主传动齿轮的焊接课设报告文件

-1-前言

在进入21世纪的前夜，美国的焊接同行们围绕着“美国焊接工业应对21世纪挑战"的主题展开了大规模的研讨。他们广泛、深入地探讨了焊接在未来20年可能遇到的机遇和挑战，并提出了以《焊接工业展望》为主框架的一系列分析报告.

我国焊接界的有识之士亦对我国焊接行业如何跨入21世纪予以了异常关注.以林尚扬、关桥两位院士为首的中国工程院咨询项目工作组开展了《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究》工作。在过去的三年里，项目工作组进行了艰难的调研，在掌握国内、外大量第一手资料和数据的基础上，系统分析了我国焊接行业的现状和主要挑战，规划了未来的发展战略和对策，提出了内涵丰富、极具战略意义的研究报告。

这项工作得到了焊接行业的高度关注。2004年3月，中国焊接协会、中国焊接学会组织了由我国焊接行业权威专家参加的焊接行业发展战略研讨会。与会专家对两位院士的报告予以了高度评价，同时对今后行业的发展提出了许多极其宝贵的建议。

本文旨在根据研讨会专家们的建议，在两位院士报告的总体框架下,重点探讨行业层面进一步发展的主要挑战和对策。目录主传动齿轮的结构及主要零件材料成分性能1。1焊接齿轮的结构/21.2齿轮材料的选用/21.3材料的化学成分及性能分析/2第二章材料焊接性的分析2.1中碳调质钢35CrMo焊接性问题/32.240钢的焊接性问/4第三章焊接方法的选用3.1焊接方法的选用/53.2CO2气体保护焊的特点/53。3焊接材料的选用/5第四章焊接设备与工艺参数的选用4。1CO2气体保护焊焊机的选择/64。2CO2气体保护焊焊接工艺/64。3三类焊缝的具体参数/84。4焊接辅助设备的选择/9第五章焊接的技术与操作流程5.1焊接操作工艺流程/95。2焊接次序/105.3焊接安全/10第六章焊件的焊后检验6。1焊件的检验/106。2常见焊接缺陷的产生原因/10参考文献/11附录:㈠附图A。焊接装配图B.焊接回转台图C。焊接操作机图D。组件A定位焊的装配图E.组件A定位用垫块图㈡附件A.焊接工艺卡3张B。加工工艺过程卡1张一、主传动齿轮的结构及主要零件材料成分性能1.1焊接齿轮的结构主传动焊接齿轮由齿圈（轮缘）、支撑板(腹板）、无缝管（肋板)、中心套（轮毂)组焊而成（图一为结构示意图）。1.2材料的选用齿圈选用的是中碳调质钢35CrMo，支撑板选用的是普通碳素钢Q235，连接支撑板的钢管选用无缝钢管Q235，中心套选用的是正火钢40钢.1.3材料的化学成分及性能分析㈠中碳调质钢35CrMo的化学成分和力学性能名称化学成分(％)中碳调质钢齿圈CMnSiCrNiMoVSP0.3～0。40。4～0。70。17~0.350。9～1。3__0.2~0。30。1～0.2≤0。030≤0.035热处理规范力学性能硬度（HBW）σs/Mpaσb/Mpaδ/％ψ/％Ak/J860～880℃油淬；560～580℃回火≥490≥657≥15≥35≥49197～24135CrMo钢是中碳低合金高强度钢，属于珠光体钢。根据国际国际焊接学会（IIW)推荐用于反应中、低合金钢的淬硬和冷冽倾向的碳当量公式：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+(Ni+Cu)/15根据公式计算35CrMO的碳当量0。587％~0。8167％（平均为0。702％）。根据以前做过的实验结果得知：当碳当量≤0。40%时，焊接时无淬硬倾向，焊接性良好；当碳当量在0。40％~0.50％范围时,淬硬倾向不太明显,焊接性尚可；当碳当量在0.50%～0。60％范围时，淬硬倾向逐渐明显,冷裂纹倾向随之增加,焊接性较差;当碳当量在≥0.60％时，属于高淬透性的钢，冷裂纹倾向进一步的增加，可焊性较差.因此,可见35CrMo的焊接性较差。㈡40钢的化学成分及性能（GB699-88）名称化学成分（％）40钢（正火)中心套CMnSiCrNiSP0。37～0。450。5～0.80。17～0。37≤0。