直齿轮联合堆焊在线修复

常晓巍

摘 要：大型直齿轮在公司范围内广泛应用，一旦出现断齿或开裂将影响生产，若对齿轮进行更换，不仅时间长且费用较高。采用在线修复的方式，不仅能够尽快恢复生产，而且可大大降低停机时间和维修费用。

关键词：直齿轮；堆焊；在线修复

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.010

1 前言

炼铁烧结机大齿轮是正常生产的关键设备，在生产过程中由于齿轮受传动载荷作用，在齿根处产生较大的弯曲应力，使根部产生疲劳裂纹，当裂纹扩展到一定程度，就会发生轮齿的开裂或断齿现象。一旦出现断齿或开裂直接影响烧结的顺利生产，出现缺齿后拆除更换时间较长，影響产量。为节省停机修复时间，采用在线焊接修复的办法，原采用一种焊接材料进行堆焊，耐磨性较差，堆焊修复后使用2-3个月就出现不同程度的磨损，需要再次修复。后期经过分析，采用CO2气体保护焊和不锈钢焊条电弧焊联合堆焊焊接方法，通过选用合理的焊接工艺参数，严格的焊接过程控制，提高齿轮的耐磨性，延长使用寿命。

2 焊接工艺性修复分析

齿轮含碳量约为0.4%，可焊性较差，焊后热影响区会产生较厚的马氏体组织高硬度层，在焊接应力的作用下，会出现大面积裂纹，甚至导致敷熔层与母材剥离；同时由于齿轮的体积比较大，焊接时冷却速度快，产生冷裂纹的可能性也大大增加。

为减少避免热影响区淬硬组织的产生，在焊接时采用母材焊前预热，保持合适的层间温度，后热缓冷的方式，同时在施焊过程中选用较大的线能量，从而达到降低堆焊层及热影响区的冷却速度，控制马氏体的含量和硬度，达到最大限度的减少热影响区的裂纹的目的。

而大的线能量使用，使熔合比增加，又增大了产生热裂纹的倾向，而为了降低热裂纹产生倾向，就要采用小线能力和慢速焊，小线能力焊接可以降低熔合比，改善焊缝成型，但又导致焊接时间长，对防止冷裂纹产生不利影响。为此考虑选用高效率的CO2气体保护焊打底。

同时为提高修复齿的耐磨性，使用不锈钢焊条与CO2气体保护焊交替堆焊方式。此种联合焊接方式即可以缩短焊接时间，有效防止焊接裂纹的产生，又延长了修复齿轮的寿命。

3 齿轮修复

由于断裂的齿无法找回，修复时首先根据齿轮的实际齿形制作一个样板，作为焊接和修磨齿型检查时使用。为保证修复的焊接质量，对齿轮损坏部位进行清理，先用气割去除齿轮断裂处的缺陷，然后使用砂轮进行修磨缺口，缺口打磨出金属光泽后，开始进行堆焊。

3.1 工艺参数选择

（1）为保证焊接修复的质量，在选择焊接材料时，考虑轮齿要求有一定的强度和良好的韧性，如果堆焊焊缝强度过高，虽然保证了轮齿的硬度，但导致焊缝的韧性、塑性和抗裂性下降，降低了焊缝的使用安全。因此根据母材的特性和要求，选择低强度匹配焊材ER50-6的Φ1.2焊丝进行焊接，适当降低堆焊层的强度。

（2）CO2气体保护焊堆焊采用短路过渡的工艺参数。细丝焊、低电压，相匹配的电流与电压，可以获得飞溅小、焊缝成形良好的稳定焊接过程，因此焊接时，电弧电压 19～21V，焊接电流120～135A，焊丝伸出长度8～10mm。

（3）为增加焊缝中铬含量和焊缝的硬度，且能与ER50-6焊丝很好的熔合，选用A307、直径Φ3.2的不锈钢焊条进行填充，电弧电压18-20V，焊接电流80-90A。

3.2 焊接过程控制

（1）采用CO2气体保护焊焊接第一、二层，层间进行修磨，第三、四层采用不锈钢焊条电弧焊进行焊接，层间进行修磨，盖面层采用CO2焊接，如此进行交替，焊接宽度随着形状每层逐渐缩小1-2毫米，使齿形显示出来，每焊一层必须采用齿形样板进行检查，确保齿的形状符合要求。

（2）工艺实施中难度较大的是焊前预热，用两把氧--乙炔焊枪同时加热修复部位，当用表面温度计测定达到300℃时，开始按制定的工艺实施。

（3）施焊方向按齿轮宽左右往返，焊道顺序从齿底向齿尖排，每道互压1/3-1/2焊道宽度，以保证齿轮温度的均恒。层间温度不得低于80℃，若有减小，必须重新进行加温至所需温度要求。焊接过程中要不断采用锤子锤击焊缝，进行应力释放，防止裂纹的产生。

（4）焊接完毕进行用石棉布进行包裹保温，慢慢冷却到室温，避免延迟裂纹的产生。

3.3 焊后修磨

（1）堆焊结束，采用目视检查和超声波探伤进行确认，无裂纹等焊接缺陷。

（2）依据齿形样板检查堆焊齿，用磨光机对齿形修磨，达到使用要求。

4 小结

（1）选择合适的焊接材料，低强组配焊材的使用，合理的焊接工艺施焊，在保证齿轮到达使用要求的同时，获得了焊接质量的保证。

（2）焊接大齿轮过程中淬硬组织是产生裂纹的主要原因，为避免淬硬组织的产生，焊前进行预热，控制好层间温度，焊后保温缓冷是工艺控制的关键。

（3）为保证堆焊层有一个合适的冲击韧性值，选择合适的线能力；同时增加不锈钢堆焊层，提高堆焊层的硬度和耐磨性。

通过实践，采用CO2气体保护焊和不锈钢焊条电弧焊联合堆焊焊接方法，提高齿轮的耐磨性，延长使用寿命，自2015年采用此种堆焊方法堆焊大齿轮至今，堆焊齿未再出现开裂、断齿现象。此方法可以应用于模数大于20的软齿面直齿轮的堆焊修复。