齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制策略分析

潘小虎

摘 要：在汽車制造行業(yè)，將電子束焊接應(yīng)用于汽車變速箱齒輪類零件的焊接取得了一定的效果。但電子束焊接工藝較為復(fù)雜，對操作人員的要求較高，因此，探討其質(zhì)量控制顯得尤為必要。本文在參閱大量相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者相關(guān)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，主要從零件原材料的化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)、清洗、齒輪零件的焊前壓配、焊縫對中和參數(shù)選擇、探傷等方面闡述了齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：電子束焊接；齒輪類零件；質(zhì)量控制；焊接技術(shù)

中圖分類號：TG457.25 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.093

電子束焊接是焊接領(lǐng)域中較為重要的一項(xiàng)焊接技術(shù)，在汽車變速箱齒輪零件焊接中具有重要的作用。但電子束焊接對工藝人員的素質(zhì)要求較高，如果對電子束焊接工藝了解較少，則可能導(dǎo)致焊接出現(xiàn)問題，比如脫焊、焊接裂紋或者齒圈焊后翹曲等，進(jìn)而嚴(yán)重影響齒輪類零件的質(zhì)量。因此，探討齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 零件原材料的化學(xué)成分和熱處理狀態(tài)

1.1 鋼材碳含量和碳當(dāng)量

眾所周知，鋼材中碳含量越高，材料的焊接性能越差。同時，零件原材料中含有的其他元素，比如錳、硅、鈦、鉻等對焊接性能的影響比較明顯。碳當(dāng)量是判斷鋼材焊接性的重要依據(jù)之一，碳當(dāng)量與焊接性成反比，即碳當(dāng)量越高，焊縫和熱影響區(qū)就越易產(chǎn)生裂紋。因此，在焊接時，為了避免裂紋的出現(xiàn)，需要采用預(yù)熱、緩冷等措施控制焊接質(zhì)量。

1.2 硫、磷等雜質(zhì)含量對焊接的影響

基于電子束焊接產(chǎn)生的焊縫形狀、特點(diǎn)以及焊縫結(jié)晶裂紋的性質(zhì)，必須嚴(yán)格控制鋼材中硫、磷的含量。實(shí)踐證明，被焊鋼材中碳含量超過0.03%時，硫與磷兩者的含量應(yīng)該控制在0.02%以內(nèi)。

1.3 控制鋼材的熱處理狀態(tài)

焊前的熱處理狀態(tài)對焊接質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。以變速箱齒輪為例，其材質(zhì)多為20CrMnTi型鋼材，這種鋼材一般都需要經(jīng)過滲碳淬火。經(jīng)過該工藝后，其含碳量一般在0.6%～0.84%.此時，如果直接焊接，且未對焊縫區(qū)域采取防滲碳措施，則應(yīng)通過保溫、預(yù)熱或嚴(yán)格控制線能量等措施避免鋼材出現(xiàn)淬硬脆化裂紋。因此，為了保證焊接質(zhì)量，應(yīng)先進(jìn)行電子束焊接，再進(jìn)行整體的滲碳淬火工藝，從而保證焊縫質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。對于一些精密儀器的齒輪，必須分別對零部件進(jìn)行滲碳淬火，打磨后通過電子束焊接到一起。

2 清洗

焊前清洗方法分為以下2步：①如果零件較少的話，可以先用汽油清洗掉油污，然后使用丙酮進(jìn)行脫水脫脂作業(yè)。需要注意的是，汽油和丙酮保持干凈，及時更換。在此需要注意的是，如果零件表面油污比較厚重，這時應(yīng)當(dāng)還用抹布或者紗巾等擦拭掉過多的油污，然后再進(jìn)行清洗，避免不必要的浪費(fèi)。②如果零件的數(shù)量較多，其清洗就必須依賴機(jī)械化的方式。清洗要選用恰當(dāng)?shù)那逑磩ㄟ^浸洗和噴淋兩種方式進(jìn)行焊前清洗，自然干燥后再焊接。

