齿轮类零件电子束焊接的质量控制策略分析

2017-02-14潘小虎

科技与创新 2016年21期

潘小虎

摘要：在汽车制造行业，将电子束焊接应用于汽车变速箱齿轮类零件的焊接取得了一定的效果。但电子束焊接工艺较为复杂，对操作人员的要求较高，因此，探讨其质量控制显得尤为必要。本文在参阅大量相关研究文献的基础上，结合笔者相关实践工作经验，主要从零件原材料的化学成分、热处理状态、清洗、齿轮零件的焊前压配、焊缝对中和参数选择、探伤等方面阐述了齿轮类零件电子束焊接的质量控制。

关键词：电子束焊接；齿轮类零件；质量控制；焊接技术

中图分类号：TG457.25 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.093

电子束焊接是焊接领域中较为重要的一项焊接技术，在汽车变速箱齿轮零件焊接中具有重要的作用。但电子束焊接对工艺人员的素质要求较高，如果对电子束焊接工艺了解较少，则可能导致焊接出现问题，比如脱焊、焊接裂纹或者齿圈焊后翘曲等，进而严重影响齿轮类零件的质量。因此，探讨齿轮类零件电子束焊接的质量控制策略具有重要的现实意义。

1 零件原材料的化学成分和热处理状态

1.1 钢材碳含量和碳当量

众所周知，钢材中碳含量越高，材料的焊接性能越差。同时，零件原材料中含有的其他元素，比如锰、硅、钛、铬等对焊接性能的影响比较明显。碳当量是判断钢材焊接性的重要依据之一，碳当量与焊接性成反比，即碳当量越高，焊缝和热影响区就越易产生裂纹。因此，在焊接时，为了避免裂纹的出现，需要采用预热、缓冷等措施控制焊接质量。

1.2 硫、磷等杂质含量对焊接的影响

基于电子束焊接产生的焊缝形状、特点以及焊缝结晶裂纹的性质，必须严格控制钢材中硫、磷的含量。实践证明，被焊钢材中碳含量超过0.03%时，硫与磷两者的含量应该控制在0.02%以内。

1.3 控制钢材的热处理状态

焊前的热处理状态对焊接质量有着至关重要的影响。以变速箱齿轮为例，其材质多为20CrMnTi型钢材，这种钢材一般都需要经过渗碳淬火。经过该工艺后，其含碳量一般在0.6%～0.84%.此时，如果直接焊接，且未对焊缝区域采取防渗碳措施，则应通过保温、预热或严格控制线能量等措施避免钢材出现淬硬脆化裂纹。因此，为了保证焊接质量，应先进行电子束焊接，再进行整体的渗碳淬火工艺，从而保证焊缝质量，并提高生产效率。对于一些精密仪器的齿轮，必须分别对零部件进行渗碳淬火，打磨后通过电子束焊接到一起。

2 清洗

焊前清洗方法分为以下2步：①如果零件较少的话，可以先用汽油清洗掉油污，然后使用丙酮进行脱水脱脂作业。需要注意的是，汽油和丙酮保持干净，及时更换。在此需要注意的是，如果零件表面油污比较厚重，这时应当还用抹布或者纱巾等擦拭掉过多的油污，然后再进行清洗，避免不必要的浪费。②如果零件的数量较多，其清洗就必须依赖机械化的方式。清洗要选用恰当的清洗剂，通过浸洗和喷淋两种方式进行焊前清洗，自然干燥后再焊接。

需要注意的是，焊前清洗结束后要及时焊接，零件搁置时间不宜超过2 h，否则零件会吸收空气中的潮气，进而出现生锈等问题，影响焊接质量。如果焊接未及时进行，则需要利用塑料袋等装置将零件密封。

3 焊前压配和焊缝对中

3.1 焊前压配

焊前压配对焊接质量的影响较大。同样，以汽车变速箱齿轮为例，如果因毛刺等原因导致压配不到位，则可能影响焊接质量，导致焊接后零件精度不达标。这就要求无论采用何种装配方式，都必须避免装配不到位现象的出现。同时，为了控制焊接质量，应确保机加工的公差配合精确。

3.2 焊缝对中

电子束的良好对中具有重要的意义。如果对中效果较差，则会出现焊偏问题，其不仅会影响焊接深度，还会使焊接缝表面处理起来比较困难。在焊接时，为了保证对中质量，零件较少时可以使用光学观察系统精确定位；零件较多时焊接则可依靠焊机上的游标尺进行简单定位，再利用小束流在焊缝上打点，观察偏差后进行调整定位。

4 选择合适焊接参数

焊接参数主要包括加速电压、束流、焊接速度、聚焦电流、焦点位置等，这些参数要根据焊接部件的具体尺寸、大小等因素调整。

4.1 加速电压

一般而言，电子束焊机的电压在30～60 kV，但为了获得更好的聚焦性能，并保证其他焊接参数调整的便捷性，加速电压一般控制在60 kV。

4.2 束流与焊接速度

实践证明，束流越大，则零件的焊接速度也越快，这也就意味着焊接的效率越高。但束流越大，钢材的融化速度也会相应加快，凝固后焊缝的内应力会增加，进而出现焊缝根部尖钉缺陷。因此，束流与焊速控制必须根据实际焊接情况调整。