一种金属材料焊轧一体化复合成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种金属材料焊轧一体化复合成形装置及方法，一体化复合成形装置包括升降机构、空间尺寸调整机构、焊接机构、轧制机构、驱动机构、固定机构和机架，通过升降机构与轧制机构配合，调整轧制机构与待焊轧的板材之间的距离，采用具有低热输入填丝焊特征的焊接机构对待焊轧的板材焊接，且焊接后获得具有一定余高的焊接接头，由驱动机构驱动轧制机构对焊接接头余高进行同步轧制。采用上述装置进行焊轧可以满足金属材料随焊随轧一体化成形制造需求，可解决焊接接头软化难题，也适用于消除焊接接头所存在宏微观气孔和裂纹等焊接缺陷，大幅度提高金属材料焊接接头综合力学性能，将极大提升现有关键焊接零部件的服役性能和使用寿命。

A device and method of metal material welding rolling integrated composite forming

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料焊轧一体化复合成形装置及方法
本专利技术属于材料工程
，涉及一种金属材料加工制造装置，具体而言，尤其涉及一种金属材料焊轧一体化复合成形装置及方法。
技术介绍
焊接作为一种共性基础制造技术，已广泛应用于航空、航天、核能、舰船、汽车等诸多领域。但是，众所周知，由于焊接接头不可避免存在焊接热影响区软化问题以及宏微观气孔和裂纹等焊接缺陷，导致焊接接头力学性能尤其是疲劳等动载荷性能大幅度降低。因此，焊接接头仍是关键零部件的薄弱部位。塑性加工是提高金属材料性能的有效途径。通过外力作用对金属材料施以不可逆转的塑性变形，可以显著提高金属材料的致密度，改善气孔、裂纹及缩松等铸造缺陷，也可使金属材料内部发生晶粒变形及畸变、提高位错密度并诱发细晶强化和第二相颗粒析出强化，提高金属材料的强度或硬度等综合力学性能。因此，如果能够将焊接方法与塑性加工方法结合在一起，将是提高焊接接头性能的有效途径。目前，关于焊接与塑性变形复合加工相关的文献主要集中在复合板材的制备方面。例如在“高频焊轧多层复合板生产装置和方法(201310403515.1)”中，高频焊工艺的目的是实现多层金属板材全搭接连接；而轧制作为一种典型的塑性加工方法，其目的是提高多层复合板层间的结合能力的同时，可实现连续长度的多层金属复合板的制备。因此，迫切需要开发出一种针对焊接接头局部区域进行变形强化进而可提升焊接接头整体力学性能的焊轧复合成形装置及方法。
技术实现思路
根据上述提出现有的焊接接头存在软化以及气孔和裂纹缺陷等问题，而提供一种金属材料焊轧一体化复合成形装置及方法。本专利技术主要利用升降机构、空间尺寸调整机构、焊接机构和轧制机构的互相配合，可以实现金属材料焊接及对焊后焊接接头余高轧制的同步进行，具有很好的工艺适应性和良好的生产效率。本专利技术采用的技术手段如下：一种金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，包括：机架，具有支撑结构的一体式或分体式的架体，用于固定升降机构和空间尺寸调整机构；升降机构，与轧制机构配合，用于调整轧制机构与待焊轧的板材之间的距离，所述待焊轧的板材由固定在机架上的固定机构夹持限制其在垂直方向上的波动或限制其在所有方向上的移动；空间尺寸调整机构，用于夹持焊接机构且调节所述焊接机构与所述待焊轧的板材的位置，以及调节所述焊接机构与所述轧制机构的相对距离；焊接机构，具有低热输入填丝焊特征，用于对待焊轧的板材焊接，且焊接后获得具有一定余高的焊接接头；轧制机构，由驱动机构驱动，用于对焊接接头余高进行同步轧制。进一步地，所述升降机构设置两组，采用液压推杆配合升降座的结构形式由油泵驱动；所述液压推杆的固定端固定在机架上，其活动端固定在所述升降座上；所述升降座滑动配合在机架侧壁上的滑槽内，实现上下移动。进一步地，所述空间尺寸调整机构采用上下移动滑块、横纵移动滑块配合转动调距的结构形式，通过转动调距装置分别将上下移动滑块和横纵移动滑块结合，并通过夹持装置夹持所述焊枪机构调节其焊接位置。进一步地，所述转动调距装置采用转轴配合移动端块和固定端块的形式，分别将其固定在相应的移动滑块上，用于调整移动滑块间的相对位置。进一步地，所述焊接机构包括送丝装置、焊枪及焊接热源，所述低热输入填丝焊特征是指采用但不局限于高能束填丝焊、高能束-电弧复合填丝焊、冷金属过渡熔化极气体保护焊、交流电弧熔化极气体保护焊以及其它低热输入填丝焊的方法进行焊接。进一步地，所述轧制机构采用双轧辊或单轧辊结构形式。进一步地，所述轧制机构采用双轧辊结构时，上轧辊转动配合连接在所述升降机构的两个升降座上，下轧辊转动配合在机架中下部；相应地，所述驱动机构采用伺服电机配合减速器及齿轮组传动连接于上、下轧辊。进一步地，所述轧制机构采用单轧辊结构时，所述机架采用分体式的架体，上部具有移动特征的行走机构通过滑槽轨道沿下部的固定的架体基座水平移动；所述升降结构与所述空间尺寸调整机构均固定在所述行走机构上，所述轧辊转动配合在所述升降机构的两个升降座上；相应地，所述驱动机构采用伺服电机配合齿轮及齿条传动连接所述行走机构与架体基座。进一步地，所述固定机构设置具有分流熔焊热源作用的冷却装置。