一种阻尼器热成型与电渣焊复合制造方法及设备与流程

本发明涉及机械制造及金属加工，具体为一种阻尼器热成型与电渣焊复合制造方法及设备。

背景技术：

1、阻尼器是工程结构中用于减振耗能的部件，其主要结构件阻尼环通常采用低合金高强度结构钢制成。阻尼环的制造过程涵盖大型毛坯热成型、厚截面拼接焊接、焊后热处理及表面防腐等复合制造工序。在现有的制造流程中，各项工艺环节仍存在衔接与控制上的不足。

2、阻尼环预制件在采用常规电渣焊进行厚截面拼接时，通常采用全程恒定的电压参数进行引弧造渣与电渣熔炼。由于未能根据焊接进程调整电阻热输入，渣池在焊接中后期容易发生过热沸腾，引发金属及熔渣液滴飞溅。熔池的不稳定流态随之造成焊缝内部气孔与未熔合缺陷的形成。在电渣焊收弧阶段，金属熔池顶面直接与空气接触，局部温度梯度大导致液态金属冷却过快，阻碍冒口区域向下的体积补缩，使得收弧处容易产生深邃缩孔并向下延伸影响焊接本体质量。

3、经过热成型和焊接工序后，阻尼环内部积聚较高的残余应力。现有的热处理工艺多采用直接升温至相变温度的单阶加热方式，内部残余应力在高温阶段集中释放，导致阻尼环容易产生宏观尺寸扭曲与角变形。同时应力的非均匀释放会干预随后的奥氏体化过程，造成室温组织中出现局部晶粒粗大或成分不均的现象，降低材料吸收断裂能量的能力，导致阻尼环的低温冲击韧性发生衰减。

4、在阻尼环表面的防腐处理方面，常采用未改性的双酚a型环氧树脂制备防腐涂料。常规双酚a型环氧树脂的分子骨架刚硬，固化成膜后涂层交联网络存在应力集中，形变适应能力差，在受到外部形变或冲击载荷时容易萌生脆性微裂纹甚至发生剥落。未改性的环氧涂层表面具有较强的亲水性，无法有效延缓水分和氯离子等腐蚀介质向金属基材的润湿渗透过程，难以维持高强度的介电屏蔽层，电化学防腐性能有限。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种阻尼器热成型与电渣焊复合制造方法及设备，解决了阻尼环复合制造过程中，电渣焊易产生内部缺陷与收弧区深层缩孔，焊后热处理因应力集中释放导致工件变形与低温冲击韧性衰减以及常规防腐涂层柔韧性差易开裂且抗介质渗透性能不足的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明第一方面提供一种阻尼器热成型与电渣焊复合制造方法，包括以下步骤：

4、根据成品阻尼环尺寸反推下料尺寸，将低合金高强度结构钢原材切割，加热至880-900℃进行奥氏体化后进行热辊锻变形，压制成型为阻尼环预制件，切除工艺余头制备出焊接端面；

5、将阻尼环预制件装配至专用焊接工装，安装焊接防变形工装并保持刚性拘束，连接循环冷却水路，在焊接部位中下部区域预先放置专用电渣焊焊剂，输出高电压电平进行起弧造渣，渣池建立后将焊接电压平滑降至稳态电渣熔炼电压，进入稳定电渣熔炼阶段，金属熔池液面上升至顶部冒口区域时再次加入所述焊剂覆盖熔池液面进行补缩；

6、焊后切除顶部结晶冒口并进行超声波无损探伤，将由焊接防变形工装保持刚性拘束的焊接件送入热处理炉，依次进行去应力退火和相变重结晶，在空气中自然冷却至室温后拆除焊接防变形工装；

7、对阻尼环表面进行喷丸除锈并涂覆双组分有机硅改性环氧防腐涂料。

8、优选的，所述专用电渣焊焊剂由以下重量百分比的原料混合均匀制成：

9、氟化钙30%-40%；

10、氧化铝20%-25%；

11、二氧化硅17%-20%；

12、氧化钙10%-15%；

13、一氧化锰8%；

14、硅铁粉2%-5%。

15、优选的，所述循环冷却水路的水压为0.2～0.4mpa，所述高电压电平为50～55v，所述稳态电渣熔炼电压为25～35v。

16、优选的，所述去应力退火和相变重结晶的处理条件为：

17、以100～150℃/h的升温速率加热至550～620℃并保温1.5～2.5h进行去应力退火，继续以100～150℃/h的升温速率升温至880～900℃并保温1.0～2.0h进行相变重结晶。

