本發(fā)明涉及合金結(jié)構(gòu)鋼熔化焊接領(lǐng)域，具體地說，涉及一種變速箱用低碳合金結(jié)構(gòu)鋼齒輪總成的焊接方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，在汽車或工程機械變速箱內(nèi)的齒輪制造過程中，為了減小齒輪冷加工的難度，提高生產(chǎn)效率，經(jīng)常將齒輪分為各自獨立的兩個部分分別加工，然后將兩部分復合在一起，形成一個整體，構(gòu)成復合齒輪，也稱為齒輪總成。兩種零件一般通過焊接連接而成為一個部件，焊縫的形狀為環(huán)形焊縫。焊接而成的齒輪總成在變速箱內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，主要受到較大的扭轉(zhuǎn)和沖擊應力，焊縫的結(jié)構(gòu)及焊接優(yōu)良與否直接關(guān)系到整個變速箱的可靠性。

齒輪總成在國內(nèi)外的焊接方法一般采用激光焊接或者電子束焊接，設(shè)備精密，價值昂貴和復雜，主要依靠進口，投資巨大。且采用激光焊接或者電子束焊接，還需要焊前預熱、焊后保溫工序。

此外，齒輪總成的材料，比如申請人所生產(chǎn)的齒輪總成，離合器殼體材料為20crmo，驅(qū)動齒輪的材料為19crni5，材料均為低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，除含碳量在0.15％～0.3％之外，還含有cr、mn、mo、ti、ni、v等合金元素，兩種材料的碳當量分別為0.58％和0.87％，一般情況下，碳當量大于0.45％時，具有產(chǎn)生冷裂紋的傾向，焊前需要預熱，焊后需要保溫，以消除冷裂紋傾向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種無需焊前預熱、焊后保溫工序，且焊縫韌性高，抗冷裂性能好的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼齒輪總成的焊接方法。

本發(fā)明所述的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼齒輪總成的焊接方法，包括以下步驟：

(1)將齒輪和離合器殼體裝配位置處加工成帶鈍邊的u形坡口；

(2)清理坡口位置處雜質(zhì)，將齒輪和離合器殼體進行壓裝；

(3)將呈180°設(shè)置的兩把焊槍調(diào)節(jié)至坡口內(nèi)后開始焊接，焊接時保持壓裝的齒輪和離合器殼體同時旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至180°時熔合焊縫起始端，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)10°，轉(zhuǎn)動停止，進行收弧焊接。

進一步的，步驟(3)采用87％氬氣與13％二氧化碳混合氣體作為保護氣氛，用藥芯焊絲作為焊材。焊接時將焊縫周圍的空氣吹散開，并隔離大氣中過量氧氣的影響，保護焊接熔池，使焊接過程得以連續(xù)、均勻地進行。氬氣和二氧化碳的用量為體積分數(shù)。

進一步的，坡口的尺寸滿足：坡口深度：根部寬度﹤1，鈍邊厚度：坡口深度＝0.1～0.5坡口角度17～23°，坡口底部圓弧半徑：根部寬度＝0.2～1。優(yōu)選的根部寬度：坡口深度＝1.2，鈍邊厚度：坡口深度＝0.3，坡口角度20°，坡口底部圓弧半徑：根部寬度＝0.5。具體到實際齒輪而言，坡口根部寬度為6mm，底部圓弧過渡半徑3mm，坡口深度5mm，鈍邊厚度1.5mm，坡口角度20°。

進一步的，焊接的變形控制在0.2mm以內(nèi)。

進一步的，焊接電流385±10a，電壓28±2v，焊接速度115±5°/min，焊接角度190±5°，引弧時間1.5s，收弧電流120a，收弧電壓18v，收弧時間2s，干伸長度17～18mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明無需傳統(tǒng)壓焊接所需的焊前預熱與焊后保溫工序，能夠節(jié)省預熱和保溫時間約130分鐘，提升了焊接效率，降低了能耗；

(2)本發(fā)明所使用的藥芯焊絲焊后與兩邊母材熔合優(yōu)良，抗冷裂性能好，焊縫韌性高；

(3)本發(fā)明使用的u型坡口，坡口根部較寬使的焊接形成的焊縫截面熔合區(qū)面積大，受熱均勻，與兩邊母材熔合較好，坡口底部鈍邊與焊材熔為一體，滿足了焊縫的設(shè)計強度要求；

(4)焊接工藝參數(shù)的設(shè)置，既能熔合填滿坡口，又能使焊縫的熱影響區(qū)最小，減小焊縫對其他區(qū)域的硬度、金相、變形等的影響，無焊接缺陷產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為本發(fā)明齒輪總成主視圖；

圖2為齒輪總成俯視圖；

圖3為圖1中i處結(jié)構(gòu)意圖；

圖4為本發(fā)明坡口結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中坡口尺寸示意圖，單位為毫米；

圖6為齒輪總成焊縫剖切腐蝕檢驗金相圖；

圖7焊接設(shè)備簡圖；

圖中，1-離合器殼體；2-齒輪；3-焊縫；4-焊后熔合母材區(qū)；5-鈍邊；6-坡口；7-熱影響區(qū)；8-熱影響區(qū)分界線；9-左焊槍；10-右焊槍；11-定位夾緊機構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步解釋。

