通过闪光对接焊制造钢部件的方法以及使用该方法制得的部件的利记博彩app
【专利摘要】用于制造具有闪光对接焊接头(24)的钢部件(14、30、32)的方法，该方法包括通过闪光和顶锻该焊接点而对焊接头(24)进行闪光对接焊的步骤。所述方法包括：在顶锻该焊接点的步骤之后、提供热量(22)给所述部件(14、30、32)的至少焊接头(24)以增加焊接头(24)的温度或者将焊接头(24)的温度保持在升高的温度处的步骤。
【专利说明】通过闪光对接焊制造钢部件的方法以及使用该方法制得的 部件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于由钢制造例如轴承环的部件的方法。本发明也涉及使用该方法制 得的部件。
【背景技术】
[0002] 闪光对接焊或者"闪光焊"是用于接合金属轨道、杆、链或者管的节段的电阻焊接 技术，其中，将各节段的端与端对齐并且进行电子充电以产生电弧，电弧熔化并焊接各节段 的端部，产生异常坚固和光滑的接头（joint)。
[0003] 闪光对接焊电路通常包括低压高电流能量源（通常是电焊变压器）以及两个夹紧 电极。待焊接的两个节段被夹紧在电极上，逐渐靠拢直到二者相接并轻微接触。变压器通 电会引起高强度电流流过彼此接触的各区域。闪光开始，并且各节段以足够的力和速度锻 接在一起从而保持闪光活动。当已经在待焊接的两个表面上建立热梯度之后，施加顶锻力 (upset force)以完成焊接。该顶锻力将熔渣、氧化物和熔融金属从焊接区压出，将焊接淤 积（welding accretion)留在受热金属的较冷区域。然后，该接头得以在夹钳被打开以释 放焊接物体之前稍微冷却。根据需要，焊接淤积可以被留在适当位置或者在焊接物体仍然 是热的时候通过剪切被移除或者通过研磨被移除。
[0004] 虽然闪光对接焊是简单高效的焊接技术，但由于在闪光对接焊期间和之后发生 的、例如焊接/淬火裂纹的缺陷，并且由于围绕焊接头的热影响区（HAZ)中的钢的微观结 构会被闪光对接焊改变，在其焊接头附近的部件的物理特性可能受到闪光对接焊的不利影 响。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供用于制造具有闪光对接焊接头的钢部件的改进方法。
[0006] 该目的通过这样一种方法实现，该方法包括以下步骤：通过闪光和顶锻 (upsetting)该焊接点（weld)而对接头进行闪光对接焊，然后，在顶锻该焊接点的步骤之 后、提供热量给该部件的至少焊接头以增加焊接头的温度或者将焊接头的温度保持在升高 的温度处。
[0007] 通过在顶锻该焊接点的步骤之后、提供热量给该部件的至少焊接头，可以避免或 者减少诸如焊接/淬火裂纹的缺陷。此外，在围绕焊接头的热影响区（HAZ)中的微观结构 可以至少部分地恢复至在闪光对接焊之前的微观结构，从而，在制得的部件中不存在围绕 焊接头的软化区域。通过在闪光对接焊之后提供热量给至少该焊接头，通常在闪光对接焊 之后在热影响区（HAZ)中观察到的过程贝氏体结构可至少部分变形，由此，在HAZ中钢的硬 度/韧度（toughness)将至少部分地恢复或者变化为大致与钢的剩余部分（其不会受到来 自闪光对接焊过程的热的不利影响）中的钢硬度/韧度相匹配。
[0008] 热量可以仅被提供到焊接头附近，或者被提供给部件的一个或者多个部分，于是 热量可以例如通过部件本身的传导性而被传递至焊接头。也就是说，热量至少被提供给已 经受到闪光对接焊的不利影响的钢，即，在围绕部件或者围绕部件的每个焊接头的热影响 区（HAZ)中的钢。
[0009] 根据本发明的一个实施例，该方法包括在提供热量给该部件的至少该焊接头的步 骤之前并且在顶锻该焊接点以提高所述部件的焊接头的温度的步骤之后、将该部件冷却至 上马氏体点（Ms)之上的温度从而形成珠光体/贝氏体的步骤。
[0010] 根据本发明的一个实施例，热量是通过用加热装置加热至少该焊接头而提供的， 该加热装置例如为感应加热装置。
[0011] 根据本发明的进一步的一个实施例，热量是通过用闪光对接焊设备加热至少该焊 接头而提供的。热量优选通过用闪光对接焊设备、利用交流电（AC)加热至少该焊接头而提 供，从而，该部件可以保持得比使用直流电（DC)时冷。
[0012] 根据本发明的一个实施例，额外地或者作为替代方案，热量是通过在顶锻该焊接 点的步骤之后、使至少该焊接头绝缘而提供的。热绝缘材料可以被设置在至少该焊接头周 围，以防止或者减慢部件的冷却速率。在顶锻该焊接点的步骤之后，可以例如将热绝缘材料 套筒围绕该焊接头放置。
[0013] 根据本发明的另一个实施例，该方法包括仅在提供热量给至少该焊接头的步骤之 后、将该部件冷却至室温的步骤。