25__≤0.035≤0.035力学性能硬度(HBW)σs/Mpaσb/Mpaδ/%ψ/％Ak/J未热处热处理≥335≥570≥19≥45≥47≤217≤18740钢有较高的强度，加工性良好冷变形时塑性中等。焊接性差，焊接前需要预热,焊接后需要热处理.㈢Q235的化学成分和力学性能（GB700-88）名称化学成分(％）Q235支撑板和肋板CMnSiCrNiSP0。14~0.220。3～0.650。30~0。37____≤0。050≤0.045力学性能σs/Mpaσb/Mpaδ/%ψ/%Ak/JA：—B:20℃≥27≥335≥570≥19≥45Q235钢是普通结构碳素钢，属于珠光体钢，它的碳当量约为0。2%，钢材的淬硬性倾向很小，焊接性好，焊接时不需要热处理。但对于Q235作为母材本身也有应注意的问题：冷裂纹,脆化等.二、材料焊接性的分析在材料的化学成分和性能分析中,已经得出结论，知道了35CrMo和40钢的焊接性较差，而Q235碳素钢的焊接性好,不需要焊接前的预热和焊接后的热处理.因此现只对焊接性差的35CrMo中碳调质钢和40正火钢做详细的焊接性分析：2.1中碳调质钢35CrMo焊接性问题㈠焊缝中的热裂纹中碳钢的含碳量及合金元素含量较高,焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大,结晶偏析倾向严重，焊接时易于产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹敏感性。为了防止产生热裂纹，要求采用低碳低硅焊丝，焊接时,应考虑到可能出现热裂纹的问题，尽可能选用碳含量低以及含S、P杂质少的焊接材料。在焊接工艺上应注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。因为热裂纹容易出现在未填满的弧坑处，特别是在多层焊时第一层焊道烦人弧坑中以及焊缝的凹陷部位。㈡淬硬性和冷裂纹3CrMo中碳调质钢的淬硬倾向十分明显,焊接热影响区容易出现硬脆的马氏体组织，增大了焊接接头去的冷裂纹倾向。母材含碳量越高,淬硬性越大,焊接冷裂纹倾向也越大。中碳调质钢比低碳调质钢对冷裂纹更敏感的原因，除过淬硬倾向大外，还由于Ms点较低，在低温下形成的马氏体难以产生“自回火"效应。由于马氏体中的碳含量较高,有很大的过饱和度，点阵畸变更严重，因而硬度和脆性更大，冷裂纹敏感性也更突出.焊接35CrMo时，为了防止冷裂纹，应尽量降低焊接接头的含氢量，除了焊接前采取预热措施外，憨厚须及时进行回火处理。此外，为了降低焊接接头可能出现的应力腐蚀开裂倾向，应采用热量集中的焊接方法和较小的焊接热输入,避免焊件表面的焊接缺陷和划伤。㈢热影响区的脆化和软化HAZ脆化35CrMo钢由于碳含量较高（Wc=0。3%～0。4％）,合金元素较多，有相当大的淬硬倾向，马氏体转变温度（Ms）低（一般低于400℃），无“自回火”过程，因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏体组织(尤其是高碳、粗大的马氏体）,导致热影响区脆化.生成的高碳马氏体越多，脆化越严重。为了减少热影响区脆化，从减少淬硬倾向出发，本应采用大热输入才有利。但由于这种钢的淬硬性强.仅通过增大热输入还难以避免马氏体的形成，相反却增大了奥氏体的过热,促使形成粗大的马氏体，反而是热影响区过热区的脆化更为严重。因此，为防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用小热输入，同时采取预热、缓冷和后热等措施。因为采用小冷却速度，这对改善热影响区的性能是有利的。HAZ软化焊前为调质状态的刚才焊接时，被加热到该钢调质处理的回火温度以上时,焊接热影响区将出现强度、硬度低于母材的软化区.如果焊后不再进行调质处理，该软化区可能成为降低接头区强度的薄弱区.因此,在调质状态下焊接时应考虑热影响区的软化问题。母材焊接前所处的热处理状态不同，软化区的温度范围和软化程度有很大差别。低温回火问的钢材,热影响区软化区的温度范围越大,相对于母材的软化程度也越大。从韧性方面出发，过热区是接头中最薄弱的环节；而从强度方面考虑，软化去是接头中最薄弱的环节.