減速器殼總成焊接問題分析

王玉梅，孫金輝，楊尊熙

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安271000）

0 引言

由于生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)要求，原外協(xié)件減速器殼總成的焊接工序轉(zhuǎn)為自制。減速器殼總成是由鑄鋼件與低合金鋼焊接而成，鑄鋼件的焊接缺陷主要有夾渣、氣孔、咬邊、裂紋等［1］。低合金鋼焊接時(shí)容易在焊縫和熔合線附近產(chǎn)生注入氣孔、冷裂紋、熱裂紋等缺陷，特別是母材-焊縫之間合金元素的過渡，更加劇了這些缺陷的形成傾向［2］。根據(jù)常規(guī)焊接生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，選擇等強(qiáng)度匹配焊材，選擇二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接方式進(jìn)行了焊接，焊接后發(fā)現(xiàn)焊縫不合格。針對(duì)這個(gè)問題分析了母材的焊接工藝性，探討適合的焊接方法、焊材，最終確定了焊接方法、焊材，解決了焊縫不合格的問題。

1 問題描述

焊接了7件減速器殼總成 （見圖1），焊后進(jìn)行打壓，發(fā)現(xiàn)僅有1件打壓后焊縫不漏氣，另外6件打壓后至少有一處漏氣，漏氣的焊縫位置主要是減速器殼與襯套的焊縫、減速器殼與螺座的焊縫，這兩個(gè)焊縫在各自周圈上有1～3處漏氣，見圖2。

針對(duì)減速器殼總成在打壓過程中發(fā)現(xiàn)少量件在減速器殼與襯套的焊縫處有漏氣現(xiàn)象、較多件在減速器殼與螺座的焊縫處有漏氣現(xiàn)象，經(jīng)落實(shí)，得知焊接過程采用焊絲焊接，推測(cè)打壓后焊縫漏氣的原因可能是操作者未按照工藝文件的焊接方法進(jìn)行焊接，預(yù)熱、保溫不到位，產(chǎn)生裂紋或熔合不好。

圖1 減速器殼總成

圖2 減速器殼滲漏

2 母材焊接性分析

減速器殼材料為鑄鋼A，襯套、螺座材料為低合金鋼A。

2.1 鑄鋼A焊接性分析

減速器殼材料為鑄鋼A，標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和實(shí)測(cè)化學(xué)成分見表1，可知減速器殼材料合格。

表1 ZGA標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和實(shí)測(cè)化學(xué)成分 %

可根據(jù)鑄鋼件的化學(xué)成分來確定其焊接性，鋼中各元素對(duì)焊接性影響采用碳當(dāng)量Ceq表示，計(jì)算公式為

一般情況下，Ceq不超過 0.45%時(shí)，焊接性良好；超過0.45%時(shí)，焊接性降低，可知：ZGA焊接性較差。

2.2 低合金鋼ACr焊接性分析

襯套、螺座材料為低合金鋼A，標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和實(shí)測(cè)化學(xué)成分見表2，可知襯套、螺座材料合格。

表2 ACr標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和實(shí)測(cè)化學(xué)成分表 %

3 焊接方法選擇

鑄鋼件焊接的方法主要有焊條電弧焊、氣焊、CO2氣體保護(hù)焊、混合氣體保護(hù)焊、埋弧焊、電渣焊及鎢極氬弧焊等。氬弧焊被廣泛應(yīng)用在鋼材、合金、銅等金屬的焊接中［3］，但其焊接效率低?？紤]到鑄鋼件的特性、焊接效率、鑄鋼件焊接操作特點(diǎn)等因素，焊接質(zhì)量能夠滿足產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和各種使用要求、有較強(qiáng)的可操作性、焊接成本較低的方法主要有焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊。以下對(duì)這3種焊接方法進(jìn)行對(duì)比選擇。

3.1 焊條電弧焊

焊條電弧焊是鑄鋼件焊接中最常用的一種焊接方法，該方法可以在任何位置實(shí)施焊接操作，可通過相應(yīng)性能的焊條獲得滿意的焊接接頭，適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜或焊接部位狹窄的鑄鋼件焊接，盡管工作效率低，但其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，是目前鑄鋼件焊接中應(yīng)用范圍最廣、最多的一種方法［4］。

焊條電弧焊在鑄鋼件焊接中的應(yīng)用特點(diǎn)： （1）焊接質(zhì)量好。焊條電弧焊焊接成本低，操作靈活，焊接時(shí)電弧及熔池由渣保護(hù)隔絕空氣，焊縫成形好，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，在深而窄、較大坡口焊第一層焊道上不易出現(xiàn)裂紋。（2）抗裂性差。焊道層數(shù)較多時(shí)，容易導(dǎo)致開裂或剝離，抗裂性差。由于鑄鋼件剛性大，在焊接過程中，對(duì)預(yù)熱溫度和層間溫度有較高要求，人工操作，很難保證整個(gè)過程的溫度要求，而減速器殼總成圖中焊腳尺寸為3 mm，采用單層單道即可滿足焊腳尺寸要求。 （3）耐磨性下降。焊條電弧焊獲得的熔深較大，稀釋率較高，熔敷金屬的硬度和耐磨性下降，為此在鑄鋼件焊接時(shí)要求采取預(yù)熱和緩冷措施。（4）效率低。采用焊條電弧焊，焊接效率低。

