻力和保压时间及预热时间合适;
e)根据步骤d的测量结果,调整闪光焊的工艺参数,包括但不限于顶锻力和或顶锻保压时间或预热时间;
f)重复步骤a-e直至切割缝隙接近或等于理论切割宽度。
2.根据权利要求1所述的矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,其特征在于:矿用圆环链闪光焊的工艺流程为:①下料→②感应加热→③热编环→④表面喷丸→⑤闪光焊→⑥去毛刺→⑦一次拉伸→⑧加热淬火+回火→⑨二次拉伸;步骤a)的取样是指在工序⑥之后、工序⑦之前的链环状态下进行。
3.根据权利要求1所述的矿用圆环链闪光焊焊口残余应力大小的评判方法,其特征在于:步骤b)采用的切割方式为线切割,室温下进行切割。
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