一種複合焊接結構的鋁合金車輪及其製備方法與流程

2023-04-23 11:01:31

本發明屬於鋁合金車輪及其製備技術領域，具體是涉及一種複合焊接結構的鋁合金車輪及其製備方法。

背景技術：

當前，汽車輕量化已成為全球汽車產業發展的重要研究課題，其中減輕車輪重量可有效降低能耗、改善整車的加速及制動性能、提高駕乘舒適性及安全性。鋁合金車輪以其重量輕、製造精度高、強度高、慣性阻力小、散熱能力強、視覺效果好等優點已逐漸代替鋼製車輪。

鋁合金車輪按結構可分為一片式、二片式和三片式結構。其中，一片式車輪通常採用製造成本低、工藝成熟的低壓鑄造工藝製造，但輪軸處和輪輻輪輞結合處機械性能較低，限制了車輪的應用範圍；近年來一片式鍛造鋁合金車輪發展較快，但鍛造設備投入較大，成品率低，製造成本高。二片式車輪是由分別製造的輪輻和輪輞再連接而成。三片式車輪是由分別製造的輪輻和兩個輪輞零件再連接而成。二片式和三片式車輪結構設計靈活、安裝快捷，但傳統的製造方法將輪輻與輪輞通過螺栓連接，增加了車輪的整體重量。採用焊接技術尤其是先進的攪拌摩擦焊工藝完成輪輻和輪輞的連接是二片式車輪製造的發展趨勢。專利號為201320114655.2的中國專利公開了一種複合式輪轂結構，將輪輻與輪輞採用T型結構焊接而成，但T型焊接的輪輻與輪輞接頭機械性能較低，尤其是接頭疲勞強度無法滿足行車要求，應力破壞傾向大，成為車輪結構的薄弱環節。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對上述存在問題和不足，提供一種整體性能好，重量輕的複合焊接結構的鋁合金車輪及其製備方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明所述的複合焊接結構的鋁合金車輪，其特點是：該鋁合金車輪由輪輻和輪輞焊接組成，且焊接處採用階梯式配合結構的內外兩條環縫實現連接，其中所述外環縫的焊接採用攪拌摩擦焊，所述內環縫的焊接採用惰性氣體保護焊。

本發明所述的複合焊接結構的鋁合金車輪的製備方法，其特點是包括以下步驟：

a、製造輪輻：將鋁液在擠壓鑄造機上採用擠壓鑄造成型或液態模鍛機上採用液態模鍛成型；

b、製造輪輞：將圓形筒體在旋壓機上進行旋壓和卷邊而成；

c、將輪輻和輪輞裝配到安裝有定位裝置的模具內，且輪輻與輪輞的待焊處設置有階梯式配合結構的內外兩條環縫；

d、對裝配後的輪輻和輪輞沿內外兩條環縫進行焊接，其中外環縫的焊接採用攪拌摩擦焊，內環縫的焊接採用惰性氣體保護焊。

其中，所述輪輞所用材料為6xxx系或5xxx系變形鋁合金。

所述輪輻所用材料為鑄造鋁合金。

所述輪輞的具體製造方法如下：

b1、將板材加工成筒體；

b2、對筒體進行縱縫焊接，焊接方法採用攪拌摩擦焊或氣體保護焊；

b3、將焊接後的坯料矯形成圓形筒體；

b4、將圓形筒體放在旋壓機上旋壓和卷邊製成輪輞；

b5、將輪輞進行熱處理和機械加工，熱處理工藝因輪輞材料而異。

本發明由於採用了兩條環縫的複合焊接工藝連接鋁合金車輪，從而提升了輪輻與輪輞連接處的機械性能和抗應力腐蝕性能，而且階梯焊縫結構是由外環焊縫和內環焊縫組成，攪拌摩擦焊完成的外環縫可保證焊縫達到近於母材的機械性能，可保證車輪連接的強度，而MIG焊縫則進一步提升車輪的整體性能，尤其是改善焊縫應力集中和縫隙的耐蝕性能，通過內環焊縫提高了接頭的抗疲勞特性，使二片式複合車輪完全滿足車輪的三項行車試驗要求。

