一种车架的焊接设备及工艺的制作方法

本申请涉及焊接加工的领域，尤其是涉及一种车架的焊接设备及工艺。

背景技术：

1、车架作为车辆的核心承载结构，其焊接质量直接决定整车安全性与使用寿命。目前，车架焊接生产普遍采用co2气体保护焊或机器人电弧焊进行组焊，焊后通过整体热时效或振动时效消除残余应力。热时效工艺需将整个车架加热至550～650℃并保温数小时，能耗巨大且易引发二次变形；振动时效虽可在常温下进行，但其应力消除率通常不足30％，对于残余应力峰值可达母材屈服强度90%的高强钢车架而言，效果极为有限。此外，部分高附加值车架采用焊后整体深冷处理以改善接头组织，但该工艺均为焊件冷却至室温后离线进行，工序割裂，转运等待时间占比高，且其核心目的在于组织调控而非应力场主动重构。

2、上述现有工艺的根本缺陷在于，均将应力消除视为焊后独立的补救工序，而非在焊接过程中对应力的形成进行主动干预。焊接残余拉应力的本质，在于焊缝金属从熔融态冷却至室温的收缩过程中，受到周围冷金属的约束而产生弹性拉应变。现有方法只能在应力完全形成后，通过热松弛或机械振动进行被动、全局的应力释放，无法从根源上阻止或抵消拉应力的累积。对于车架纵梁与横梁连接处、加强板端部等高约束焊缝，现有工艺处理后残余拉应力峰值仍常超过200mpa，在服役振动载荷下成为疲劳裂纹萌生的核心诱因，且焊后热处理与振动时效均无法在焊缝表层主动构建具有抗疲劳效果的残余压应力层。

3、为了解决上述问题，本发明提出一种车架的焊接设备及工艺。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种车架的焊接设备及工艺。

2、第一方面，本申请提供一种车架的焊接设备及工艺，采用如下的技术方案：

3、一种车架的焊接工艺，随焊接过程同步执行如下步骤：

4、s1、获取焊后焊缝及热影响区的实时温度场数据；

5、s2、当检测到焊缝上的目标微区冷却进入预设的中温塑性窗口时，对该目标微区施加间隔脉冲式深冷冲击；所述脉冲深冷冲击作用于焊后冷却的固态中温阶段，使目标微区在瞬态热应力作用下产生可控压缩塑性变形；

6、s3、目标微区处理完成后停止脉冲深冷冲击，使焊缝在空气中自然恢复至室温，在焊缝表层形成残余压应力层。

7、优选的，所述中温塑性窗口的温度范围基于母材高温蠕变特性与应力调控阈值确定；针对碳素钢及低合金高强钢，所述中温塑性窗口为200℃～300℃，该温度区间内材料蠕变抗力显著降低，可在瞬态热应力作用下产生压缩塑性变形。

8、优选的，所述脉冲深冷冲击的脉冲频率为1～5hz，喷射压力为0.5～1.0mpa；通过调节脉冲频率和喷射压力，控制目标微区的压缩塑性变形量。

9、优选的，在步骤s2之前还包括：

10、当所述目标微区冷却至高于所述中温塑性窗口的高温相变窗口时，对焊缝两侧热影响区施加脉冲压缩空气冲击，打断奥氏体晶粒长大过程并增殖相变形核点，细化热影响区晶粒组织。

11、优选的，针对碳素钢及低合金高强钢，所述高温相变窗口的温度范围为600℃～750℃；所述脉冲压缩空气冲击的脉冲频率为2～4hz，喷射压力为0.3～0.6mpa，且对称施加于焊缝两侧。

12、优选的，执行所述脉冲压缩空气冲击的脉冲气冷单元与执行所述脉冲深冷冲击的脉冲深冷单元，沿焊接前进方向前后间隔布置，二者的间距l满足：

13、l=v×(t1+t2)

