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1）為防止焊接裂紋，主要采取以下工藝措施：
(1)預(yù)熱 預(yù)熱是防止裂紋的有效措施，預(yù)熱溫度的確定主要考慮鋼材的焊接性，焊前應(yīng)做如下試驗(yàn)。
a)根據(jù)鋼材化學(xué)成分計(jì)算其碳當(dāng)量。
b)用剛性拘束試驗(yàn)方法測(cè)定鋼材裂紋敏感性。
c)不同熱輸入條件下測(cè)定焊接接頭的力學(xué)性能(主要是沖擊韌度)，熱影響區(qū)金相組織及硬度分析。
通過(guò)上述綜合試驗(yàn)結(jié)果確定焊接預(yù)熱溫度及焊接工藝參數(shù)，中碳合金結(jié)構(gòu)鋼預(yù)熱溫度參考值見表39。
表39 中碳合金結(jié)構(gòu)鋼預(yù)熱溫度推薦值
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鋼號(hào) |
最低預(yù)熱溫度 |
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厚度<20mm |
厚度=20～50mm |
厚度>50mm |
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20CrNiMoH |
90 |
150 |
200 |
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40CrNiMoH |
280 |
320 |
370 |
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42CrMnMoH |
280 |
320 |
370 |
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30CrMoH |
150 |
180 |
200 |
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20CrNi2MoH |
150 |
180 |
200 |
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40CrMnMoH |
260 |
320 |
370 |
(2)焊接方法選擇 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式、尺寸以及生產(chǎn)的具體條件，按表40選擇焊接方法，
表40 焊接方法比較
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焊接方法 |
優(yōu) 點(diǎn) |
缺 點(diǎn) |
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手工電弧焊 |
操作靈活，運(yùn)用于小型齒輪焊接 |
焊接接頭多，焊縫續(xù)不均勻，勞動(dòng)條件差，效率低。 |
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埋弧自功焊 |
焊縫成形美觀，效率高，適用于大型齒輪焊接 |
可見度差、熱影響區(qū)性能偏低 |
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O2氣體保護(hù)焊 |
熔深大、效率高、價(jià)格便宜易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化 |
飛濺大，焊縫成形差 |
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藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊 |
效率高，焊縫成形美觀、接頭塑、韌性高 |
煙塵大 |
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Ar80%十CO220%合氣體保護(hù)焊 |
形美觀，接頭塑、韌性高 |
需增加配比器、氬氣價(jià)格高 |
(3)焊接材料選擇 焊接齒坯主環(huán)縫共兩種，—種為輪緣與腹板的連接焊縫(對(duì)接或角接)，該焊縫是由碳合金結(jié)構(gòu)鋼(輪緣)和低合金鋼〔腹板〕焊接而成；另一種環(huán)焊縫為腹板與輪緣連接焊縫，該焊縫是由低合金鋼(16Mn)和35或ZG35焊接而成。以上兩種焊縫均可采用與16Mn等強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋼焊接材料，既保證焊接接頭無(wú)裂紋，又可得到塑韌性好的焊縫，保證焊縫在動(dòng)載情況下具有良好的承載能力。此外，在選擇焊接材料時(shí)（焊條，焊劑等)應(yīng)優(yōu)先考慮用堿性焊條，并嚴(yán)格控制熔敷金屬中碳，硫、磷含量及擴(kuò)散氫含量，以保證焊縫金屬具有優(yōu)良的韌性和抗裂件，
(4)焊接線能量及焊道排列 采用較小的線能量可防止母材中的碳熔入焊縫中，以防止焊縫增碳而導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，同時(shí)可防止熱影響區(qū)之高溫回火區(qū)軟化引起的強(qiáng)度、硬度降低。
采用多層多道焊接方法可改善熱影響區(qū)組織和性能，這種方法尤其適宜用氣體保護(hù)焊。
(5)后熱 焊后及時(shí)進(jìn)行250～300℃／(1～2h)消氫處理，然后緩冷至室溫；