中碳调质钢热影响区软化最明显的部位，是温度处于Ac1～Ac3之间的区段，这与该区的不完全淬火过程有密切关系。因为不完全淬火区的奥氏体成分远未达到平衡浓度。铁素体和碳化物均为充分溶解，冷却时奥氏体发生分解，造成这个区段的组织强度和硬度都较低,其中在Ac1附近失强最大。热影响区软化程度和软化区的宽度与焊接热输入、焊接方法等有很大关系。焊接热输入越小,加热和冷却速度越快，软化区的宽度越窄，焊接热源越集中，对减少软化越有利。㈣小结:对于35CrMo钢焊接中存在的问题,焊接时应该采取诸如以下的一些保护措施。针对热裂纹问题，选用低含碳量以及S、P杂质少的焊材。针对冷裂纹问题，采取焊前预热，焊后及时回火处理的工艺。针对可能存在的应力腐蚀开裂问题,选用热量集中的焊接方法和较小的热输入。针对HAZ脆化问题，采用小的热输入避免奥氏体过热，同时采取预热、缓冷和后热等措施。针对HAZ软化问题,选用焊接热源集中地焊接方法，减少软化。2。240钢的焊接性问题1、中碳钢含碳量为0。3％~0.6%，当含碳量接近0.3%而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加焊接性逐渐变差，如果含碳量为0.5%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊,则热影响区可能产生硬脆的马氏体组织，易于开裂。当焊接材料和焊接过程控制不好时，甚至焊缝亦如此。焊接时,相当数量母材会熔化进入焊缝，使其含碳量增高，容易产生热裂纹.特别是硫的杂质控制不严时，更易显示出来。这种热裂纹在弧坑处更为敏感,此外由于含碳量的增高，气孔敏感性也增大。2、大多数情况下，中碳钢需要预热和层间温度，以降低焊缝和热影响区的冷去速度，从而防止产生马氏体，通常40钢预热温度在150～250摄氏度。焊后最好立即消除应力热处理,特别是大厚度工件。消应力回火温度一般为600～650摄氏度。三、焊接方法的选择在主传动齿轮的焊接生产整个过程中,共涉及3类焊接，16条环焊缝:一、齿圈（35CrMo/齿圈最小厚度δmin=22mm）和支撑板（Q235/板厚δ=10mm）的焊接，其中包含2条角接环焊缝;二、支撑板（Q235/δ=10mm）和无缝钢管（Q235/管壁厚δ=6mm）的焊接,其中包含12条对接环焊缝；三、中心套(40钢/中心套最小厚度δ〉30mm）和支撑板(Q235/δ=10mm）的焊接，其中包含2条角接环焊缝.3.1焊接方法的选用根据给定的生产条件（小批量生产)以及选定母材材料的本身特点(外在的形状结构、板材厚度、管材壁厚，材料的可焊性），并且结合实际生产的成本，考虑焊接效率最终选择了CO2气体保护焊的焊接方法来完成3类，16条焊缝的焊接。3。2CO2气体保护焊的特点1、CO2焊是一种高效节能的焊接方法.在水平对接焊10mm低碳钢板时，CO2焊的耗电量比手工电弧焊低2/3左右，就是与埋弧焊想毕业略低些。同时考虑到搞生产率和焊接材料价格低廉等特点，CO2焊的经济效益是很高的。2、CO2是一种低氢型焊接方法，焊缝的含氢量极低,康修能力较强，所以焊接低合金钢时不易产生冷裂纹，同时也不易产生氢气孔。3、CO2焊是一种明弧焊接方法,焊接时便于监视和控制电弧和熔池,有利于实现焊接过程的机械化和自动化，用半自动焊接曲线焊缝和空间位置焊缝十分方便.4、CO2焊所使用的气体和焊丝价格便宜，焊接设备在国内已定性生产，为该方法的应用创造了十分有利的条件。5、用粗丝(焊丝直径≥1。6mm）焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡方式.电流密度可高达100～300A/mm2,所以汉斯的熔化系数大，可达15～26g/(A·h)。焊件的熔深很大,可以不开或开小坡口。另外，该方法基本上没有熔渣，焊后不需要清查，节省了许多工时，因此可以较大的提高焊接生产率。其中，直径1.6mm焊丝大量用于焊接厚大钢板,电流可达500A。6、用细焊丝（焊丝直径≤1。6mm）3.3焊接材料的选择：焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡方式。