抽油机减速器焊接齿轮工艺

韩飞云

（大庆石油管理局有限公司装备制造分公司，黑龙江 大庆 163000）

当前一些工业企业抽油机减速器中的齿轮大部分应用的都为双圆弧人字齿，这种齿轮的形式主要为整体铸造齿轮形式，这种齿轮的铸造成本高，工作量大，周期长，同时在精细加工中存在很多的缺陷，比如齿轮存在夹渣或者疏松等情况影响齿轮的质量和正常使用，造成严重的经济损失。如果采用焊接的齿轮方式则能够有效避免这种情况的发生。

1 抽油机减速器焊接齿轮工艺的优劣势

首先，焊接齿轮的材质主要为锻造件，而齿轮圈的锻造方式相对于整体的铸造件来说优势更强；其次，焊接齿轮的毛坯质量相对较轻，与铸造齿轮的质量对比会轻三分之一左右；再次，焊接齿轮的材料只对齿轮圈的要求较高，需要为ZG35SiMn优质合金钢，其他部位的零件比如轮辐、轮毂以及筋板等部位的零件对材质的要求比较低，因此相对于铸造齿轮必须要贵重的金属来说，其在造价方面也具有一定的优势；最后，铸造齿轮在制作的过程中，涉及到的工序繁琐复杂，而且成品率不高，在加工的过程中，非常容易出现缺陷进而产生残次品，但是焊接齿轮在生产的过程中只需要保证工艺的合理性就可以保证齿轮制造成功。因此焊接齿轮凭借这些优势也被广泛的应用到机械制造领域中。

但是焊接齿轮也存在一定的劣势，由于焊接的性能比较差，而且在齿轮焊接后还需要经过退火、正火、调质以及氮化等方面的热工序处理，在生产加工的过程中工艺复杂，加工难度大，在焊接的过程中容易出现裂纹，因此在大型机械行业中焊接齿轮的应用还存在限制。如果焊接齿轮能够有效解决焊接方面的问题，即可为以后焊接齿轮大规模的应用奠定基础。

2 双圆弧人字齿的焊接结构分析

双圆弧焊接齿轮可以分为三个部分，分别为齿圈、辐板以及轮毂，通过对这三个部分焊接组合而成。其中齿圈为齿轮的主要受力部位，齿根的弯曲应力以及齿面的接触应力都需要齿圈承受。抽油机减速器对齿轮的要求高，承载的压力大，所以在齿圈以及轮毂的材质选择中一般会采用ZG35SiMn中碳钢，而辐板则会采用一般的Q235碳酸结构钢。为了降低由于焊接影响齿轮的程度，在焊接的过程中需要先进行组焊然后在进行整体的调整，提升焊接齿轮的强度和硬度。

3 焊接齿轮的焊接性

中碳合金钢ZG35SiMn在焊接的过程中焊接性能不强，同时在焊接遇热的过程中容易出现裂纹，或者出现脆化和冷裂纹等情况。

3.1 焊接中出现的热裂纹

ZG35SiMn中碳合金钢中的碳以及合金的含量都相对比较高，在焊接过程中焊缝凝固时，由于固液间的温度差比较大，所以偏析结晶的情况经常发生，导致焊接过程中出现结晶裂纹，而且这些裂纹本身的热敏感性高。如果在焊接的过程中没有采取特殊的处理和控制技术，裂纹的问题难以避免。为了有效的避免焊接中裂纹的出现，必须要保证选择材料的合理性，比如含碳量比较低或者含有硫、磷等杂质元素比较少的材料，在焊接工艺的选择中，需要保证对焊缝的填满，并保证焊缝的成型情况较好。

3.2 焊接后淬硬性、冷裂纹

从焊接齿轮的材质上来看，ZG35SiMn中碳合金钢本身具有较强的淬硬性特点，在焊接的过程中由于热影响会导致钢体表面存在马氏体组织，为冷裂纹的出现提供条件。在焊接的过程中为了有效预防冷裂纹，必须要对焊接头位置的含氢量进行处理，在焊接前先做好预热准备，或者在加热炉的旁边进行焊接，在焊接结束后再采用回火处理的方式。