(6)焊后消除應(yīng)力熱處理
2)減少焊接變形的工藝措施
(1)輪緣、腹板、輪毅三大零件加1：精度和配合公差均進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，世界各國(guó)有各自的標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)某公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)低速重載焊接齒輪裝配公關(guān)要求如腹板的外徑應(yīng)比輪緣的內(nèi)徑小l.6mm，其公差為0.8mm，即輪緣與腹板焊前裝配聞隙為0.8～16mm。
腹板的內(nèi)徑等于輪毅外徑加上0.8～1.0mm。
由此可見，齒輪的裝配間隙比一般焊接件的裝配間隙小得多，這是防止變形的關(guān)鍵措施。
(2)裝配、焊接胎具化，在精度較高的胎具上進(jìn)行裝配，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊，可防止焊件變形，并具有提高生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量的作用。
3)減少焊接應(yīng)力的工藝措施
一、焊接應(yīng)力 焊接過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力的主要原因與溫度梯度，應(yīng)力與板材厚度和結(jié)構(gòu)剛度有關(guān),板材越厚，結(jié)構(gòu)剛度越大，夾緊力或緊固力越高，內(nèi)應(yīng)力越大。
應(yīng)力的存在，易使焊接區(qū)產(chǎn)牛裂紋，并影響機(jī)械加工精度和尺寸穩(wěn)定性，對(duì)齒輪嚙合質(zhì)量和使用壽命是不利的。因此對(duì)精度要求高的齒輪構(gòu)件降低焊接應(yīng)力是十分重要的。焊接應(yīng)力的消除應(yīng)進(jìn)行600℃高溫回火，而輪緣先凋質(zhì)后焊接的齒輪。焊后回火溫度只能低于調(diào)質(zhì)回火溫度30～50℃。否則會(huì)影響材料性能下降，達(dá)不到強(qiáng)度和硬度要求。故減少應(yīng)力的辦法除焊后熱處理外，重要的是從焊接工藝措施上設(shè)法將應(yīng)力降低到最低值。工藝措施如下：
(1)預(yù)熱和保溫狀態(tài)下焊接，可以防止因溫差造成的焊接應(yīng)力，焊后緩冷同樣可達(dá)到減少應(yīng)力效放果。
(2)固定齒輪的夾緊裝置，剛度要適中．以減少焊接應(yīng)力。
(3)采用埋弧焊和氣體保護(hù)焊焊接方法，通過(guò)胎具化固定焊件及焊接機(jī)頭，焊件由變位器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在給定的焊絲對(duì)中位置，焊接電流、電弧電壓和焊接速度的條件下，減少了引弧收弧停頓時(shí)間及可能引起的接頭處焊縫缺陷．使整條環(huán)形焊逢均勻一致．減少由于焊縫不均勻造成的收縮應(yīng)力，
(4)每焊完一道環(huán)縫要及時(shí)進(jìn)行敲渣并錘擊焊縫．以減少焊接應(yīng)力。
(5)防止咬邊及搭接焊縫之間存在溝槽、避免局部應(yīng)力集中
二、異種鋼相焊以及封閉焊縫所引起的應(yīng)力 輪緣與腹板及腹板與輪轂之間焊縫均為厚板封閉焊縫,且被焊雙方材質(zhì)的化學(xué)成分、力學(xué)性能及線脹系數(shù)存在差異，在剛性拘束條件下焊接，易產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致焊接區(qū)開裂。生產(chǎn)中常用的方法有：
(1)焊前將線脹系數(shù)小的金屬(中碳合金鋼)預(yù)熱。
(2)加中間金屬過(guò)渡層的措施
故在齒輪焊接生產(chǎn)中，輪緣與腹板的焊接根據(jù)輪緣材料的碳當(dāng)量、焊接性、力學(xué)性能及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同分別選擇以下兩種不同的接頭型式:
a)在輪緣上堆焊過(guò)渡層，當(dāng)輪緣材料含碳量較高，焊接性較差時(shí)，應(yīng)先在輪緣上堆好 一層與腹板材料性能接近的熔敷金屬，這樣便把性能相差較大的異種鋼焊接改變?yōu)樾阅茌^為接近的兩種材料焊接．從而消除了焊接應(yīng)力。
具體做法是堆焊的對(duì)輪緣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度參見表39及材料焊接性試驗(yàn)結(jié)果而定．堆焊材料選用J507、H 08M r2SiA、H 08MnA等，堆焊方法優(yōu)先選用氣體保護(hù)焊及埋弧焊。
堆焊完成后，進(jìn)行磁粉探傷及中間熱處理(該溫度比輪緣回火溫度低30℃～50℃，中間熱處理后，通過(guò)圓周8個(gè)點(diǎn)的位置測(cè)定堆焊層內(nèi)徑是否有加工余量，確認(rèn)無(wú)誤后，對(duì)堆焊面進(jìn)行機(jī)械加工，用砂輪打磨焊邊及焊瘤，堆焊表面機(jī)械加工后進(jìn)行超聲波探傷及磁粉探傷檢查。檢查合格后的輪緣即可與腹板進(jìn)行組裝焊接。
b)在輪緣上不進(jìn)行堆焊，當(dāng)輪緣材料含碳量較低，焊接性較好時(shí)，可不設(shè)置堆焊層，直接與腹板組裝焊接。
腹板與輪轂的焊接因其性能相差較小，故不必設(shè)置堆焊層，直接組焊即可。 | 
