液力變矩器的渦輪外環與撥盤點焊設備及工藝研制

上海慎誠焊接設備有限公司 （201803） 張傳國

一、概述

液力變矩器是液力傳動車輛的關鍵部件之一，是一種包含了機械和液力機構的復雜液固耦合系統。它通過工作輪葉片的相互作用，引起了機械能與液體能的相互轉換來傳遞動力，具有無級連續改變速度與轉矩能力，對外部負載有良好的自動調節和適應性；簡化操作，使車輛平穩起步，迅速、均勻、柔和加速，延長了動力系統使用壽命，提高了汽車、工程機械乘坐舒適性及行駛安全性。

液力變矩器由泵輪、渦輪、導輪、摩擦止鎖機構及軸承等組成。泵輪、渦輪、導輪等三大部件，制造中采用多種焊接工藝，是典型的焊接產品。渦輪是由沖壓薄殼零件采用真空電子束焊或電阻焊制成，焊接變形量、渦輪尺寸形位公差精確控制、焊接焊縫或點焊強度控制是渦輪制造中關鍵技術，是保證液力變矩器耦合效率和長期服役的必要條件。

上海交通大學、上海離合器總廠等單位在液力變矩器制造中進行了大量研究工作，但對采用真空電子束焊的焊接渦輪分、總成和質量、變形控制技術未作報道。本文所研制的渦輪結構、形狀、焊接方法與他們研制的又不同，為此，我們開展了渦輪外環與撥盤點焊設備的研制以及點焊工藝參數對焊接質量、焊接變形影響的研究，優化焊接參數，實現工業化生產的目標。

二、自動點焊技術難點分析與設備研制

1. 技術難點分析

渦輪外環與撥盤組裝如圖1所示，渦輪外環為DC04鋼，板厚2mm沖壓成形，撥盤材料35號鋼，板厚2.5mm沖壓成形。沖壓件的公差尺寸控制精度低，撥盤與渦輪外環間無自身定位基準，自動點焊設備必須攻克精度定位，重復定位高精度，保證渦輪外環中心孔與撥盤外齒端面同軸度≤0.3mm這一技術難題。

圖1 渦輪外環與撥盤組裝

從圖2可見，渦輪外環與撥盤上均布9個焊點，待焊零件是薄壁件，焊點數量多，多點點焊薄壁零件時控制焊接變形，并保證渦輪外環端面圓跳動≤0.8mm是另一個必須攻克的技術難題。

圖2 渦輪外環與撥盤焊點分布

撥盤與渦輪點焊后進行撕裂試驗時，要求保證母材撕裂，而焊點未被撕裂，撥盤可承受扭矩≥700N·m。這不但需要工藝參數優化，而且要求設備性能保障，即具有一定不平整度的撥盤與渦輪外環待焊面接觸后焊接時，各焊點焊接參數的穩定性。

基于上述技術難點分析，我們優化了設計方案，設計和制造了渦輪外環與撥盤點焊設備，如圖3所示。

圖3 渦輪外環與撥盤點焊設備

2. 渦輪外環與撥盤點焊設備

渦輪外環與撥盤點焊設備主要技術參數如附表所示：

點焊設備主要技術參數

本設備主要由機架、工件定位壓緊裝置、焊鉗組件（9套）、焊接變壓器（3只）、下平臺組件、下導電系統、上導電系統及上升降環形架等組成。

主機架采用三立柱結構，具有足夠的剛度。渦輪外環與撥盤定位焊接夾具置于三立柱結構中央。焊接夾具分別以渦輪外環內孔、撥盤外圓周端面作為定位基準面，實現精度定位。工件放入定位焊接夾具后，上“9爪壓頭”通過中心軸與上氣缸相連接，在上氣缸的驅動下，上“9爪壓頭”以上升降環形架中心為導向，向下移動，壓緊撥盤，壓緊力可調節。結合上升降環形架的下降到位，9把焊鉗向中心推進到指定位置。在9把焊鉗焊接壓力的作用下實現撥盤在焊前與渦輪外殼緊密接觸，整個焊接過程剛性固定，減小焊接過程的焊接變形。

三只焊接變壓器呈120°排列在三立柱旁，并與下導電柱連接，為下夾具供電。三只焊接變壓器的另一電極分別通過導電排與導電環連接。導電環被絕緣體隔離成三部分，每一部分分別與一只變壓器相連。9把焊鉗通過軟銅排與導電環均布相連，安裝在上升降環形架上，中間接有機械式斷路器，以控制9把焊鉗的通、斷電。

本機的控制系統特點如下：

（1）自動電流補償功能 即恒電流控制，通過對焊接電流的采樣信號與設定值比較，自動改變觸發移相角以達到維持焊接電流恒定的目的；可以補償電網電壓變化以及二次回路阻抗的變化，從而保證工件的焊接質量。