这时电弧对焊件是间断加热，电弧稳定，热量集中，焊接热输入小,适合于焊接薄板。同时焊接变形也很小，甚至不需要焊后矫正工序.1、焊丝选择:H08Mn2SiAH08Mn2SiA的化学成分如下表合金元素含量（%)CSiMnCrNiSP≤0.10.70～0.951.80～2.10≤0.02≤0.250.0300.035选择H08Mn2SiA的原因H08Mn2SiA焊丝适合于低碳钢和低合金钢的焊接;Mn、Si具有较强的脱氧能力，能提高焊缝的抗拉强度；焊接时电弧稳定、熔敷效率高、飞溅较少、焊缝成形美观,并且抗氧化修士能力强.四、焊接设备和工艺参数的选择4。1CO2气体保护焊焊机的选择1、焊机型号：KR-350焊机的主要参数见下表，表4。0额定输入电压AC380，三相频率50HZ工作输出电流60—350A工作输出电压17—32V额定负载率60%2、拉丝式送丝机构仅适用于输送直径小于1。2mm焊丝;推丝式送丝机构整个便于制作，焊枪简单轻巧，可采用较大的焊丝盘，容纳较多的焊丝，时应用最广的送丝机构。由于焊丝刚性所致，所以仅适用于焊丝直径大于0。8mm的焊丝，其送丝软管较短一般3m。根据送丝滚轮的结构，可分为单主动式、双主动式和二联式，常用双主动式。3、焊枪种类有空冷和水冷两种方式，细丝小电流的采用空冷焊枪,粗丝大电流采用水冷焊枪。焊枪外形有鹅颈式和手枪式，鹅颈式常用于平焊，水平填角焊；手枪式焊枪常用于粗丝，立焊和横焊等。4。2焊接工艺焊前准备焊缝坡口的基本形式与尺寸，可按GB985选用。由于二氧化碳焊熔深度较大，因此板厚在8mm以下的平对接焊缝可不开坡口。焊件钝边可增加到5mm，坡口角度可减至50°。焊丝，坡口及坡口周围10～20mm范围内必须保持清洁，不得有影响焊接质量的铁锈，油污，水和涂料等异物.焊接区域的风速应限制在1米/秒以下，否则应采用档风装置。焊接参数焊丝直径焊丝直径的选择，主要是以焊件厚度，焊接位置和生产率的要求为依据。在电流相同时，熔深将随焊丝直径的减少而增加；焊丝越细，则焊丝熔化速度越高.焊丝直径的选择参照下表（4.1）:母材厚度(mm）1.5～2。32~83～12焊丝直径（mm)0.81.0～1。21.6焊件极性一般常用反接，即焊件接电源负极,焊丝接电源正极。在堆焊，铸铁补焊及粗丝大电流时，也可用正接。焊丝伸出长度焊丝伸出长度与焊丝直径，焊接电流及焊接电压有关.焊丝伸出长度增加，将降低焊接电流，减少熔深，增加焊缝宽度。焊丝伸出长度过长时，容易形成未焊透,未熔合,增加飞溅，削弱保护，形成气孔;焊丝伸出长度过短时,会妨碍对熔池的观察，喷嘴易被飞溅堵塞，影响保护形成气孔。根据实际生产经验,合适的焊丝伸长长度一般为焊丝直径的10-12倍,对于不同直径和不同材料的焊丝，允许使用的焊丝伸长长度是不同的，参见【1】表（4。2）：焊丝直径/mmH08Mn2SiH06Cr09NiTi0。81。01。26～127～128~155～96~117~12焊接电流在保证母材焊透又不致烧穿的原则下，应根据母材厚度，接头形式焊接位置及焊丝直径正确选用焊接电流。焊接电流是确定熔深的主要因素。随着电流的增加，熔深和熔敷速度都要增加，熔宽也略有增加.送丝速度越快，焊接电流越大，基本上是正比关系。焊接电流过大时，会造成熔池过大，焊缝成形恶化.各种直径的焊丝常用的焊接电流范围见下表，表(4。3)：焊丝直径/mm0.60。81.01.21.6焊接电流/A49～9050~12070～18090~350150～500电弧电压为获得良好的工艺性能，应选择最佳的电弧电压，该值是一个很窄的电压区间，一般仅为1～2伏左右。最佳的电弧电压与电流的大小，焊接位置等因素有关，可参见下表，表(4.4）:随电弧电压的增加,熔宽明显增加，而余高和熔深略有减少，焊缝机械性能有所降低。电弧电压过高，会产生焊缝气孔和增加飞溅.电弧电压过低，焊丝将插入熔池,电弧不稳，影响焊缝形成。焊接位置与电流的关系.表4.4：焊接电流/A电弧电压/V平焊立焊、仰焊75~12018～2218~22130～17020～2618~24180～21022～2818～26220~26025～36——焊接速度选择焊接速度主要根据焊接生产率和焊接质量。