挖掘机液压油缸活塞杆连续驱动摩擦焊工艺研究

挖掘机液压油缸活塞杆连续驱动摩擦焊工艺研究液压油缸是工程机械的核心零部件之一,其性能优劣直接决定着工程机械产品的可靠性和使用寿命。目前,液压油缸活塞杆的耳环与杆体之间主要采用气体保护方式进行焊接。

这种焊接方法不仅效率低下,而且还会经常出现焊缝熔合不良、气孔、夹杂等质量问题。为了保证活塞杆的焊接质量,提高产品的合格率及其使用寿命,徐州徐工液压件有限公司引进了液压油缸活塞杆摩擦焊接技术并进行了深入的研究。

摩擦焊技术是通过摩擦热使接头母材熔化,然后迅速施加顶锻力从而获得合格焊缝的一种焊接方法。母材状态、焊接参数、有无镀层和焊后热处理方式都会对焊口性能产生一定的影响。

因此本文主要从焊材准备、参数选择、焊后热处理等三个方面对活塞杆摩擦焊工艺进行了研究。在焊接参数方面,主要研究了摩擦压力,摩擦时间,顶锻压力和保压时间等参数对焊接接头力学性能的影响;在焊材状态方面,主要研究了电镀镀层、端面结构等对接头力学性能的影响;最后针对部分焊件焊后冲击强度偏低的情况,进行了热处理探究。

对于直径为85 mm的活塞杆,当采用镀前焊,摩擦压力为7.6MPa、摩擦时间为19s、顶锻压力为14.3MPa、顶锻时间为16s,焊后采用870℃零时淬火、520℃回火、回火保温时间为140min的热处理工艺时,经过一系列的实验可以发现,活塞杆焊接接头抗拉强度达到800MPa以上,断面收缩率达到50%以上,实现了接头合格率100%的目标。同时,主机在使用过程中未发生任何焊接质量问题,达到了预期的研究目标。

为工程液压油缸活塞杆的制造,乃至整个液压装备制造技术的提升和技术的

创新奠定了理论研究和工程实践的基础。调质处理后,通过对焊件进行拉伸测试、金相组织显微观察、拉伸断口的宏观及微观形貌分析可以发现采用“零保温”淬火热处理工艺可以细化晶粒、提高焊件综合力学性能,即焊接试样接口在经过上述调质处理以后其强度和塑性韧性较热处理前有明显的改善。

在诸多影响摩擦焊焊接接头抗拉强度的因素中,主摩擦压力、主摩擦时间、顶锻压力以及顶锻保压时间等四个因素对其影响较大。其中,顶锻保压时间的不同水平对其影响最大,顶锻压力的影响仅次于保压时间,主摩擦压力对焊接接头抗拉强度的影响略小,主摩擦时间的影响则最小。

在调质工序中,对接头抗拉强度的影响按从大到小的顺序依次为淬火保温时间、淬火温度、回火温度和回火保温时间。除淬火保温时间外,其他三个因素对接头强度的影响基本相当。

通过对焊前母材状态的研究和实验可以发现,无论是镀前焊还是镀后焊都能获得抗拉强度高于800MPa的焊接接头。但镀后焊焊接接头的抗拉强度比镀前焊的强度低,并且镀前焊焊接头为塑性断裂,镀后焊接头为脆性断裂。

当用摩擦焊生产直径较大杆件时,应选用中心有凸度的焊接结构,一般是凸度为2°的端面。这种结构可以促进整个端面加热的均衡性,确保整个焊接面都可以达到要求的焊接温度。