[发明专利]一种金属材料焊轧一体化复合成形装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于材料工程技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

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。本发明主要利用升降机构、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。

本发明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。