下面結合附圖對本發明作進一步的說明。

附圖說明

圖1為本發明所述車輪的截面結構示意圖。

圖2為本發明的焊接示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明所述的複合焊接結構的鋁合金車輪，該鋁合金車輪採用輪輻1和輪輞2的二片式結構，所述輪輻1和輪輞2焊接為一體，且焊接處採用階梯式配合結構的內外兩條環縫實現連接，其中所述外環縫3的焊接採用攪拌摩擦焊，所述內環縫4的焊接採用惰性氣體保護焊（MIG焊）。而且，所述輪輞2所用材料為6xxx系或5xxx系變形鋁合金；所述輪輻1所用材料為鑄造鋁合金。

本發明所述的複合焊接結構的鋁合金車輪的製造方法，包括如下步驟：

a、製造輪輻1：將鋁液在擠壓鑄造機上採用擠壓鑄造成型或液態模鍛機上採用液態模鍛成型，且製成的輪輻1可進行後續熱處理，熱處理工藝因輪輻材料而異；

b、製造輪輞2，具體製造方法如下：

b1、將板材加工成筒體；

b2、對筒體進行縱縫焊接，焊接方法採用攪拌摩擦焊或氣體保護焊；

b3、將焊接後的坯料矯形成圓形筒體；

b4、將圓形筒體放在旋壓機上旋壓和卷邊製成輪輞2；

b5、將輪輞2進行熱處理和機械加工，熱處理工藝因輪輞材料而異；

c、將輪輻1和輪輞2裝配到安裝有定位裝置的模具內，且輪輻1與輪輞2的待焊處設置有階梯式配合結構的內外兩條環縫；

d、對裝配後的輪輻1和輪輞2沿內外兩條環縫進行焊接，其中外環縫3的焊接採用攪拌摩擦焊，內環縫4的焊接採用惰性氣體保護焊。

下面通過具體實施例，對本發明作進一步的說明。

實施例1：

本發明所述的複合焊接結構的鋁合金車輪的製造方法，包括如下步驟：

a、製造輪輻1，其方法及步驟是：①採用A356鑄造鋁合金通過擠壓鑄造或液態模鍛工藝製作坯料；②將所述坯料進行T6熱處理（固溶處理+人工時效處理），其中固溶處理工藝為：535℃保溫7小時水淬，水淬要求水溫不低於50℃；人工時效處理工藝為：135℃保溫4小時空冷；③將T6熱處理後的輪輻1進行機加工；

b、製造輪輞2，其方法及步驟是：①將退火態5083變形鋁合金板材滾壓成「D」形筒體，將所述「D」形筒體放在專用夾具上採用攪拌摩擦焊對其進行縱縫焊接，焊接工藝為攪拌頭旋轉速度為1200r/min，焊接速度為400mm/min ；②將焊接好的「D」形筒體滾壓成圓形筒體；③將圓形筒體放在臥式旋壓機上旋壓成為輪輞2；④將輪輞2進行T6熱處理（固溶處理+人工時效處理），其中固溶處理工藝為：535℃保溫4小時水淬，水淬要求水溫不低於80℃，人工時效規範為：155℃保溫8小時+空冷；

c、將輪輻1和輪輞2放在專用夾具上裝配，形成階梯式配合結構的內外兩條環縫；

d、對裝配後的輪輻1和輪輞2按圓周方向沿外環縫3進行攪拌摩擦焊，內環縫4進行熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊），如圖2 所示。

本發明具有如下優點：

（1）本發明的複合焊接結構的鋁合金車輪，實現了輪轂的分體式加工成型，車輪質量輕、強度高；

（2）本發明的複合焊接結構的鋁合金車輪，採用兩條環縫的複合焊接工藝連接輪輻1和輪輞2，從而提升了輪輻1與輪輞2連接處的機械性能和抗應力腐蝕性能。而且，階梯焊縫結構是由外環焊縫和內環焊縫組成，攪拌摩擦焊完成的外環縫可保證焊縫達到近於母材的機械性能，MIG焊完成的內環縫提高了接頭的抗疲勞特性。

本發明是通過實施例來描述的，但並不對本發明構成限制，參照本發明的描述，所公開的實施例的其他變化，如對於本領域的專業人士是容易想到的，這樣的變化應該屬於本發明權利要求限定的範圍之內。