一種低碳合金結(jié)構(gòu)鋼齒輪總成的焊接方法，包括以下步驟：

(1)坡口6的加工

本實施方式中，離合器殼體1和齒輪2，采用過渡配合結(jié)構(gòu)裝配，經(jīng)過焊接后形成齒輪總成，如圖1和2所示。離合器殼體1和齒輪2配合位置處設(shè)計為截面積較大的、帶有鈍邊5的u型坡口6，如圖4和5所示，坡口6的根部較寬，底部設(shè)有鈍邊5，鈍邊5厚度1.5mm，底部圓弧過渡半徑r＝3.0mm，上部開口尺寸(即根部寬度)6mm，坡口深度為5mm，坡口角度20°。所述的齒輪2為汽車變速箱內(nèi)齒輪。

(2)齒輪總成的焊接

a、焊件焊前清洗與裝配

焊前將坡口6周圍的油污、雜質(zhì)等清洗干凈，保證坡口6周圍清潔無雜質(zhì)，清洗后的齒輪件焊前進行壓裝，并檢查壓裝是否到位。

b、準備焊接氣體

采用87％氬氣與13％二氧化碳混合氣體作為保護氣氛，焊接時將焊縫3周圍的空氣吹散開，并隔離大氣中過量氧氣的影響，保護焊接熔池，使焊接過程得以連續(xù)、均勻地進行。

c、準備焊接材料

采用藥芯焊絲，其擴散氫含量低，飛濺小，成型美觀，焊絲熔敷速度快，在較大電流焊接時，焊接效率高，與兩邊母材熔合優(yōu)良，抗冷裂性和抗沖擊性能好。

d、焊接過程中參數(shù)控制

通過焊接設(shè)備程序調(diào)整設(shè)置焊接工藝參數(shù)為：電流385±10a，電壓28±2v，焊接速度115±5°/min，焊接角度190±5°，引弧時間1.5s，收弧電流120a、收弧電壓18v、收弧時間2s，干伸長度17～18mm。

e、焊接

啟動設(shè)備，焊接開始，兩把焊槍呈180°對稱布置，開始焊接填充焊縫3和熔合母材，工件自動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)至180°時，開始熔合焊縫3起始端的焊接接頭，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)10°，轉(zhuǎn)動停止，進行收弧焊接，通過設(shè)置的收弧焊接工藝參數(shù)，保證起收弧位置的焊縫3無焊接缺陷。焊接完成后焊縫3如圖3所示(圖1和2中為清晰的表示焊縫3，將焊縫3顏色標黑)，單層焊縫3可填滿坡口6，焊后形成焊后熔合母材區(qū)4，坡口6的底部1.5mm鈍邊5焊接后完全熔合，并向下繼續(xù)熔合母材1mm以上，兩零件配合處全部焊透，焊后無應力集中點。圖3中虛線部分為焊前加工形成的坡口6。

焊接設(shè)備如圖7所示，包括左焊槍9、右焊槍10、定位夾緊機構(gòu)10，齒輪總成固定在定位夾緊機構(gòu)10之間，定位夾緊機構(gòu)10可以旋轉(zhuǎn)。

(3)焊縫3的檢驗

a、采用ut探傷對焊縫3進行檢測，內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷；對焊后的齒輪總成焊縫3的起收弧位置、正常焊縫3位置進行切割、檢驗，如圖6所示，可以看出，底部鈍邊5已被熔合，熔池寬且深，熱影響區(qū)分界線8與焊縫3之間為熱影響區(qū)7，熱影響區(qū)7較小，檢測焊縫3及熱影響區(qū)7硬度適當，無焊接缺陷產(chǎn)生。

b、采用與齒輪零件相同狀態(tài)(材料、熱處理狀態(tài)等)的焊接材料、焊接工藝參數(shù)等，焊接后制備的標準力學性能試樣進行工藝評定，拉伸試樣斷裂在母材，未在焊縫3區(qū)域；背彎試樣及正彎試樣彎曲到材料允許彎曲角度未發(fā)生裂紋；沖擊試樣沖擊功大于焊接材料及母材的最小值；斜y坡口剖切檢測表面及根部無裂紋產(chǎn)生。

傳統(tǒng)激光焊或離子束焊的設(shè)備價值數(shù)百萬元，設(shè)備昂貴復雜，且一般為單焊槍焊接，焊接效率較低。本發(fā)明中焊接設(shè)備投資15萬，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，不需預熱、保溫工序和設(shè)備；其所需耗材(混合氣體、焊絲等)消耗量較少，能耗低；單件自動焊接時間短，無需保溫數(shù)小時而產(chǎn)生在制品積壓，降低了資金占用；綜合計算得出，采用本發(fā)明焊接的齒輪總成的焊接成本約為激光或者離子束焊接工藝方法的5％～10％之間。本發(fā)明在行業(yè)內(nèi)極具推廣應用價值。