焊接速度过快，保护效果差，同事是冷却速度加大，是焊缝塑性降低，且不利于焊缝成形,易形成咬边缺陷；焊接速度过慢，熔敷金属在胡夏堆积，电弧热和电弧力受阻碍,焊道不均匀,且焊缝组织粗大。在实际生产中，焊接速度一般不超过0.5m/min。气体流量气体流量直接影响气体保护效果。气体流量过小时，焊缝易产生气孔等缺陷。气体流量过大时,不仅浪费气体，而且焊缝由于氧化性增强而形成氧化皮，降低焊缝质量。气体流量应根据焊接电流，焊接速度，焊丝伸出长度，喷嘴直径，焊接位置等因素考虑。当焊接电流越大,焊接速度越快,焊丝伸出长度较长，喷嘴直径增大,室外焊接及仰焊位置时，应采用较大的气体流量.当焊丝直径小于或等于1。2mm时，气体流量一般为6～15L/min；焊丝直径大于1.2mm时，气体流量应取15～25L/min。焊接回路电感的选择焊接回路电感的主要用于调节电源动特性，以获得合适的短路电流增长速度di/dt，从而减少飞剑;并调节短路频率和燃烧时间，以控制电弧热量和熔透深度。焊接回路中的电感值应根据焊丝直径和焊接位置来选择。在短路过渡中,细焊丝焊接时,应选择较小的电感值；粗焊丝焊接时，需要选择较大的电感值。注意，在实际生产中。由于焊接电缆比较长,常常将一部分电缆盘绕起来,这相当于在焊接回路中串入了一个附加电感。由于回路电感值的改变，是飞溅情况、母材熔深等都发生变化。因此，在焊接过程正常后，点啦盘绕的全书就不宜变动。表4。5焊接回路电感值的选择焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V电感/mH短路电流增长速度/kA·s—10。81.21.61001301601819200。01～0.080。02~0。500。30~0.7050～15040~13020～754。3三类焊缝的具体参数㈠Q235（无缝管）+Q235（支撑圈）焊接参数选择坡口：单边V型，45度3*3焊丝直径：1.2mm电压:23V电流：130A焊接速度：30m/h焊丝伸出长度：12mm气体流量：8L/min㈡Q235（支撑圈)+40钢（中心套）焊接参数选择不开坡口；焊丝直径：1。6mm;电压：28V电流：270A焊接速度：25m/h；焊丝伸出长度:20mm气体流量：17L/min;采用直流反接；操作时焊丝倾斜。㈢Q235（支撑圈)+35CrMo（齿圈)不开坡口；焊丝直径:1.6mm；电压：28V电流:270A焊接速度：25m/h；焊丝伸出长度:20mm气体流量：17L/min;采用直流反接；操作时焊丝倾斜。4。4辅助设备的选择㈠焊件变位机械由于是回转体零件的焊接，为了便于定位和焊接的自动化旋转，再考虑了零件的形状生产成本等多方面因素后，最终选择了国产焊件回转台ZT-5，其中的发动机及主体技术参数沿用ZT—5但是结合实际需要对其工作台做了一些自行的设计，详细变动见附图（焊接回转台)。焊接回转台的技术参数:见表4。6型号ZT—5最大承载重量/T5工作台回转速度r/min0。1—1工作台直径/mm1300工作台高度/mm1200最大焊接电流/A2000电动机功率/Kw2.2机器自重/Kg3500外形尺寸（长/mmx宽/mm)1000x1000㈡焊接操作机考虑批量生产，提高生产效率且便于在不同位置的焊接，选用了伸缩臂式焊接操作机，选择的伸缩臂行程为3m小型焊接操作机，详见附图(焊接操作机）.型号小型臂的允许荷重/Kg300臂伸缩行程/m3底座形式台车固定式臂升降行程/m3臂升降速度mm/min2000焊接操作机的技术参数：见表4。7五、焊接的技术及操作流程5.1焊接操作的工艺流程清理焊接部位——检查构件、组装、加工及定位——按工艺文件要求调整焊接工艺参数——按合理的焊接顺序进行焊接——自检、交检——焊缝返修——焊缝修磨——合格-—交检查员检查——关电源——现场清理.5.2焊接的次序㈠两块支撑板和六个无缝管定位焊，组成组件A;㈡再将组件A和齿圈B、中心套C装配成一个整体D固定在焊接回转台上;㈢固定焊枪的位置,调整焊接回转台速度使其等于设定的焊接速度（25m/h），使其旋转采用CO2气体保护焊自动焊来完成A、B之间的环焊缝；㈣调整焊枪的位置固定,调整焊