基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，包括焊枪及冷却口，所述焊枪与所述冷却口分别位于焊缝的正面及背面与所述焊缝相对准，所述焊枪与所述冷却口沿所述焊缝的延伸方向具有设定间距，且所述焊枪与所述冷却口能够沿所述焊缝的延伸方向同步移动，当焊接位置空冷至预定温度时，所述冷却口正好移动至所述焊接位置的背面并喷出冷却气体对所述焊接位置强制冷却，所述冷却口离开焊接位置的背面时所述焊接位置的温度下降至马氏体开始转变温度与马氏体转变终了温度之间。通过冷却口对焊缝区的热循环进行调控，自动产生一个配分阶段，进而对超高强钢焊接接头的强韧性进行调控，获得力学性能提升的超高强钢焊接接头。超高强钢焊接接头。超高强钢焊接接头。

【技术实现步骤摘要】
基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置


[0001]本专利技术涉及超高强钢焊接
，尤其涉及一种基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置。

技术介绍

[0002]随着汽车、航空航天以及重型机械领域对结构轻量化需求的提高，超高强钢受到广泛关注和工程应用。焊接是结构轻量化最重要的材料连接技术之一，然而，由于焊接过程中的局部加热及快速冷却，导致温度分布不均衡，不可避免地造成超高强钢焊接接头软化及强韧性失配，尤其是热影响区粗晶区，这会使得焊接结构更易失效。因此调控超高强钢焊接接头强韧性一直是焊接领域研究的热点和挑战性的问题。
[0003]在已有的研究中发现，冷却速率对于焊接接头的显微组织和力学性能有着显著的影响。通过减小焊接热输入而提高冷却速率是目前最常用的一种方法，但是，该方法不仅降低了生产效率，而且也不能解决超高强钢焊接接头软化的问题。为此，在焊接过程中增加冷却装置可以实现原有焊接生产效率下提高冷却速率，从而改善焊接接头的力学性能。中国专利申请(公开号为CN 106141474 A)提出了一种随焊加速冷却的焊接方法和装置，该方法采用水、液氮或液态二氧化碳作为冷却介质对高温焊接区进行强制冷却，通过晶粒细化改善热影响区脆化、软化问题。但是对于超高强钢，该方法虽然能够解决焊接接头的软化问题，但是无法解决热影响区的脆化问题。中国专利申请(公开号为CN 110842359 A)提出了一种金属薄板随焊气体自适应冷却型激光焊接装置，该装置能够根据被焊接工件温度对随焊气体的流动速度进行自适应调节，但是该方法主要用于焊接变形的控制。因此，现有技术难以满足超高强钢的焊接要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，解决了超高强钢焊接接头软化、脆化问题，在不影响焊接生产效率的情况下提高了超高强钢焊接接头的强韧性。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，包括焊枪及冷却构造，所述冷却构造具有一冷却口，所述焊枪与所述冷却口分别位于焊缝的正面及背面且与所述焊缝相对准，所述焊枪与所述冷却口沿所述焊缝的延伸方向具有设定间距，且所述焊枪与所述冷却口能够沿所述焊缝的延伸方向同步移动，当焊接位置空冷至预定温度时，所述冷却口正好移动至所述焊接位置的背面并喷出冷却气体对所述焊接位置强制冷却，所述冷却口离开所述焊接位置的背面时所述焊接位置的温度下降至马氏体开始转变温度与马氏体转变终了温度之间。
[0006]可选的，所述设定间距L的计算公式如下：
[0007]L＝v
×
t1[0008]其中，t1为所述焊接位置的热循环曲线中峰值温度冷却到所述预定温度的时间，v
为所述焊枪的焊接速度。
[0009]可选的，所述冷却口为矩形，所述冷却口沿所述焊缝的延伸方向的长度l的计算公式如下：
[0010]l＝v
×
t2[0011]其中，v为所述焊枪的焊接速度，t2为根据被焊工件的CCT曲线确定完全获得马氏体组织的冷却速率进行设定。
[0012]可选的，所述冷却速率介于30℃/s
‑
150℃/s之间。
[0013]可选的，所述冷却口沿垂直于所述焊缝的延伸方向的宽度为焊缝宽度和焊接形成的热影响区的宽度之和。
[0014]可选的，所述冷却口处还覆盖有多孔气罩，所述冷却气体从所述多孔气罩喷出。
[0015]可选的，所述焊接装置还包括冷却源，所述冷却构造上设置有用于与所述冷却源连接的连接头，所述冷却源用于向所述冷却构造提供所述冷却气体。
[0016]可选的，所述焊接装置还包括温度传感器，所述温度传感器用于实时监测所述焊接位置的温度，所述冷却气体的流量与所述焊接位置的温度相适应。
[0017]可选的，所述焊接装置还包括焊接机器人及可调节支架，所述焊枪固定在所述焊接机器人的机械臂上，所述可调节支架的一端与所述机械臂连接，另一端与所述冷却口连接。