[0014] 根据本发明的又一个实施例，该方法包括在热量提供步骤之后硬化至少部分该部 件的步骤。该部件可以例如在热量提供步骤和硬化步骤之间被冷却至室温。
[0015] 根据本发明的又一个实施例，该部件是环，比如轴承环。根据本发明的方法特别地 但并不排他地适用于制造大尺寸环（即，外径等于或者大于0. 5m、大于lm、大于2m或者大 于3m的环）。
[0016] 根据本发明的又一个实施例，钢具有重量百分比为0. 1-1. 1%、优选为0.6-1. 1% 或者最优选为〇. 8-1. 05%的碳含量。
[0017] 根据本发明的一个实施例，钢具有重量百分比如下的下述成分：
[0018] C 0.5-1.1 Si 0-0.15 Mn 0-1.0 Cr 0.01-2.0 Mo 0.01-1.0 Ni 0.01-2.0
[0019] V和/或Nb V为0.01-1.0或Nb为0.01-1.0,或者这两种元素均为0.01-1.0
[0020] S 0-0.002 P 0-0.010 Cu 0-0.15 Al 0.010-1.0
[0021] 剩余物为Fe以及通常含有的杂质。
[0022] 通过最小化钢中的硅含量以及减少锰和铬的含量（其是合金元素，易于被氧化） 并达到上述所指示的程度，钢将会更稳定并且将不易于在闪光对接焊期间被氧化。钢的硫 含量减少至绝对最小值，由此，在已经经受了闪光对接焊的钢中的非期望的非金属包含物 的含量将最小化。通过在钢制作期间的特殊钢包（ladle)处理，可以获得整个厚度上的高 度延展性（ductility)，该特殊钢包处理确保了非常低的硫含量以及非金属包含物的受控 形状。
[0023] 钢的磷含量也减少至绝对最小值，从而在钢经受闪光对接焊时阻碍钢中的残余元 素或夹入元素 （tramp element)迁移至奥氏体晶界（其会显著地弱化焊接区）。钥、镍并且 可选地还有钒的添加为钢提供了足够的硬度以实现大部件（即，具有500_或者更大外径 的部件）的完全硬化。
[0024] 因此，闪光对接焊产生的不期望的材料流的不利影响可以通过使用这样的钢而得 到限制。也就是说，使用这样的钢提供了具有更好的接头/焊接的结合/焊接部件，因为这 种结合/焊接部件不包含可能另外出现的结构上弱化的区域。因此，与不包括这样的钢的 结合/焊接部件相比较，该结合/焊接部件具有高度的结构一体性。因此，这样的钢适用于 闪光对接焊，并且特别适于制造旨在在疲劳特性和硬度特性上具有高需求的应用的部件， 该部件也在其制造期间或之后经受闪光对接焊。
[0025] 本发明还涉及利用根据本发明的任一实施例的方法制造的部件。该部件可以是 环，比如用于诸如滚柱轴承、滚针轴承、锥形滚柱轴承、球形滚柱轴承、螺线管滚柱轴承、止 推轴承或者用于经受诸如滚动接触或者组合的滚动和滑动的交变赫兹应力的任何应用的 轴承的轴承环。该轴承可以例如用于汽车、水、船、金属生产或者其它需要高耐磨度和/或 需要增加疲劳和拉伸强度的机器应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 下文将参照附图、通过非限制性示例进一步解释本发明，在附图中：
[0027] 图1-4示出了根据本发明的实施例的方法的步骤；
[0028] 图5示出了在根据本发明的实施例的闪光对接焊步骤之后的轴承环；
[0029] 图6示出了根据本发明的实施例的方法的步骤；以及
[0030] 图7示出了根据本发明的实施例的轴承。
[0031] 应该指出的是附图没有按照比例绘制，并且为了清楚的目的，特定构件的尺寸已 经被夸大。
【具体实施方式】
[0032] 图1-4示意性地示出了根据本发明的实施例的方法的各种方法步骤。图1示出 了钢10,其被锻造以生产具有两个相对端部12a和12b的钢条（steel bar) 12。可以由重 量超过4吨、超过10吨、超过15吨、超过20吨或者更重的钢锭锻造出钢述板（slab)、钢 块（bloom)或者钢坯（billet)。可以由该钢坯板、钢块或者钢坯锻造或者切割出至少一个 钢条。钢坯是具有小于230cm2的圆形或者方形横截面的金属段。钢块类似于钢坯，但横 截面面积大于230cm2。钢坯板是具有矩形横截面的金属段。所述刚可以具有如下重量百 分比（％)的如下成分：C 0· 5-1. 1，Si 0-0· 15, Mn 0-1. 0, Cr 0· 01-2. 0, Mo 0· 01-1. 0, Ni 0. 01-2. 0, V 和 / 或 Nb ;0. 01-1. 0 的 V 或者 0. 01-1. 0 的 Nb,或者两种元素均为 0. 01-1. 0， S 0-0· 002, P 0-0· 010, Cu 0-0· 15, Al 0· OlO-L 0,剩余物为 Fe 以及通常含有的杂质。