（2）計數功能 具有計數功能，可以對焊接次數進行統計。使用此功能，可方便地了解工作效率。

（3）電流顯示功能 可直接顯示次級的焊接電流值，以達到對焊接質量的監控目的。

（4）可儲存焊接參數 儲存的9套焊接參數可供用戶調用，每套焊接規范各參數可自行調節，如預壓時間、預熱電流、預熱時間、焊接電流和焊接時間等，采用工控機采集、記錄、保存焊接參數。

為了對文化負載詞進行恰當的翻譯，譯者必須掌握中英兩種語言，更重要的是要熟悉兩種文化以及兩種文化的各種翻譯方法和技巧。在考慮作者的意圖時，譯者還應考慮目標讀者對外國文化的接受和認知，要采取靈活的方法，使目標讀者盡可能多地了解外國文化的內涵。同時也要充分尊重原文，盡量保留原文的文化內涵和特征。只有這樣，才能傳達具有不同文化內涵的文化符號。

（5）焊點的自動監控 采用分列式三個焊接控制箱，實現一次焊接三個焊點，達到對每個焊點自動監控，9個焊點焊接參數各自調節功能，確保焊接質量。

（6）實現系統的自動控制 可對系統氣壓、冷卻水流量、工件到位狀態、壓頭自動下壓等進行自動控制。系統實時監測各控制對象，不但及時記錄控制對象的運行狀況，同時還及時記錄相應的故障。系統有故障時，立即停止工作，聲光報警，顯示錯誤、異常和故障信息。

（7）網絡通信功能 增設了以太網口和工業總線接口，方便在后續生產管理中進行上位機監控、組態軟件冗余服務器聯網等網絡通信功能。

三、點焊工藝參數對焊接質量的影響研究

為探究點焊工藝參數對焊接質量的影響，我們對焊接壓力大小、預壓時間、預熱電流、預熱時間、焊接電流、焊接時間、回火電流和回火時間等參數對渦輪外環與撥盤焊點強度及焊接變形的影響進行了研究，結果如下。

（1）焊接壓力大小的影響 當焊接壓力很小時，焊點撕裂強度低；隨著壓力增大，焊點強度增大；當壓力等于3200N時，焊點強度最高，繼續增加壓力，焊接強度不再增大，且焊點凹陷程度增大。此處增大點焊時的壓力，有利于減小焊接變形。其原因是：由于在其他焊接參數不變條件下，隨著焊接壓力增大，熔核尺寸略有增加，剛性拘束增加，焊接變形減小，強度略有提高，高溫下材料強度下降，塑性流變能力隨壓力增大而加強，所以焊點處下凹量增大。

（2）工藝參數的影響 在預熱電流、預熱時間合適組配，保證焊點強度的焊接熱輸入變化不大條件下，研究了硬規范（大的焊接電流，短的加熱時間）和軟規范（小的焊接電流，長的加熱時間）對焊件焊接變形的影響，發現采用硬規范焊接時，焊件焊接變形小于采用軟規范時的焊接。其原因是：采用硬規范焊接，焊點迅速加熱與冷卻，有利于降低焊接殘余應變，減小了焊接變形。

（3）回火電流和回火時間的影響 回火參數的設定取決于板厚因素，焊后立即對焊點回火熱處理是為了降低焊接殘余應力和提高焊點塑韌性。

對YJH254型號渦輪與撥盤電阻點焊優化后焊接參數為：預熱電流5000A，預熱時間5周（1周=0.02s），然后立即通9000A焊接電流，焊接時間12周，接著冷卻30周，最后回火，回火電流6500A，回火加熱和保溫時間為20周。

采用上述規范進行YJH254型號渦輪外環與撥盤電阻點焊的批生產試驗證明：設備運行穩定、可靠，產品質量達到技術指標。對渦輪外環與撥盤點焊成品工件做扭矩試驗（見圖4），由圖中圓圈處可見，撥盤4齒變形而焊點未被破環。渦輪外環與撥盤點焊焊點宏觀金相照片如圖5所示。

圖4 對渦輪外環與撥盤點焊成品工件做扭矩試驗

圖5 渦輪外環與撥盤點焊焊點宏觀金相照片（50×）

四、結語

通過在YJH254液力變矩器渦輪與撥盤焊接生產線上批生產實踐考核，得出如下結論：

（1）渦輪外環與撥盤電阻點焊設備運行穩定性、可靠性達到高標準要求，功序能力Cpk≥1.33，生產能力達每年10萬臺。

（2）渦輪外環與撥盤電阻焊同軸度公差、端面圓跳動，以及焊點強度、撥盤承受扭矩能力等技術指標全部達到YJH254型號渦輪外環與撥盤電阻點焊的技術標準。