机械压力机传动齿轮焊接方法

机械压力机传动齿轮焊接方法

李泽远

一重集团天津重工有限公司 天津300300

摘要：本文对机械压力机齿轮的焊接结构和焊接性进行了研究分析，制定了合理的装配和焊接方法，有效地防止了焊接裂纹产生，提升了产品质量。

关键词：齿轮焊接 焊接裂纹 焊接工艺

1.前言

机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动的锻压机械，通过对板坯施加强大压力使其变形或断裂来制造所需工件。机械压力机的运行过程平稳、工作精度高、操作条件好，易于实现机械化、自动化，广泛应用于汽车、船舶等行业。

传动齿轮隶属于机械压力机主传动系统，是整套压力机传动系统的重要组成部件，其结构分为齿圈、轮毂和腹板三个部分（如图1所示），采用焊接方式制造。

图1 传动齿轮结构

2.齿轮焊接性分析

首先，与传统压力机传动齿轮材质使用45钢不同，现代机械压力机传动齿轮为满足强度、耐磨、抗齿面点蚀、抗疲劳及使用寿命等综合性能要求，齿圈所用材质多为42crMo合金钢，轮毂材质为Q345 ( 16Mn) ，腹板材质为Q235B。42CrMo钢的化学成分和力学性能见表1。

          表1 42CrMo钢化学成分和力学性能[1]

根据国际焊接学会碳当量公式：Ceq=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%，可计算出42CrMo钢的碳当量Ceq=0.8%，可焊性较差，易形成淬硬组织，导致焊后出现冷裂纹。

其次，齿轮本身是圆环形，这种封闭结构限制了焊道的收缩，导致产生很高的残余应力，所以齿轮焊接重点和难点在于齿圈和腹板的焊接，必须采取合理的焊接工艺，避免产生淬硬组织，增强接头及焊接热影响区的韧性，同时减少或者释放焊接应力，防止产生焊接冷裂纹[2]。

3.焊接方法

作者通过查阅相关论文、专利等资料，发现焊接42CrMo钢齿轮的主要方法是先在齿圈的内径上堆焊一层含碳量较低，焊接性能较好的材料，再将此材料与腹板进行焊接[1]，但作者认为这种方式虽然能够避免裂纹产生，但是使生产成本增加，生产周期延长，不利于工厂生产，因此使用以下方法一次焊接完成。

（1）装配前，检查腹板坡口质量，如有超标风线，先不进行补焊修复，需采用打磨过渡方式将风线棱角处做平滑处理，待焊接时一次进行熔合，保证无缺陷产生。

（2）装配时，制作L型工艺拉筋，此工艺拉筋只点焊在腹板上，另一端挂在齿圈侧壁上，而不进行点焊，腹板与齿圈也不进行点焊，以防点焊时齿圈产生裂纹，如图2所示。

图2 装配L型拉筋示意图

（3）齿轮焊接前整体进炉预热。工件进炉加热至350℃，保温2小时，出炉后立即转到焊接场地进行焊接作业，焊前用石棉毡围住齿圈外壁保温，防止降温过快，如图3所示。

图3 齿圈外壁用石棉保温

（4）齿圈与腹板环焊缝采取两人对称焊接方式，将一侧坡口焊接1/3深后翻个焊接另一侧并焊满，再翻个焊满未完成坡口，以此操作方式进行连续焊接作业，一次性将环焊缝焊接完成，并留两处断点以释放焊接应力，待热处理后再进行封堵。焊接过程中如降温过快可用丙烷排管加热保温200℃以上，但要注意加热时避免火焰直接加热齿圈位置。

（5）焊材和焊接规范方面，焊材使用E71T-5 Φ1.6药芯焊丝。打底焊接规范电流260A，电压25V，且采用前后摆动手法焊接，防止腹板根部与齿圈接触位置产生裂纹。填充焊规范电流300A，电压32V，先焊齿圈处，再焊腹板处。排面时规范电流280A，电压30V，排四道，前两道在腹板坡口边缘正常焊接，第三道紧贴焊齿圈壁焊接，第四道将规范调整到300A，电压32V，压在第二道和第三道中间，相当于回火焊道（防止齿圈焊道降温过快，同时释放一定的焊接应力，如图4所示）。焊后立即打磨焊道及焊指部位，防止应力集中而产生裂纹，完成后立即进炉热处理。

图4 排面示意图

4.总结

采用以上焊接方法后，齿圈腹板焊缝一次探伤合格，大大提高了齿轮质量，增强了产品的竞争性，并且每批次多件齿轮都可在1天之内完成焊接，既保证产品质量又大量节约生产周期。

参考文献

[1]王宏正, 于洪照, 崔凯,等. 42CrM0合金钢齿轮的焊接[J]. 焊接, 2001, 000(011):36-37.

[2]于连康, 张静. 42CrMo合金钢齿轮的焊接[J]. 金属加工(热加工), 2011, 000(012):60-61.