液力變矩器的渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊設(shè)備及工藝研制

上海慎誠焊接設(shè)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(guān)鍵部件之一，是一種包含了機(jī)械和液力機(jī)構(gòu)的復(fù)雜液固耦合系統(tǒng)。它通過工作輪葉片的相互作用，引起了機(jī)械能與液體能的相互轉(zhuǎn)換來傳遞動力，具有無級連續(xù)改變速度與轉(zhuǎn)矩能力，對外部負(fù)載有良好的自動調(diào)節(jié)和適應(yīng)性；簡化操作，使車輛平穩(wěn)起步，迅速、均勻、柔和加速，延長了動力系統(tǒng)使用壽命，提高了汽車、工程機(jī)械乘坐舒適性及行駛安全性。

液力變矩器由泵輪、渦輪、導(dǎo)輪、摩擦止鎖機(jī)構(gòu)及軸承等組成。泵輪、渦輪、導(dǎo)輪等三大部件，制造中采用多種焊接工藝，是典型的焊接產(chǎn)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(diǎn)焊強(qiáng)度控制是渦輪制造中關(guān)鍵技術(shù)，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(xué)、上海離合器總廠等單位在液力變矩器制造中進(jìn)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(zhì)量、變形控制技術(shù)未作報(bào)道。本文所研制的渦輪結(jié)構(gòu)、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(huán)與撥盤點(diǎn)焊設(shè)備的研制以及點(diǎn)焊工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量、焊接變形影響的研究，優(yōu)化焊接參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)。

二、自動點(diǎn)焊技術(shù)難點(diǎn)分析與設(shè)備研制

1. 技術(shù)難點(diǎn)分析

渦輪外環(huán)與撥盤組裝如圖1所示，渦輪外環(huán)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(huán)間無自身定位基準(zhǔn)，自動點(diǎn)焊設(shè)備必須攻克精度定位，重復(fù)定位高精度，保證渦輪外環(huán)中心孔與撥盤外齒端面同軸度≤0.3mm這一技術(shù)難題。

圖1 渦輪外環(huán)與撥盤組裝

從圖2可見，渦輪外環(huán)與撥盤上均布9個(gè)焊點(diǎn)，待焊零件是薄壁件，焊點(diǎn)數(shù)量多，多點(diǎn)點(diǎn)焊薄壁零件時(shí)控制焊接變形，并保證渦輪外環(huán)端面圓跳動≤0.8mm是另一個(gè)必須攻克的技術(shù)難題。

圖2 渦輪外環(huán)與撥盤焊點(diǎn)分布

撥盤與渦輪點(diǎn)焊后進(jìn)行撕裂試驗(yàn)時(shí)，要求保證母材撕裂，而焊點(diǎn)未被撕裂，撥盤可承受扭矩≥700N·m。這不但需要工藝參數(shù)優(yōu)化，而且要求設(shè)備性能保障，即具有一定不平整度的撥盤與渦輪外環(huán)待焊面接觸后焊接時(shí)，各焊點(diǎn)焊接參數(shù)的穩(wěn)定性。

基于上述技術(shù)難點(diǎn)分析，我們優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)和制造了渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊設(shè)備，如圖3所示。

圖3 渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊設(shè)備

2. 渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊設(shè)備

渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如附表所示：

點(diǎn)焊設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

本設(shè)備主要由機(jī)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(dǎo)電系統(tǒng)、上導(dǎo)電系統(tǒng)及上升降環(huán)形架等組成。

主機(jī)架采用三立柱結(jié)構(gòu)，具有足夠的剛度。渦輪外環(huán)與撥盤定位焊接夾具置于三立柱結(jié)構(gòu)中央。焊接夾具分別以渦輪外環(huán)內(nèi)孔、撥盤外圓周端面作為定位基準(zhǔn)面，實(shí)現(xiàn)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(qū)動下，上“9爪壓頭”以上升降環(huán)形架中心為導(dǎo)向，向下移動，壓緊撥盤，壓緊力可調(diào)節(jié)。結(jié)合上升降環(huán)形架的下降到位，9把焊鉗向中心推進(jìn)到指定位置。在9把焊鉗焊接壓力的作用下實(shí)現(xiàn)撥盤在焊前與渦輪外殼緊密接觸，整個(gè)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(dǎo)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(dǎo)電排與導(dǎo)電環(huán)連接。導(dǎo)電環(huán)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(dǎo)電環(huán)均布相連，安裝在上升降環(huán)形架上，中間接有機(jī)械式斷路器，以控制9把焊鉗的通、斷電。

本機(jī)的控制系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

（1）自動電流補(bǔ)償功能 即恒電流控制，通過對焊接電流的采樣信號與設(shè)定值比較，自動改變觸發(fā)移相角以達(dá)到維持焊接電流恒定的目的；可以補(bǔ)償電網(wǎng)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(zhì)量。

（2）計(jì)數(shù)功能 具有計(jì)數(shù)功能，可以對焊接次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。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(dá)到對焊接質(zhì)量的監(jiān)控目的。

