發動機撓性飛輪焊接裂紋的分析與控制

陳漢

摘? 要：撓性飛輪是發動機中重要的動力傳動件，它的焊接質量直接影響發動機的性能與整車的安全。探討了飛輪齒圈原材料的應用，從化學元素上保證焊接強度的可靠性。優化焊接工藝與參數防止中碳鋼和低碳鋼焊接缺陷的產生。采用焊縫壓載力與熔深檢測的方式監控焊縫的質量。

關鍵詞：撓性飛輪;焊接裂紋;化學元素;壓載力

中圖分類號：V263.6? ?? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）16-0101-02

Abstract： Flexible flywheel is an important power transmission part in the engine， and its welding quality directly affects the performance of the engine and the safety of the whole vehicle. The application of raw materials for flywheel gear ring is discussed to ensure the reliability of welding strength in terms of chemical elements， so as to optimize welding process and parameters to prevent welding defects of medium carbon steel and low carbon steel. The quality of the weld is monitored by testing the ballast force and penetration depth of the weld.

Keywords： flexible flywheel; welding crack; chemical element; ballast force

發動機撓性飛輪的提出是市場上不斷提升的汽車舒適性和動力性要求，以及考慮對發動機、變速器、其它振動敏感零部件的保護，降低整車的噪音與振動。單質量飛輪總成依靠鑄鐵飛輪本體與飛輪齒圈的過盈配合實現零件的裝配，撓性飛輪是通過焊接把撓性盤與飛輪齒圈連接起來，因此，對整個部件的功能實現焊縫的質量是關鍵點，而焊縫的裂紋是焊接缺陷分析與控制的重點。

1 飛輪齒圈化學元素的選用

1.1 撓性飛輪結構組成與材料選型

撓性飛輪結構組成見圖1，分別由撓性盤、連接板、飛輪齒圈、焊縫等構成。其中撓性盤與連接板通過鉚接方式固定，撓性盤與飛輪齒圈是二氧化碳焊接工藝分六道焊縫焊接起來。撓性飛輪的作用是將起動機扭矩傳遞給發動機，起動發動機，并且將發動機的轉速和扭矩輸出，因此，焊縫作為力矩的承接，須確保萬無一失。撓性盤采用冷軋鋼材料，其屈服極限是460Mpa，抗拉強度為590Mpa，屬于低碳鋼。飛輪齒圈采用45#材料，其屈服極限是355Mpa，抗拉強度為600Mpa，屬于中碳鋼。如圖1。

1.2 裂紋的產生

中碳鋼含碳量比較高，其焊接性比低碳鋼差，隨著含碳量增加，其淬硬傾向隨之增大，在熱影響區容易產生低塑性的連續馬氏體組織，在收縮應力的作用下開裂。當母體剛性大或者焊材、工藝參數選擇不當時，容易產生冷裂紋。冷裂紋大多產生在母材或母材與焊縫交界的熔合線上，顯露在接頭金屬表面的裂紋如圖2，其斷口發亮如圖3。

1.3 化學元素確定

飛輪齒圈是45#材料，按GB/T 699-1999標準的化學元素，如表1。

鉻元素在鋼中能提高鋼的強度和硬度，同時也使塑性和韌性降低一些。鉻具有很強的抗氧化能力和耐熱性，耐蝕性、耐酸性。含鉻的鋼具有回火脆性，同時鉻能提高鋼的淬硬性，使焊接時易產生裂紋，所以鋼中含鉻量越高，鋼的可焊性越差如圖4;為了符合45#材料特性，且具有良好的焊接性能，故在對45#材料的飛輪齒圈做了化學元素上的調整如表2，特別是鉻元素的控制，得到較好的焊接效果如圖5。

調整后的飛輪齒圈45#材料化學元素，如表2。

2 焊接工藝

2.1 預熱

當低碳鋼和中碳鋼焊接時，需充分考慮材料的焊接性及焊接產生的缺陷，制定符合實際的工藝路線。預熱飛輪齒圈是焊接低碳鋼和中碳鋼焊防止裂紋的有效工藝措施。因為預熱可降低焊縫金屬和熱影響區的冷卻速度、抑制馬氏體的形成。預熱溫度取決于碳含量、母材厚度、結構剛性、焊條類型和工藝方法等，最好是整體預熱。可以根據產能選擇或制作箱式加熱爐。

2.2 電流電壓

為了得到焊縫成形好，焊接過程穩定，飛濺小的焊接效果，需在試板上觀察焊縫成形情況，根據選擇的焊接電流，細心調整焊接電壓，氣體流量，達到最佳焊接規范。在保證外圍系統（送絲、導電）良好的前提下，按 I<200A時，U=（14+0.05I）±2V去調整電流電壓的參數，特別是電壓上下差效果的驗證。

3 檢測方法

3.1 焊縫壓載力

撓性飛輪技術要求有焊縫壓載力檢測，設計工裝采用萬能材料試驗機進行試驗如圖6，檢測焊縫撕裂的承載力。

3.2 熔深

焊接熔深越深，焊縫初強度就越大。焊接時處于高溫狀態，它的晶格會改變。在冷卻的過程中，最先冷卻的地方是顆粒最粗，也就是強度最小的地方。越向表面晶格越小，密度更大，所以強度就更大，因此焊接熔深與焊縫強度是成正比。故檢測飛輪齒圈和焊縫之間區域的微觀組織的焊接熔深是強度的保證，熔深大于0.4mm。

4 結束語

由以上分析可知，中碳鋼與低碳鋼焊接控制的要點，實驗證明母材的化學元素、焊接工藝與參數等均對焊縫的質量有影響，通過焊縫壓載力、熔深的檢測能監控焊縫質量。經過本次的分析與研究，對發動機撓性飛輪焊接強度提供有效的方法和經驗數值，保證撓性飛輪在發動機性能的實現和整車的安全。

參考文獻：

[1]張驍杰，賁顯力，李衛華，等.后扭轉梁總成開裂分析[J].汽車零部件，2019（10）：82-85.

[2]陳飛鵬.鋼結構焊接殘余應力及焊接變形控制[J].工程技術研究，2017（01）：30-31.

[3]邵圣明.淺談焊接缺陷成因及防治措施[J].價值工程，2016（27）：133-134.