3.2 埋弧焊

在鑄鋼件的埋弧焊中使用的焊絲直徑為3.0～5.0 mm，與焊條電弧焊相比，埋弧焊有以下特點(diǎn)：生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量好、適用范圍較小。

3.3 CO2氣體保護(hù)焊

與焊條電弧焊相比，CO2氣體保護(hù)焊在鑄鋼件焊接上的應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：（1）焊接效率比焊條電弧焊高2～3倍。（2）抗裂性能好，焊縫中氫的含量比低氫焊條要低。（3）深而窄的坡口內(nèi)進(jìn)行第一層焊接時(shí)，焊道上容易出現(xiàn)裂紋，可采取降低第一層電流值、減少熔深的方法，以避免裂紋的產(chǎn)生。（4）由于電弧熱量集中，減少了電弧加熱區(qū)域，焊接應(yīng)力小，鑄鋼件焊后變形小。（5）CO2氣體保護(hù)焊焊絲有效利用率可達(dá)95%以上，而焊條電弧焊的焊條有效利用率一般為55%。 （6）飛濺多，飛濺顆粒較大，在粘有油污、灰塵、油漆的鑄鋼件上焊接，比用焊條電弧焊更容易出現(xiàn)氣孔。（7）保護(hù)氣體屬于柔性體，易受側(cè)風(fēng)干擾，在有風(fēng)的地方焊接，CO2氣體失去了保護(hù)作用，也容易產(chǎn)生氣孔。

減速器殼總成圖中角焊縫焊腳尺寸為3 mm，采用單層單道即可滿足焊腳尺寸要求，采用電焊條焊接不易出現(xiàn)裂紋；避免了焊道層數(shù)較多時(shí)，抗裂性差的情況；焊接過程中采取預(yù)熱和緩冷減輕耐磨性下降的影響；此件螺座的外徑尺寸為30 mm，焊接量小，對(duì)效率影響不大，屬于短焊縫焊接；第一次采用CO2氣體保護(hù)焊一次合格率太低。綜合以上七點(diǎn)采用電焊條焊接較好。

4 焊材的選擇

4.1 焊條E5016

焊條E5016熔敷金屬化學(xué)成分見表3，力學(xué)性能見表4。

表3 焊條E5016熔敷金屬化學(xué)成分 %

表4 焊條E5016熔敷金屬力學(xué)性能

第二次實(shí)際生產(chǎn)中派3人采用E5016φ3.2 mm焊條共焊接4件減速器殼，只有一個(gè)件焊后打壓未成功，然后采用E5016φ3.2 mm焊條進(jìn)行了焊接修復(fù)，再次打壓成功。

4.2 焊條E4315

熔敷金屬化學(xué)成分見表5，力學(xué)性能見表6。

表5 焊條E4315熔敷金屬化學(xué)成分 %

表6 焊條E4315熔敷金屬力學(xué)性能

第三次采用了E4315φ3.2 mm焊條進(jìn)行焊接，車間派3人共焊接了4件，有1件打壓不合格，后將打壓未成功件采用E4315焊條進(jìn)行了焊接修復(fù)，再次打壓成功。

4.3 焊條型號(hào)選擇

焊條型號(hào)選擇原則：（1）焊材選擇根據(jù)就低強(qiáng)度母材選擇焊材的原則，依據(jù)ZGA來選擇焊材； （2）中碳鋼與低合金鋼等結(jié)構(gòu)件的焊接，采用低氫鉀型堿性藥皮焊條，有抗裂性能。（3）在JB／T 5000.7—2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第7部分：鑄鋼件補(bǔ)焊》中表3提到：不要求等級(jí)強(qiáng)度或高溫性能或耐蝕性能選擇焊條牌號(hào)為J506、型號(hào)為E5016的焊條。

綜上所述，與螺座通過螺紋連接，為密封連接，受力不大，且ZGA與ACr兩種母材連接無法達(dá)到等強(qiáng)度，因此選擇公司內(nèi)已經(jīng)熟練使用的E5016焊條，且螺座與減速器殼的焊腳尺寸為3 mm，所以選擇直徑φ3.2 mm焊條。

5 焊接工藝及參數(shù)

（1）焊前清理減速器殼坡口處多余物，并打磨出金屬光澤；

（2）焊前預(yù)熱。對(duì)減速器殼上對(duì)應(yīng)的焊接襯套位置及襯套進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度250～300℃，預(yù)熱范圍覆蓋焊口每側(cè)不小于100 mm的范圍，見圖3；

（3） 焊接電流控制在100～130 A；

（4）焊后處理。焊接后對(duì)襯套處焊縫周邊至100 mm處用氧氣乙炔火焰切割裝置加熱至250～350℃，用巖棉包裹保溫1～2 h， 見圖 4。

圖3 焊前預(yù)熱

圖4 焊后保溫

6 焊后檢驗(yàn)

通過密封試驗(yàn)驗(yàn)證焊縫的氣密性是否符合要求，進(jìn)行密封性檢測(cè)發(fā)現(xiàn)8件中有1件有漏氣現(xiàn)象，一次焊接合格率得到提升。

7 總結(jié)

通過查詢資料以及實(shí)際生產(chǎn)得知，采用E5016φ3.2 mm焊條焊接減速器殼可行，在生產(chǎn)驗(yàn)證中3人均采用此工藝方法焊接，提高了一次焊接合格率，工藝文件可以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。