[0018]可选的，所述预定温度介于奥氏体开始转变温度与奥氏体转变终了温度之间。
[0019]本专利技术提供了一种基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，当焊接位置空冷至预定温度时，通过所述冷却口对所述焊接位置强制冷却，使得所述焊接位置的温度下降至马氏体开始转变温度与马氏体转变终了温度之间，当所述冷却口离开该焊接位置时，由于热传导的作用使得所述强制冷却区域的温度短暂高于马氏体开始转变温度，进而使得强制冷却区域的冷却速率减小，自动产生一个配分阶段，在配分阶段可以使得过饱和的碳从马氏体中扩散到奥氏体中，使得奥氏体在室温下可以稳定存在，马氏体的高强度和残余奥氏体的相变诱导塑性共同作用可以对超高强钢焊接接头的强韧性进行调控，最终获得力学性能提升的超高强钢焊接接头，解决了超高强钢焊接接头软化及脆化的问题，而且对于现有焊接设备的改造简单，不影响焊接生产效率。
附图说明
[0020]本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本专利技术，而不对本专利技术的范围构成任何限定。其中：
[0021]图1为本专利技术实施例提供的基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置的主视图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置的侧视图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的冷却构造的结构示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的有冷却构造焊接和无冷却构造焊接接头拉伸的应力应变曲线；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的有冷却构造焊接和无冷却构造焊接的焊接热循环曲
线；
[0026]图6a为本专利技术实施例提供的透射电镜观察的有冷却构造焊接接头粗晶区的明场图；
[0027]图6b为本专利技术实施例提供的透射电镜观察的有冷却构造焊接接头粗晶区的暗场图以及残余奥氏体的选区衍射图。
[0028]附图中：
[0029]10
‑
焊枪；20
‑
冷却构造；21
‑
冷却口；22
‑
多孔气罩；23
‑
连接头；30
‑
焊缝；40
‑
被焊工件；50
‑
冷却源；51
‑
冷却管；60
‑
可调节支架；61
‑
支架安装夹具；70
‑
机械臂；
[0030]L
‑
焊枪与冷却口沿焊缝的延伸方向的设定间距；
[0031]l
‑
冷却口的长度；
[0032]B
‑
冷却口的宽度。
具体实施方式
[0033]超高强钢的制备通常采用淬火配分工艺、多道次温轧等工艺实现高强度、高韧性，但是经历焊接热循环后，组织发生转变，导致接头软化和强韧性失配。淬火配分工艺中，淬火阶段保证组织转变为马氏体，在配分阶段可以使得过饱和的碳从马氏体中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，其特征在于，包括焊枪及冷却构造，所述冷却构造具有一冷却口，所述焊枪与所述冷却口分别位于焊缝的正面及背面且与所述焊缝相对准，所述焊枪与所述冷却口沿所述焊缝的延伸方向具有设定间距，且所述焊枪与所述冷却口能够沿所述焊缝的延伸方向同步移动，当焊接位置空冷至预定温度时，所述冷却口正好移动至所述焊接位置的背面并喷出冷却气体对所述焊接位置强制冷却，所述冷却口离开所述焊接位置的背面时所述焊接位置的温度下降至马氏体开始转变温度与马氏体转变终了温度之间。2.如权利要求1所述的基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，其特征在于，所述设定间距L的计算公式如下：L＝v
×
t1其中，t1为所述焊接位置的热循环曲线中峰值温度冷却到所述预定温度的时间，v为所述焊枪的焊接速度。3.如权利要求1所述的基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，其特征在于，所述冷却口为矩形，所述冷却口沿所述焊缝的延伸方向的长度l的计算公式如下：l＝v
×
t2其中，v为所述焊枪的焊接速度，t2为根据被焊工件的CCT曲线确定完全获得马氏体组织的冷却速率进行设定。4.如权利要求3所述的基于自配分的超高强钢焊接接头强韧化的焊接装置，其特征在于，所述冷却速率介于30℃/s<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐济进，郭轩铭，王帅，陆皓，余春，陈俊梅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：