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齒輪激光焊接機靈活焊接窄間隙

發布時間：2015-12-21

    齒輪作為機器傳動的重要部件，受加工條件限制，大直徑鍛造齒輪整體制造存在很大困難，甚至必須分體加工后通過焊接實現連接。焊接結構齒輪已在很大程度上取代了大尺寸的鑄造齒輪以及鑲圈式結構齒輪，成為經濟可行的制造方法之一。齒輪激光焊接機由于焊接速度快，熱輸入最小，焊縫熱影響區小，避免了熱影響區的軟化，接頭強度好，焊態下的接頭一般具有相當或優于母材的性能，同時激光焊接受工件空間的約束較小．因此，激光焊接機正逐步成為齒輪連接的主要方法，已在航空航天，汽車制造、機車、船舶等工業領域得到了日益廣泛的應用。
    傘形齒輪軸采用的是42CrMo巾碳高強鋼，其化學成分見表，它具有良好的綜合力學性能和較高的淬透性，但由于含碳最高，合金元素含量也較高，淬硬傾向比較大。為了避免裂紋的形成，采用窄間隙激光填絲法進行焊接，傘形齒輪軸的結構如表所示，
42CrMo鋼及填充材料的化學成分

材料	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	P	S	Fe
42CrMo TCS- 2CM	0. 38-- 0. 45 0. 09	0.17 - 0. 37 0. 32	0. 5 -- 0. 8 0. 71	0. 9-1. 2 2. 26	0. 15一 0. 25 1. 04	≤0. 030	≤0. 030 ≤0. 033	≤0.030 ≤0.005	余量余量

激光焊接設備采用德國某公司的CO2激光器，最大輸出功率為3. 5kW，焊接工作臺為五軸聯動工作臺．光束采用拋物銅鏡反射聚焦系統，焦距為300mm，聚焦光斑直徑為0.26mm。焊接時，裝卡好的齒輪軸在回轉工作臺的帶動下旋轉，雙層噴嘴側吹保護氣體．填充材料為日本TCS-2CM焊絲（相當于ER62-B3），化學成分見表。
由于受激光器輸出功率限制，為了實現完全焊透，同時兼顧送絲速度對焊接過程穩定性的影響，采用窄間隙激光填絲多層焊接技術，其巾第一層為自熔焊，焊接裝置如表所示．42CrMo鋼傘形齒輪軸激光焊接機的工藝參數見表：
42 CrMo鋼傘形齒輪軸激光焊的工藝參數

焊層	功率/kW	焊接速度／m．min	送絲速度/m．min	保護氣流量/L.min
第一層第二層第三層	3.5 3.5 3.5	1 0.7 0.5	-- 2.5 2.5	2.5 Ar+15He 2.5 Ar+15He 2.5 Ar+15He

    42CrMo鋼傘形齒輪軸激光焊接機接頭表面成形良好，采用金相分析，42CrMo鋼傘形齒輪軸激光焊接頭內部沒有缺陷．網2. 33是激光焊接接頭附近各區域顯微硬度的分布曲線．齒輪軸激光焊熔合區顯微硬度約為580HM，母材約為300HM，在熱影響區巾并不存在軟化現象。
    42CrMo鋼傘形齒輪軸激光焊焊縫中心處縱向的硬度分布。從焊縫上部到報部，硬度逐漸升高．焊縫下部的底層焊縫為自熔焊接，沒有焊縫輸入，焊縫巾較高的碳含量，使硬度維持在一個較高的水平上，而上層焊道巾，在低碳TCS- 2CM焊絲的巾和作用下，焊縫巾碳含量降低，造成硬度降低。但是較低的碳含量，減少了高碳馬氏體的形成，降低了焊縫的冷裂傾向。
    采用激光窄間隙填絲焊接的42CrMo鋼傘形齒輪軸焊接接頭抗拉強度為980-1080MPa，斷裂發生在母材，斷口呈現典型的韌性斷裂。接頭強度勻母材相當（42CrMo鋼調質態的抗拉強度約1000MPa）．金相組織分析，獲得的焊縫組織為細小的針狀貝氏體，熱影響區為貝氏體及少量的扳條馬氏體的混合組織，避免了過熱區的脆化。