[0033] 应该指出的是，在所示实施例中示出的钢条12的端部12a、12b包括与钢条12 的侧表面12c、12d形成90°角的端部。然而，钢条12可以包括与钢条的侧表面12c、 12d形成大于或者小于90°的角的端部12a、12b，也就是说，钢条12可以包括对顶地倾斜 (diagonally sloping)的端部。此外，钢条12的端部12a和12b不必具有平坦表面。
[0034] 钢条的至少一个表面12a、12b、12c、12d的至少一部分可以在闪光对接焊之前被 渗碳。例如，可以使用任何传统的方法使该相对端部均匀地或者非均匀地渗碳，以形成连续 的或者非连续的渗碳层，在这些传统方法中，在存在另一种在分解时释放碳的材料的情况 下加热该钢条，接着通过淬火快速冷却该钢条。
[0035] 图2示出了单个钢条12,其已经形成为开口轴承环14。应该指出的是，可替换地， 多个钢条12中的每个钢条可以形成为环形段，由此，两个或者更多个环形段可以被闪光对 接焊在一起以形成包括两个或者更多个焊接头的轴承环14。
[0036] 图3示出了通过闪光对接焊焊接在一起的开口轴承环14的端部12a、12b。开口轴 承环14的端部12a、12b被夹紧且以受控的速率靠拢，对其施加来自于变压器16的电流。在 两个端部12a、12b之间形成电弧。在闪光对接焊过程开始时，弧隙18大得足以平整（even out)并且清洁这两个表面12a、12b。减小、并且接着闭合和打开该弧隙18,这在两个表面 12a、12b中产生热量。当这两个表面12a、12b处的温度已经达到锻造温度时，压力沿着图3 中块箭头20的方向施加（或者抵靠固定端部锻造可动端部）。在这两个表面12a、12b之间 形成闪光，该闪光引起焊接区域中的任何碳从表面12a、12b朝着轴承环的内、外表面12c、 12d快速向外流动，产生干净的焊接头。在闪光之后，迅速施加顶锻（upset)力以完成该焊 接。该顶锻力将烙渔、氧化物和烙融金属从焊接区压出，将焊接游积（welding accretion) 留在受热金属的较冷区域。
[0037] 根据本发明的一个实施例，在顶锻该焊接点以增加所述部件的焊接头的温度的步 骤之后，焊接轴承环被冷却至上马氏体点（Ms)之上的温度从而形成珠光体/贝氏体。
[0038] 图4示出了 ：在闪光、顶锻和冷却步骤之后，热量22被提供给该部件的焊接头24 以增加焊接头24的温度或者将焊接头24的温度保持在升高的温度处。热量22可以由任 何合适的加热装置提供，例如通过感应加热装置提供。额外地或者可替换地，热量22可以 使用闪光对接焊设备本身提供，例如利用交流电（AC)提供。可替换地或者额外地，可以通 过提供至少围绕该焊接头24的热绝缘材料来使该焊接头24绝缘。例如，可以围绕该焊接 头24放置热绝缘材料套筒。热量可以被提供给焊接头24从而将焊接头的温度保持在大约 900°C的温度处达至少5分钟。
[0039] 在热量提供步骤之后，至少部分该焊接部件可以经受焊接后热处理，例如渗碳，从 而增加其表面硬度、耐磨度和/或疲劳和拉伸强度。渗碳是一种热处理步骤，其中，在存在 分解时释放碳的另一种材料的情况下，铁或者钢部件被加热。部件的外表面将具有比原始 材料更高的碳含量。当铁或者钢部件通过淬火被快速冷却时，在外表面上的较高碳含量变 得坚硬，而芯子保持柔软（即，延展性）和坚韧。
[0040] 可替换地，焊接部件可以在热量提供步骤之后被冷却，例如通过水淬火、油淬火或 者基于聚合物的淬火而冷却。
[0041 ] 积聚在焊接轴承环的内、夕卜表面12d和12c上的任何焊接游积（welding accretion) 26 (在图5中示出）可以通过例如剪切和研磨得以移除，该焊接淤积例如包含熔 渣、氧化物和/或熔融金属。
[0042] 图6示出了根据本发明的一个实施例的由钢制造部件的方法的步骤。该方法包括 以下步骤：通过闪光和顶锻该焊接点而对该部件进行闪光对接焊，将该部件冷却至上马氏 体点（Ms)之上的温度从而形成珠光体/贝氏体，接着提供热量给该部件的至少焊接头以增 加该焊接头的温度或者将该焊接头的温度保持在升高的温度处。不允许该部件在顶锻该焊 接点的步骤和提供热量给该部件的至少焊接头的步骤之间发生实质性冷却，即，例如在热 量被提供给至少该焊接头之前，该部件不被冷却至室温。在热量已经被提供给该焊接头达 预定量时间之后，至少部分该部件可以经受例如硬化热处理。
[0043] 图7示出了轴承28的例子，也就是滚动元件轴承，其尺寸可在从IOmm直径至数米 直径的范围内，并且具有从数十克至几千吨的负荷能力。也就是说，根据本发明的轴承28 可以具有任何尺寸且具有任何负荷能力。轴承28具有内环30、外环32以及一组滚动元件 34,其一个环或者两个环可由根据本发明的环构成。滚动元件轴承28的内环30、外环32和 /或滚动元件34、并且优选地该滚动元件轴承28的所有滚动接触部件由包括重量百分比为 0.20至0.40的碳的钢制成。