14、其中，v为焊接前进速度，t1为母材从所述高温相变窗口冷却至所述中温塑性窗口的自然冷却时长，t2为0.5～2s时序稳定余量。

15、优选的，步骤s1中，在温度检测路径上产生与焊接前进方向一致的吹扫气幕，清除焊接烟尘对温度检测的干扰。

16、优选的，针对t形接头焊缝，采用两个对称布置于焊缝两侧的喷嘴同步施加所述脉冲深冷冲击。

17、优选的，还包括安全冗余步骤：

18、当检测到目标微区的温度超出预设的控制动作窗口，且持续超出时间达到预设的延迟时间阈值时，停止施加所述脉冲深冷冲击；

19、其中，所述控制动作窗口的下限低于所述中温塑性窗口的下限，所述控制动作窗口的上限高于所述中温塑性窗口的上限。

20、第二方面，本申请提供一种车架的焊接设备，采用如下的技术方案：

21、一种车架的焊接设备，包括：

22、一焊接执行单元，用于产生焊接电弧并沿焊接方向前进；

23、一温度场感知单元，以获取焊后焊缝区的实时温度场数据；

24、一脉冲气冷冲击单元，用于对焊缝两侧热影响区施加脉冲压缩空气冲击；

25、一脉冲深冷冲击单元，用于对该目标微区施加间隔脉冲式深冷冲击；

26、一系统控制器，分别与所述温度场感知单元和所述脉冲深冷冲击单元连接，被配置为：接收所述实时温度场数据并判断目标微区是否进入高温相变窗口或中温塑性窗口；

27、当进入所述高温相变窗口时，控制所述脉冲气冷冲击单元施加脉冲压缩空气冲击；

28、当进入所述中温塑性窗口时，控制所述脉冲深冷冲击单元依次对各个进入中温塑性窗口的微区施加间隔脉冲式深冷冲击。

29、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

30、1.本申请将应力调控的时机从焊后离线处理提前至焊接过程中，在残余拉应力尚未完全固化的中温塑性阶段主动干预，通过脉冲深冷冲击在焊缝表层诱导可控压缩塑性变形，使焊缝表层形成残余压应力层，从根源上消减焊接残余拉应力，而非在应力完全形成后进行被动消除，应力调控效果显著优于现有热时效和振动时效工艺。

31、2.本申请实现了焊接与应力调控的同步一体化完成，省去了传统工艺中焊后矫形、离线热时效或振动时效等独立工序，大幅缩短了车架生产周期，消除了工序间转运等待时间，提高了生产效率。

32、3.本申请采用间隔脉冲式深冷冲击替代连续冷却，通过“高压喷射-间歇”交替作用，在表层多次产生“骤冷-蠕变”循环，使压缩塑性变形逐次累积，同时间歇时段避免了连续冷却可能导致的表层过度冷淬和淬火裂纹风险，工艺可靠性高。

33、4.本申请基于实时温度场感知对每个微区独立判断其是否进入中温塑性窗口，按实际温度窗口到达顺序依次施加冲击，而非按焊接先后顺序或预设空间位置处理，能够适应焊缝不同位置壁厚、散热条件和焊接速度变化导致的冷却顺序差异，确保了应力调控的全局均匀性。

34、5.本申请通过在高温相变窗口施加脉冲压缩空气冲击打断奥氏体晶粒长大，再在中温塑性窗口施加脉冲深冷冲击重构应力场，两级温度窗口梯次利用焊后余热，实现了热影响区组织细化与应力场主动重构的双重调控，且细化后的晶粒组织拥有更多晶界作为塑性流变的协调界面，进一步提升了应力重构效率和均匀性。

1.一种车架的焊接工艺，其特征在于，随焊接过程同步执行如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，所述中温塑性窗口的温度范围基于母材高温蠕变特性与应力调控阈值确定；针对碳素钢及低合金高强钢，所述中温塑性窗口为200℃～300℃，该温度区间内材料蠕变抗力显著降低，可在瞬态热应力作用下产生压缩塑性变形。

3.根据权利要求1所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，所述脉冲深冷冲击的脉冲频率为1～5hz，喷射压力为0.5～1.0mpa；通过调节脉冲频率和喷射压力，控制目标微区的压缩塑性变形量。

4.根据权利要求1所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，在步骤s2之前还包括：

5.根据权利要求4所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，针对碳素钢及低合金高强钢，所述高温相变窗口的温度范围为600℃～750℃；所述脉冲压缩空气冲击的脉冲频率为2～4hz，喷射压力为0.3～0.6mpa，且对称施加于焊缝两侧。

6.根据权利要求4所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，执行所述脉冲压缩空气冲击的脉冲气冷单元与执行所述脉冲深冷冲击的脉冲深冷单元，沿焊接前进方向前后间隔布置，二者的间距l满足：

7.根据权利要求1所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，步骤s1中，在温度检测路径上产生与焊接前进方向一致的吹扫气幕，清除焊接烟尘对温度检测的干扰。

8.根据权利要求1所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，针对t形接头焊缝，采用两个对称布置于焊缝两侧的喷嘴同步施加所述脉冲深冷冲击。

9.根据权利要求1所述的一种车架的焊接工艺，其特征在于，还包括安全冗余步骤：

10.一种车架的焊接设备，用于执行权利要求1至9任一项所述的工艺，其特征在于，包括：