蘇聯(lián)發(fā)

廣東明陽風電產(chǎn)業(yè)集團有限公司

鍛焊結(jié)構(gòu)齒輪的焊接制造技術(shù)

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隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鍛焊結(jié)構(gòu)齒輪得到了普遍使用?，F(xiàn)已成為世界上工業(yè)發(fā)達國家制造大齒輪的一種生產(chǎn)手段，并將逐步淘汰目前大型齒輪制造中沿用的整體鑄造結(jié)構(gòu)齒輪，基于鑄造齒輪存在生產(chǎn)周期長、耗料多，從而導(dǎo)致整個大齒輪的報廢，加上鑄件淬火易出現(xiàn)問題，延長生產(chǎn)周期和造成經(jīng)濟損失。本文分析了鍛焊結(jié)構(gòu)齒輪的焊接制造技術(shù)。

鍛焊結(jié)構(gòu)齒輪；焊接制造；技術(shù)

近年來，鍛焊結(jié)構(gòu)齒輪的出現(xiàn)，已成為世界上工業(yè)發(fā)達國家制造大齒輪的一種生產(chǎn)手段，并將逐步淘汰目前大型齒輪制造中沿用的整體鑄造結(jié)構(gòu)齒輪。根據(jù)現(xiàn)場焊接齒輪上裂紋的形態(tài)及走向，認真了解了工人具體的施焊情況，查明了產(chǎn)生焊接裂紋的原因。通過修改設(shè)計方案及選用新的焊接工藝，找出了控制產(chǎn)品焊接裂紋產(chǎn)生的方法，重新加工施焊，使該齒輪一次焊接成功。焊后的產(chǎn)品完全滿足設(shè)計要求。

一、焊接性分析

中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量高、合金元素多、鋼的淬硬傾向大、Ms點又低，因而在淬火區(qū)產(chǎn)生大量脆硬的馬氏體，導(dǎo)致嚴重脆化，焊接焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼材時，熱影響區(qū)被加熱到超過調(diào)質(zhì)處理時回火溫度的區(qū)域，將出現(xiàn)強度、硬度低于母材的軟化區(qū)。如果焊后不再進行調(diào)質(zhì)處理，該軟化區(qū)可能成為降低接頭強度的薄弱區(qū)。中碳調(diào)質(zhì)鋼的淬硬傾向大，近縫區(qū)所出現(xiàn)的馬氏體組織，增大了焊接接頭的冷裂傾向。在焊接中常見的低合金鋼中，中碳調(diào)質(zhì)鋼具有最大的冷裂敏感性。為了提高抗裂性，應(yīng)盡量降低焊接接頭中的含氫量，并采用焊前預(yù)熱和焊后及時熱處理。中碳調(diào)質(zhì)鋼的碳及合金元素含量高，焊縫凝固結(jié)晶時，結(jié)晶溫度區(qū)間大，偏析傾向也較大，因而焊接時具有較大的熱裂紋，要求采用低碳焊絲。(一般焊絲中含碳量限制在0.15%以下，最高不超過0.25%)中碳調(diào)質(zhì)鋼不允許焊接接頭有未焊透、咬邊等缺陷。35CrMo屬于CrMo系統(tǒng)，它是在Cr鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一些中碳調(diào)質(zhì)鋼。Cr鋼中加入少量Mo(0.15%～0.25%)，可以消除Cr鋼的回火脆性，提高淬透性并使鋼具有較好的強度和韌性匹配，同時Mo還能提高鋼的高溫強度。但是，這類鋼的含碳量較高、淬透性較大，因此焊接性較差，根據(jù)碳當量公式和35CrMo的化學(xué)成分，得出它的碳當量為0.82%(各成分均按最大值)，已遠遠＞0.45%，可見35CrMo的焊縫冷裂傾向較為嚴重，并且隨著碳含量的增加，合金元素的增加，冷裂紋的敏感性也就更大。