18、优选的，所述双组分有机硅改性环氧防腐涂料由以下重量份的组分混合均匀制成：

19、有机硅改性环氧树脂15-25份；

20、片状锌粉80-110份；

21、石墨烯1-3份；

22、聚酰胺固化剂5-10份；

23、二甲苯5-10份；

24、正丁醇5-10份。

25、优选的，所述有机硅改性环氧树脂的制备方法为：

26、在带有冷凝回流装置和搅拌装置的反应釜中，将100重量份的双酚a型环氧树脂加热至80～90℃使其完全熔融，加入0.5-1.0重量份的钛酸四丁酯，在通入氮气保护并恒速搅拌的条件下，缓慢滴加30-40重量份的端羟基聚二甲基硅氧烷，滴加完毕后升温至120～130℃并保温反应3～4h，在反应体系的环氧值下降至设定目标参数且保持稳定时降温至45～55℃出料。

27、本发明第二方面提供一种阻尼器热成型与电渣焊复合制造设备，包括总体中央控制系统、加热成型单元、变压电渣焊单元、阶梯式热处理单元和表面防腐处理单元，各单元分别与所述总体中央控制系统进行信号交互，且各单元之间设置有受控于所述总体中央控制系统用于实现工件上下料及转移的工件自动转运机构；

28、所述加热成型单元包括中频感应加热炉和位于其下游的热辊锻设备；

29、所述变压电渣焊单元包括焊接工装、横跨安装于阻尼环焊缝两侧区域的刚性拘束防变形工装、连通至所述焊接工装底部冷却流道的水冷系统、送丝机构和变电压焊接电源以及安装于所述焊接工装上方的红外视觉液位传感器，所述红外视觉液位传感器用于实时监测金属熔池的液面高度并向控制系统反馈信号；

30、所述阶梯式热处理单元包括台车式电阻炉；

31、所述表面防腐处理单元包括喷丸清理室和高压无气喷涂机。

32、优选的，所述焊接工装的底座上设有与阻尼环设计曲率相吻合的定位挡块和液压夹紧臂；

33、所述刚性拘束防变形工装由压板和螺栓锁紧机构组成；

34、所述水冷系统包括水箱、循环水泵和带有压力传感器的调节阀；

35、所述变电压焊接电源采用绝缘栅双极型晶体管逆变电源，其输出端分别连接至所述送丝机构的导电嘴和工件本体。

36、优选的，所述变电压焊接电源内部集成有可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器配置为执行以下控制逻辑：

37、接收外部输入的起弧信号，控制所述变电压焊接电源输出高电压电平；

38、通过外接的电流互感器监测回路电流变化，当检测到短路电弧电流波动趋于平稳并持续设定时间后，判定液态渣池建立完毕；

39、控制所述变电压焊接电源将输出电压在预设过渡时间内平滑线性降至稳态电渣熔炼电压；

40、在电渣熔炼阶段维持所述稳态电渣熔炼电压，直至所述红外视觉液位传感器检测到液态金属液面上升至顶部并接收到收弧信号。

41、优选的，所述台车式电阻炉配置有多点热电偶、可控硅温度控制器和电阻加热丝，所述可控硅温度控制器预设有多段程序控温曲线，并通过比较热电偶的反馈温度与设定温度，调节可控硅的导通角以控制电功率输出；

42、所述喷丸清理室内部装有抛丸器和砂料回收分离器，所述高压无气喷涂机配置有气动柱塞泵。

43、本发明提供了一种阻尼器热成型与电渣焊复合制造方法及设备。具备以下有益效果：

44、1、本发明在电渣焊工序中采用变压控制与顶部二次补缩相配合的工艺，起弧造渣后平滑降压至低电压进行稳态熔炼，抑制电阻热输入过大引发的渣池过热飞溅，维持熔池流态稳定，减少焊缝内部的气孔与未熔合缺陷，同时在液态金属上升至冒口区域时二次添加专用焊剂进行覆盖，为收弧区提供保温缓冷条件，减缓顶部的结晶速率，保障液态金属向下的体积补缩过程，防止收弧处深层缩孔的产生，提高焊接部位的致密度。

45、2、本发明在焊后热处理阶段采用去应力退火与相变重结晶相结合的阶梯式加热方案，并在热处理前期维持刚性拘束防变形工装，使工件在再结晶温度以下先发生结构回复，平缓释放制造过程中积聚的宏观残余应力，避免直接进入高温相变区引发的剧烈应力释放与结构扭曲，保障阻尼环整体的圆度与平面度公差，应力的均匀释放也改善后续奥氏体化过程的组织均匀性，促进冷却相变时的晶粒细化，使阻尼环保留良好的力学强度和低温冲击韧性。

46、3、本发明采用端羟基聚二甲基硅氧烷对双酚a型环氧树脂进行脱水缩合改性，以此作为基体配制防腐涂料，硅氧烷柔性链段引入环氧树脂主链后起到内增塑作用，降低涂层交联网络中的内应力集中，提高涂层在承受外部形变和冲击载荷时的韧性与抗开裂能力，在涂层固化成膜时，低表面能的硅氧烷向表面富集构建出疏水界面，结合片状锌粉和石墨烯在涂层内部的物理阻隔作用，阻滞水分和氯离子向金属基底的渗透，提升阻尼环的电化学防腐性能。