3.3 焊接脆化

中碳合金ZG35SiMn材料由于其中含有的碳元素以及合金元素都比较多，所以本身的淬硬性也比较强，当马氏体的温度逐渐降低后，会在焊接热的区域范围内产生马氏体组织，而且这些组织的淬硬性强，在热量影响下容易导致脆化。同时产生的马氏体数量越多，其出现脆化情况也越明显。

4 焊接齿轮的焊接工艺分析

中碳合金钢ZG35SiMn在焊接的过程中焊接性不强，热裂纹、冷裂纹以及淬硬性等情况经常发生，进而影响到焊接的质量，因此在齿轮焊接的过程中必须要采取合理的焊接工艺，保证焊接的质量。

4.1 保证焊接工艺参数的合理性

在齿轮的焊接过程中需要合理选择焊接方式，比如二氧化碳气体保护焊，由于其在焊接的过程中本身具有质量高，应力小以及变形小等优势和特点，所以二氧化碳气体保护焊被广泛的应用到齿轮焊接过程中。在二氧化碳气体保护焊的应用中还需要保证其工艺参数，比如保证焊接的电流为200安，电压为25伏，气体流量为8到15升每分钟，焊接的速度为40到50厘米每分钟，采用的焊丝为H08Mn2SiA,焊丝的直径设置为1.6毫米。

4.2 焊接前的准备工作

为了保证焊接的质量，在焊接前需要先对焊接的位置进行清理，焊件不得存在油污、铁锈等杂质。

4.3 焊接前的预热

在焊件清理完成后，需要把齿轮的齿圈以及辐板的位置摆放好，并放入到加热炉中对焊件进行预热处理，一般预热的温度需要设置为300～350℃。

4.4 焊接

焊接在预热后，开始进行焊接工作，焊接需要在加热炉前完成，保证焊件的温度。从加热炉中取出焊件后需要两名焊工同时对称焊接。

4.5 再预热

在齿轮的轮圈以及辐板焊接完成后，需要将焊接完的焊件和轮毂进行配对，并保证位置的准确性再放入加热炉中进行预热，预热的温度需要控制在400～430℃。

4.6 再焊接

在这些工件预热完成后，还需要在加热炉前进行焊接。焊接中焊缝接口处非常容易导致应力集中的现象，为了防止这种情况的发生，需要在辐板、齿圈以及辐板、轮毂的焊接点开一个倒角，然后再进行焊接，倒角为15×45°。

4.7 回火

在完成齿轮焊接后，需要对焊接完成后的齿轮进行高温回火，温度控制在600摄氏度左右。

4.8 检验

在焊接完成后为了保证齿轮的合格率，需要对成品进行检验。在焊缝的检验中，可以采用磁粉探伤或者外观检验的方式进行。焊缝内部则可以采用射线或者超声波探伤的方式进行检验，通过这种检验的方式有效控制焊接的质量。

5 焊接齿轮热处理

在齿轮焊接完成后还需要再次进行热处理，对焊接中产生的粗晶组织进行消除，提升齿轮的硬度和强度。比如针对焊缝开裂的情况，在两种不同材质零件进行焊接的齿轮，热处理时容易出现开裂的情况。热处理加热和冷却过程中存在的温差较大，而热胀冷缩的作用会导致热应力的出现，进而使焊缝开裂。同时齿圈、辐板和轮毂的材料都存在差异，而不同材料的热胀冷缩性和导热性不同，导致热处理过程中容易出现裂缝。

6 结语

综上所述，中碳钢ZG35SiMn的含碳量高，所以在焊接的过程中可以采用二氧化碳气体保护焊的方式进行焊接，在焊接过程中通过对预热温度的控制能够防止焊接裂纹的产生。同时在焊接的过程中还需要保证材料以及工艺选择的合理性，保证焊接质量。