本专利技术还公开了上述的金属材料焊轧一体化复合成形装置的焊轧方法，其特征在于包括如下步骤，S1、将待焊轧的板材插入到固定机构中，根据待焊轧的板材尺寸，调节将其压紧；S2、根据预先设定的轧制下压量，通过升降机构控制轧制机构，调节轧辊与待焊轧的板材表面之间的距离，同时调节驱动机构使其正常传动；S3、根据待焊轧的板材的位置，根据预设的焊接参数，并且根据预设的焊枪与轧辊的距离，通过空间尺寸调整机构，调节焊接机构的空间位置，并使其空间位置固定；S4、根据焊接速度和轧制速度，调节驱动机构中的伺服电机的转速，将驱动机构和焊接机构接通电源并同时启动，焊接机构开始焊接操作，同时驱动机构带动轧制机构对待焊轧的板材进行轧制处理，驱动机构带动轧制机构对待焊轧的板材进行轧制处理，同时焊接机构开始焊接操作，依靠旋转的轧辊与板材之间的摩擦力拖拽板材水平方向移动，实现焊轧同时进行。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的一种金属材料焊轧一体化复合成形装置能够精确调整轧制变形量、焊接和轧制速度以及焊枪和轧辊的空间位置参数，可通过轧制焊接接头余高实现焊接接头焊缝区以及热影响区的协同塑性变形，实现焊接接头软化区的变形强化以及焊接接头气孔和裂纹的压实焊合。本专利技术实现焊接与轧制的同时进行，具有短流程特点，通过调整轧制温度和变形程度，能够实现焊轧过程中组织和性能的精确一体化调控，扩大了焊轧工艺参数区间，大幅度提升生产效率。基于上述理由本专利技术可在金属材料加工领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种金属材料焊轧一体化复合成形装置的结构示意图，其中，轧制机构采用双轧辊结构形式。图2为本专利技术一种金属材料焊轧一体化复合成形装置的结构示意图，其中，轧制机构采用单轧辊结构形式。图3为本专利技术一种金属材料焊轧一体化复合成形装置中升降机构的结构示意图。图4为本专利技术一种金属材料焊轧一体化复合成形装置中空间尺寸调整机构的结构示意图。图5为本专利技术空间尺寸调整机构中转动调距装置的结构示意图。图6为本专利技术轧制机构采用双轧辊结构形式时，驱动机构Ⅰ的结构示意图。图7为本专利技术轧制机构采用单轧辊结构形式时，驱动机构Ⅱ的结构示意图。图8为本专利技术轧制机构采用单轧辊结构形式时，固定机构Ⅱ的结构示意图。图中：1、升降机构；101、油泵；102、液压推杆；103、升降座；2、空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，包括：/n机架，具有支撑结构的一体式或分体式的架体，用于固定升降机构和空间尺寸调整机构；/n升降机构，与轧制机构配合，用于调整轧制机构与待焊轧的板材之间的距离，所述待焊轧的板材由固定在机架上的固定机构夹持限制其在垂直方向上的波动或限制其在所有方向上的移动；/n空间尺寸调整机构，用于夹持焊接机构且调节所述焊接机构与所述待焊轧的板材的位置，以及调节所述焊接机构与所述轧制机构的相对距离；/n焊接机构，具有低热输入填丝焊特征，用于对待焊轧的板材焊接，且焊接后获得具有一定余高的焊接接头；/n轧制机构，由驱动机构驱动，用于对焊接接头余高进行同步轧制。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，包括：
机架，具有支撑结构的一体式或分体式的架体，用于固定升降机构和空间尺寸调整机构；
升降机构，与轧制机构配合，用于调整轧制机构与待焊轧的板材之间的距离，所述待焊轧的板材由固定在机架上的固定机构夹持限制其在垂直方向上的波动或限制其在所有方向上的移动；
空间尺寸调整机构，用于夹持焊接机构且调节所述焊接机构与所述待焊轧的板材的位置，以及调节所述焊接机构与所述轧制机构的相对距离；
焊接机构，具有低热输入填丝焊特征，用于对待焊轧的板材焊接，且焊接后获得具有一定余高的焊接接头；
轧制机构，由驱动机构驱动，用于对焊接接头余高进行同步轧制。


2.根据权利要求1所述的金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，所述升降机构设置两组，采用液压推杆配合升降座的结构形式由油泵驱动；所述液压推杆的固定端固定在机架上，其活动端固定在所述升降座上；所述升降座滑动配合在机架侧壁上的滑槽内，实现上下移动。


3.根据权利要求1所述的金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，所述空间尺寸调整机构采用上下移动滑块、横纵移动滑块配合转动调距的结构形式，通过转动调距装置分别将上下移动滑块和横纵移动滑块结合，并通过夹持装置夹持所述焊枪机构调节其焊接位置。


4.根据权利要求3所述的金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，所述转动调距装置采用转轴配合移动端块和固定端块的形式，分别将其固定在相应的移动滑块上，用于调整移动滑块间的相对位置。


5.根据权利要求1所述的金属材料焊轧一体化复合成形装置，其特征在于，所述焊接机构包括送丝装置、焊枪及焊接热源，所述低热输入填丝焊特征是指采用但不局限于高能束填丝焊、高能束-电弧复合填丝焊、冷金属过渡熔化极气体保护焊、交流电弧熔化极气体保护焊以及其它低热输入填丝焊的方法进行焊接。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋刚，王红阳，张兆栋，刘黎明，王泽杰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21