[0044] 与利用传统方法（其中，在闪光对接焊之后不提供热量给部件，该部件是在不使 用任何热绝缘的情况下被冷却的）制造的对应的部件相比，利用根据本发明的实施例的方 法（其中，在闪光对接焊之后，热量被提供给部件的至少该焊接头）制成的部件将具有更小 的热影响区（HAZ)。因此，与利用所述传统方法制造的部件相比，这样的部件将具有改善的 和/或更均匀的物理特性。
[0045] 在权利要求范围内的本发明的进一步修改对于本领域技术人员而言是显而易见 的。
【权利要求】
1. 一种用于制造具有闪光对接焊接头（24)的钢部件（14、30、32)的方法，包括通过闪 光和顶锻该焊接点而对接头（24)进行闪光对接焊的步骤，其特征在于，所述方法包括在顶 锻该焊接点的步骤之后、提供热量（22)给所述部件（14、30、32)的至少焊接头（24)以增加 焊接头（24)的温度或者将焊接头（24)的温度保持在升高的温度处的步骤。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其包括在提供热量（22)给所述部件（14、 30、32)的至少焊接头（24)的所述步骤之前以及在顶锻该焊接点以增加所述部件（14、30、 32)的焊接头（24)的温度的步骤之后、将所述部件（14、30、32)冷却至上马氏体点（Ms)之 上的温度的步骤。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热量（22)是通过用加热装置加 热至少所述焊接头（24)而提供的。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加热装置包括感应加热装置。
5. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热量（22)是通过用闪光对接焊 设备加热至少所述焊接头（24)而提供的。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热量（22)是通过用闪光对接焊设备、 利用交流电（AC)加热至少所述焊接头（24)而提供的。
7. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述热量（22)是通过在顶锻该 焊接点的步骤之后、使至少所述焊接头（24)绝缘而提供的。
8. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，其包括仅在提供热量（22)给至 少所述焊接头（24)的所述步骤之后、冷却所述部件（14、30、32)的步骤。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其包括在所述热量提供步骤之后、硬化至 少部分所述部件（14、30、32)的步骤。
10. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述钢（10)具有重量百分比 为0. 1-1. 1 %、优选为0. 6-1. 1 %或者最优选为0. 8-1. 05%的碳含量。
11. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述部件（14、30、32)是环 (14、30、32)。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述环（14、30、32)是轴承环（14、30、 32)。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述环（14、30、32)的外径等于或 者大于0. 5m。
14. 根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述钢（10)具有重量百分比 如下的下述成分：
V和/或Nb V为0. 01-1. O或者Nb为0. 01-1. 0,或者两种元素均为0. 01-1. O
剩余物为Fe以及通常含有的杂质。
15. -种部件（14、30、32)，其特征在于，其是使用根据前述任一项权利要求所述的方 法制造的。
16. 根据权利要求15所述的部件（14、30、32)，其特征在于，其是环（14、30、32)。
17. 根据权利要求16所述的部件（14、30、32)，其特征在于，其是轴承环（14、30、32)。
【文档编号】C21D9/50GK104245213SQ201280068489
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2011年12月20日
【发明者】P.达尔曼, V.雷西纳, S.拉森 申请人:Skf公司