二、焊接工藝評定

1.縮截面拉伸試驗。按照國際標準制作縮截面板狀拉伸試樣，并采用ASTMA370進行拉伸試驗。試樣照片如圖2所示。

2.金相分析。對焊接接頭(焊縫、熱影響區(qū)及母材)分別進行金相組織分析，母材Q345D室溫組織為珠光體+鐵素體雙相組織，其中鐵素體為白色塊狀，黑色為珠光體，鐵素體比例約占80%，晶粒度為8級。母材Q345D側(cè)熱影響區(qū)組織分布不均勻，其中粗晶區(qū)組織為貝氏體+鐵素體，貝氏體形態(tài)為羽毛狀，屬于上貝氏體，它是由許多從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的條狀鐵素體和在相鄰鐵素體條間存在的斷續(xù)的、短桿狀的滲碳體組成，鐵素體為塊狀，晶粒度為8級；熱影響區(qū)細晶區(qū)組織為珠光體+鐵素體，晶粒非常細小，晶粒度達到10級。母材42CrMo室溫組織為回火索氏體+貝氏體，晶粒度為7級。42CrMo側(cè)熱影響區(qū)組織分布不均勻，其中粗晶區(qū)組織為回火索氏體+貝氏體，晶粒度達到5級，細晶區(qū)組織為回火索氏體+貝氏體，晶粒度達到10級。焊縫組織為貝氏體+鐵素體，其中貝氏體形態(tài)與Q345D側(cè)熱影響區(qū)粗晶區(qū)不同，屬于下貝氏體。

3.堆焊過渡層。對這樣的大型焊接件，任何細小的未熔合、咬邊等缺陷的存在以及焊縫突然向母材過渡，可能成為裂紋或脆性斷裂的裂源。因此為了使焊縫向母材圓滑過渡，以防止在焊接輻板時不會因冷裂紋將齒圈和軸套的母材拉傷，改善齒圈和軸套與輻板的焊接質(zhì)量，我們在齒圈與軸套上堆焊一層低碳的過渡層。需注意以下幾點：一是在齒圈和軸套與輻板相接處，加工深5mm，寬80mm的圓環(huán)。二是齒圈和軸套整體入爐消應(yīng)力預(yù)熱，預(yù)熱溫度在250～300。三是因為埋弧焊的焊接電流大，焊接速度高，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，以采用埋弧焊堆焊，焊絲用10Mn2(wC＜0.12%)。堆焊過程中，用丙烷加熱器不斷加熱，使堆焊過程溫度一直與預(yù)熱溫度相同。堆焊完后立即入爐消除應(yīng)力。當有1mm加工量時，對堆焊處進行PT檢查，確保堆焊處無裂紋，影響焊縫質(zhì)量。

4.裝焊輻板。一是裝配左側(cè)和中間的輻板，焊接牢固后，發(fā)往熱處理車間。整體預(yù)熱，開始焊輻板，焊接過程中，不斷用丙烷加熱器加熱，保證焊接過程中溫度保持不變。二是焊完后入爐整體消除應(yīng)力。對焊縫作著色檢查，確保焊縫無裂紋。按以上工藝裝焊右側(cè)的輻板。裝焊加強鋼管。入爐消除應(yīng)力。

三、焊接難點控制

1.預(yù)熱溫度的確定。由于鋼的碳當量及冷裂紋敏感指數(shù)高，易產(chǎn)生焊接裂紋，因此焊前必須預(yù)熱，其目的是為了降低焊接接頭的冷卻速度，減少馬氏體產(chǎn)生的幾率，從而改善焊接接頭組織，以降低產(chǎn)生冷裂紋的幾率。根據(jù)預(yù)熱溫度經(jīng)驗公式T=碳當量×360℃可知，42CrMo預(yù)熱溫度為241～317℃，為保證焊接接頭不出現(xiàn)焊接裂紋、降低工人勞動強度，本次焊接試驗選擇預(yù)熱溫度為250℃。

2.焊后緩冷。焊后立即用石棉布包裹焊接試樣，以降低焊接接頭的冷卻速度，從而減少馬氏體產(chǎn)生的幾率，降低冷裂紋傾向。

3.焊接效果。采用焊絲和焊劑對試樣進行焊接，焊縫成形美觀，未出現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，UT、MT檢測滿足AWSD1.1：2010標準要求，達到了預(yù)期效果。

本文對鍛焊結(jié)構(gòu)齒輪的焊接制造技術(shù)進行分析。焊縫及熱影響區(qū)均未出現(xiàn)馬氏體、魏氏組織等異常組織，焊接工藝及熱輸入合理，達到了預(yù)期效果。

[1]袁玉杰.大型鍛焊齒輪的焊接工藝研究[J].一重技術(shù)，2015(2/3)：80-81.