需要注意的是，焊前清洗結(jié)束后要及時焊接，零件擱置時間不宜超過2 h，否則零件會吸收空氣中的潮氣，進(jìn)而出現(xiàn)生銹等問題，影響焊接質(zhì)量。如果焊接未及時進(jìn)行，則需要利用塑料袋等裝置將零件密封。

3 焊前壓配和焊縫對中

3.1 焊前壓配

焊前壓配對焊接質(zhì)量的影響較大。同樣，以汽車變速箱齒輪為例，如果因毛刺等原因?qū)е聣号洳坏轿唬瑒t可能影響焊接質(zhì)量，導(dǎo)致焊接后零件精度不達(dá)標(biāo)。這就要求無論采用何種裝配方式，都必須避免裝配不到位現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時，為了控制焊接質(zhì)量，應(yīng)確保機(jī)加工的公差配合精確。

3.2 焊縫對中

電子束的良好對中具有重要的意義。如果對中效果較差，則會出現(xiàn)焊偏問題，其不僅會影響焊接深度，還會使焊接縫表面處理起來比較困難。在焊接時，為了保證對中質(zhì)量，零件較少時可以使用光學(xué)觀察系統(tǒng)精確定位；零件較多時焊接則可依靠焊機(jī)上的游標(biāo)尺進(jìn)行簡單定位，再利用小束流在焊縫上打點(diǎn)，觀察偏差后進(jìn)行調(diào)整定位。

4 選擇合適焊接參數(shù)

焊接參數(shù)主要包括加速電壓、束流、焊接速度、聚焦電流、焦點(diǎn)位置等，這些參數(shù)要根據(jù)焊接部件的具體尺寸、大小等因素調(diào)整。

4.1 加速電壓

一般而言，電子束焊機(jī)的電壓在30～60 kV，但為了獲得更好的聚焦性能，并保證其他焊接參數(shù)調(diào)整的便捷性，加速電壓一般控制在60 kV。

4.2 束流與焊接速度

實(shí)踐證明，束流越大，則零件的焊接速度也越快，這也就意味著焊接的效率越高。但束流越大，鋼材的融化速度也會相應(yīng)加快，凝固后焊縫的內(nèi)應(yīng)力會增加，進(jìn)而出現(xiàn)焊縫根部尖釘缺陷。因此，束流與焊速控制必須根據(jù)實(shí)際焊接情況調(diào)整。

5 探傷

電子束焊接后要對焊縫進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，包括肉眼觀察，使用放大鏡甚、顯微鏡觀察等形式。為了保證檢測效果，還可以使用Χ光或超聲波。檢測時要確保焊縫周圍的氣孔尺寸之和小于焊縫周長的1/10，否則則為不合格。

6 結(jié)束語

綜上所述，作為焊接領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，電子束焊接對工藝人員有較高的要求。為了保證焊接質(zhì)量，在焊接之前要做好充分的準(zhǔn)備工作，避免各種因素對焊接造成影響。焊接人員要從零件原材料的化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)、清洗、齒輪零件的焊前壓配、焊縫對中、參數(shù)選擇和探傷方面入手，有效控制電子束焊接齒輪類零部件的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]朱正德.確保滲碳淬火變速器齒輪表面強(qiáng)化的質(zhì)量監(jiān)控措施及應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工），2016（13）.

[2]郝豐林，陳正國，羅聰.齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制[J].金屬加工（熱加工），2015（19）.

[3]齊鉑金，范霽康，劉方軍.脈沖束流電子束焊接技術(shù)綜述[J].航空制造技術(shù)，2015（11）.

[4]武永福，胡傳朋，權(quán)中華.高效切削在工程機(jī)械齒輪加工中的應(yīng)用[J].金屬加工（冷加工），2013（06）.

[5]滕文華，余洋，沈顯峰.電子束焊接過程束流品質(zhì)的調(diào)控技術(shù)[J].電焊機(jī)，2016（07）.

〔編輯：張思楠〕