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一、焊接应力焊接过程中产生应力的主要原因与温度梯度，应力与板材厚度和结构刚度有关,板材越厚，结构刚度越大，夹紧力或紧固力越高，内应力越大。应力的存在，易使焊接区产牛裂纹，并影响机械加工精度和尺寸稳定性，对齿轮啮合质量和使用寿命是不利的。因此对精度要求高的齿轮构件降低焊接应力是十分重要的。焊接应力的消除应进行600℃高温回火，而轮缘先凋质后焊接的齿轮。焊后回火温度只能低于调质回火温度30～50℃。否则会影响材料性能下降，达不到强度和硬度要求。故减少应力的办法除焊后热处理外，重要的是从焊接工艺措施上设法将应力降低到最低值。工艺措施如下：/ P8 c& U* q# R" H
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(1)预热和保温状态下焊接，可以防止因温差造成的焊接应力，焊后缓冷同样可达到减少应力效放果。
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(2)固定齿轮的夹紧装置，刚度要适中.以减少焊接应力。
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(3)采用埋弧焊和气体保护焊焊接方法，通过胎具化固定焊件及焊接机头，焊件由变位器带动旋转，在给定的焊丝对中位置，焊接电流、电弧电压和焊接速度的条件下，减少了引弧收弧停顿时间及可能引起的接头处焊缝缺陷.使整条环形焊逢均匀一致.减少由于焊缝不均匀造成的收缩应力，
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(4)每焊完一道环缝要及时进行敲渣并锤击焊缝.以减少焊接应力。$ _- d: ]: }6 F. q( S
! X# F2 @* S( s# f& F (5)防止咬边及搭接焊缝之间存在沟槽、避免局部应力集中
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二、异种钢相焊以及封闭焊缝所引起的应力轮缘与腹板及腹板与轮毂之间焊缝均为厚板封闭焊缝,且被焊双方材质的化学成分、力学性能及线胀系数存在差异，在刚性拘束条件下焊接，易产生应力，导致焊接区开裂。生产中常用的方法有：2 I+ F* M: q$ |6 _- n0 O
" y! k- L0 k$ T9 C/ Q$ | (1)焊前将线胀系数小的金属(中碳合金钢)预热。3 o F( F e8 ]- Z7 z! {! M
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(2)加中间金属过渡层的措施8 v8 ^4 J- e0 t- k+ _+ j& v
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故在齿轮焊接生产中，轮缘与腹板的焊接根据轮缘材料的碳当量、焊接性、力学性能及产品结构的不同分别选择以下两种不同的接头型式: ; T# j) V$ B- U2 D, T7 h; G* y( v8 D
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a)在轮缘上堆焊过渡层，当轮缘材料含碳量较高，焊接性较差时，应先在轮缘上堆好一层与腹板材料性能接近的熔敷金属，这样便把性能相差较大的异种钢焊接改变为性能较为接近的两种材料焊接.从而消除了焊接应力。
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2 Q3 `6 {' \! _( q8 d& U. ?9 V 具体做法是堆焊的对轮缘进行预热，预热温度参见表39及材料焊接性试验结果而定.堆焊材料选用J507、H 08M r2SiA、H 08MnA等，堆焊方法优先选用气体保护焊及埋弧焊。3 |& N& q4 {: y7 b2 [" [* M4 S
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堆焊完成后，进行磁粉探伤及中间热处理(该温度比轮缘回火温度低30℃～50℃，中间热处理后，通过圆周8个点的位置测定堆焊层内径是否有加工余量，确认无误后，对堆焊面进行机械加工，用砂轮打磨焊边及焊瘤，堆焊表面机械加工后进行超声波探伤及磁粉探伤检查。检查合格后的轮缘即可与腹板进行组装焊接。
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6 v, ?0 r0 F7 q: T1 o b)在轮缘上不进行堆焊，当轮缘材料含碳量较低，焊接性较好时，可不设置堆焊层，直接与腹板组装焊接。" K2 }4 n* _- l: r" R, p0 y
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腹板与轮毂的焊接因其性能相差较小，故不必设置堆焊层，直接组焊即可。& |+ X( y9 Z/ A! s% g
1)为防止焊接裂纹，主要采取以下工艺措施：(1)预热预热是防止裂纹的有效措施，预热温度的确定主要考虑钢材的焊接性，焊前应做如下试验。" w. d) I1 ?$ o+ J