（4）可儲存焊接參數(shù) 儲存的9套焊接參數(shù)可供用戶調(diào)用，每套焊接規(guī)范各參數(shù)可自行調(diào)節(jié)，如預(yù)壓時(shí)間、預(yù)熱電流、預(yù)熱時(shí)間、焊接電流和焊接時(shí)間等，采用工控機(jī)采集、記錄、保存焊接參數(shù)。

為了對文化負(fù)載詞進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆g，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(shí)，譯者還應(yīng)考慮目標(biāo)讀者對外國文化的接受和認(rèn)知，要采取靈活的方法，使目標(biāo)讀者盡可能多地了解外國文化的內(nèi)涵。同時(shí)也要充分尊重原文，盡量保留原文的文化內(nèi)涵和特征。只有這樣，才能傳達(dá)具有不同文化內(nèi)涵的文化符號。

（5）焊點(diǎn)的自動監(jiān)控 采用分列式三個(gè)焊接控制箱，實(shí)現(xiàn)一次焊接三個(gè)焊點(diǎn)，達(dá)到對每個(gè)焊點(diǎn)自動監(jiān)控，9個(gè)焊點(diǎn)焊接參數(shù)各自調(diào)節(jié)功能，確保焊接質(zhì)量。

（6）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制 可對系統(tǒng)氣壓、冷卻水流量、工件到位狀態(tài)、壓頭自動下壓等進(jìn)行自動控制。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測各控制對象，不但及時(shí)記錄控制對象的運(yùn)行狀況，同時(shí)還及時(shí)記錄相應(yīng)的故障。系統(tǒng)有故障時(shí)，立即停止工作，聲光報(bào)警，顯示錯(cuò)誤、異常和故障信息。

（7）網(wǎng)絡(luò)通信功能 增設(shè)了以太網(wǎng)口和工業(yè)總線接口，方便在后續(xù)生產(chǎn)管理中進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控、組態(tài)軟件冗余服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通信功能。

三、點(diǎn)焊工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響研究

為探究點(diǎn)焊工藝參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響，我們對焊接壓力大小、預(yù)壓時(shí)間、預(yù)熱電流、預(yù)熱時(shí)間、焊接電流、焊接時(shí)間、回火電流和回火時(shí)間等參數(shù)對渦輪外環(huán)與撥盤焊點(diǎn)強(qiáng)度及焊接變形的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果如下。

（1）焊接壓力大小的影響 當(dāng)焊接壓力很小時(shí)，焊點(diǎn)撕裂強(qiáng)度低；隨著壓力增大，焊點(diǎn)強(qiáng)度增大；當(dāng)壓力等于3200N時(shí)，焊點(diǎn)強(qiáng)度最高，繼續(xù)增加壓力，焊接強(qiáng)度不再增大，且焊點(diǎn)凹陷程度增大。此處增大點(diǎn)焊時(shí)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(shù)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(qiáng)度略有提高，高溫下材料強(qiáng)度下降，塑性流變能力隨壓力增大而加強(qiáng)，所以焊點(diǎn)處下凹量增大。

（2）工藝參數(shù)的影響 在預(yù)熱電流、預(yù)熱時(shí)間合適組配，保證焊點(diǎn)強(qiáng)度的焊接熱輸入變化不大條件下，研究了硬規(guī)范（大的焊接電流，短的加熱時(shí)間）和軟規(guī)范（小的焊接電流，長的加熱時(shí)間）對焊件焊接變形的影響，發(fā)現(xiàn)采用硬規(guī)范焊接時(shí)，焊件焊接變形小于采用軟規(guī)范時(shí)的焊接。其原因是：采用硬規(guī)范焊接，焊點(diǎn)迅速加熱與冷卻，有利于降低焊接殘余應(yīng)變，減小了焊接變形。

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

對YJH254型號渦輪與撥盤電阻點(diǎn)焊優(yōu)化后焊接參數(shù)為：預(yù)熱電流5000A，預(yù)熱時(shí)間5周（1周=0.02s），然后立即通9000A焊接電流，焊接時(shí)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(shí)間為20周。

采用上述規(guī)范進(jìn)行YJH254型號渦輪外環(huán)與撥盤電阻點(diǎn)焊的批生產(chǎn)試驗(yàn)證明：設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到技術(shù)指標(biāo)。對渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊成品工件做扭矩試驗(yàn)（見圖4），由圖中圓圈處可見，撥盤4齒變形而焊點(diǎn)未被破環(huán)。渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊焊點(diǎn)宏觀金相照片如圖5所示。

圖4 對渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊成品工件做扭矩試驗(yàn)

圖5 渦輪外環(huán)與撥盤點(diǎn)焊焊點(diǎn)宏觀金相照片（50×）

四、結(jié)語

通過在YJH254液力變矩器渦輪與撥盤焊接生產(chǎn)線上批生產(chǎn)實(shí)踐考核，得出如下結(jié)論：

（1）渦輪外環(huán)與撥盤電阻點(diǎn)焊設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求，功序能力Cpk≥1.33，生產(chǎn)能力達(dá)每年10萬臺。

（2）渦輪外環(huán)與撥盤電阻焊同軸度公差、端面圓跳動，以及焊點(diǎn)強(qiáng)度、撥盤承受扭矩能力等技術(shù)指標(biāo)全部達(dá)到Y(jié)JH254型號渦輪外環(huán)與撥盤電阻點(diǎn)焊的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。