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a)根据钢材化学成分计算其碳当量。7 | w6 Z4 U" u
8 C Q6 A7 q2 B8 \ b)用刚性拘束试验方法测定钢材裂纹敏感性。
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c)不同热输入条件下测定焊接接头的力学性能(主要是冲击韧度)，热影响区金相组织及硬度分析。
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通过上述综合试验结果确定焊接预热温度及焊接工艺参数，中碳合金结构钢预热温度参考值见表39。表39中碳合金结构钢预热温度推荐值2 }7 T4 R2 A; z
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钢号最低预热温度厚度<20mm厚度=20～50mm厚度>50mm 20CrNiMoH 90 150 200 40CrNiMoH 280 320 370 42CrMnMoH 280 320 370 30CrMoH 150 180 200 20CrNi2MoH 150 180 200 40CrMnMoH 260 320 370
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(2)焊接方法选择根据结构型式、尺寸以及生产的具体条件，按表40选择焊接方法，表40焊接方法比较
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" c; ?$ d' ^, w; @ 焊接方法优点缺点手工电弧焊操作灵活，运用于小型齿轮焊接焊接接头多，焊缝续不均匀，劳动条件差，效率低。埋弧自功焊焊缝成形美观，效率高，适用于大型齿轮焊接可见度差、热影响区性能偏低O2气体保护焊熔深大、效率高、价格便宜易于实现机械化、自动化飞溅大，焊缝成形差药芯焊丝CO2气体保护焊效率高，焊缝成形美观、接头塑、韧性高烟尘大Ar80%十CO220%合气体保护焊形美观，接头塑、韧性高需增加配比器、氩气价格高
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(3)焊接材料选择焊接齿坯主环缝共两种，—种为轮缘与腹板的连接焊缝(对接或角接)，该焊缝是由碳合金结构钢(轮缘)和低合金钢〔腹板〕焊接而成；另一种环焊缝为腹板与轮缘连接焊缝，该焊缝是由低合金钢(16Mn)和35或ZG35焊接而成。以上两种焊缝均可采用与16Mn等强度的结构钢焊接材料，既保证焊接接头无裂纹，又可得到塑韧性好的焊缝，保证焊缝在动载情况下具有良好的承载能力。此外，在选择焊接材料时(焊条，焊剂等)应优先考虑用碱性焊条，并严格控制熔敷金属中碳，硫、磷含量及扩散氢含量，以保证焊缝金属具有优良的韧性和抗裂件，$ E& a2 w% m* E. [9 g3 X0 n- O
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(4)焊接线能量及焊道排列采用较小的线能量可防止母材中的碳熔入焊缝中，以防止焊缝增碳而导致产生裂纹，同时可防止热影响区之高温回火区软化引起的强度、硬度降低。( ~& V! `2 A- k' p: H" b3 m: w
; \: X+ ~+ I. {' B$ A' H+ p4 E6 f 采用多层多道焊接方法可改善热影响区组织和性能，这种方法尤其适宜用气体保护焊。6 ]1 o- K; j$ I6 t+ m
1 l" z Y9 z( z5 v0 S4 Q (5)后热焊后及时进行250～300℃／(1～2h)消氢处理，然后缓冷至室温；0 g( l1 _+ Z0 Y$ S1 W5 z1 R
, G! Y3 W: J6 T" W, e- I (6)焊后消除应力热处理2)减少焊接变形的工艺措施) o, a: D0 I0 l7 j. N
* }' |8 o- @5 \4 Z( ]* H; i (1)轮缘、腹板、轮毅三大零件加1：精度和配合公差均进行了标准化，世界各国有各自的标准，如美国某公司生产的挖掘机低速重载焊接齿轮装配公关要求如腹板的外径应比轮缘的内径小l.6mm，其公差为0.8mm，即轮缘与腹板焊前装配闻隙为0.8～16mm。
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腹板的内径等于轮毅外径加上0.8～1.0mm。/ `/ k! \) u4 R) W
) m8 X- b# L& Y 由此可见，齿轮的装配间隙比一般焊接件的装配间隙小得多，这是防止变形的关键措施。
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(2)装配、焊接胎具化，在精度较高的胎具上进行装配，并实现自动焊，可防止焊件变形，并具有提高生产效率和保证质量的作用。
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3)减少焊接应力的工艺措施
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发表于 2009-4-3 13:23:59
发表于 2009-4-16 08:38:42
