李春美

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

齒輪總成是變速器總成中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，其主要作用是傳遞扭矩并通過(guò)齒輪副形成不同的傳動(dòng)比，從而實(shí)現(xiàn)變速器輸出轉(zhuǎn)速的變化。一般的齒輪總成是由齒輪和錐環(huán)2個(gè)零件連接而成。因?yàn)橐獋鬟f扭矩，這2個(gè)零件的連接可靠性要求高，故常用的連接方式為花鍵連接和焊接［1］。在大批量生產(chǎn)過(guò)程中，花鍵的加工工藝復(fù)雜，成本高，故焊接成為齒輪與錐環(huán)連接的主要方式。電子束焊作為一種高新焊接技術(shù)，在該行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

1 電子束焊接的基本原理

電子束焊接是熔化焊的一種，利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接，其基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子，該電子在高壓靜電場(chǎng)的加速下再通過(guò)電磁場(chǎng)的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。整個(gè)焊接過(guò)程中金屬先熔化，再結(jié)晶。

2 電子束焊接的特點(diǎn)

1）一般不添加金屬，無(wú)金屬電極沾污，保證焊縫金屬的高純度。

2）表面平滑無(wú)缺陷，可防止難熔金屬焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋和泄露，熱影響區(qū)小，幾乎不產(chǎn)生變型。

3）熱源能量密度大，熔深大，焊縫深窄，能單道焊厚件。

4）參數(shù)可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，控制靈活。

5）應(yīng)用范圍廣泛，可用于微型電子線路組件的焊接，也可用于大型導(dǎo)彈外殼的焊接，以及異種金屬、復(fù)合結(jié)構(gòu)件的焊接等。

6）設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高。

3 電子束焊接的工藝流程及關(guān)鍵環(huán)節(jié)

以下頁(yè)圖1所示齒輪總成為例，工藝流程為：齒輪及錐環(huán)機(jī)加工→零件除油脫脂清洗→錐環(huán)與齒輪壓裝組合→焊接→超聲波探傷→焊后齒輪總成熱處理→熱后加工。

零件焊前清洗是電子束焊接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。電子束焊接對(duì)焊前零件清洗要求較高。若零件清洗不干凈，焊縫處存在油污等雜質(zhì)，焊接過(guò)程中雜質(zhì)會(huì)氣化，產(chǎn)生氣孔等焊接缺陷。雜質(zhì)的存在還會(huì)影響焊接室的真空度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使設(shè)備進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，中斷焊接。常用的清洗方法有丙酮清洗、三氯乙烷加熱等，生產(chǎn)廠家根據(jù)焊接零件的不同以及清洗劑、成本等自行制定清洗工藝。

電子束焊接對(duì)焊縫的配合也有一定的要求。一般采取過(guò)度配合，最大過(guò)盈量和最大間隙不超過(guò)0.03mm。過(guò)盈量過(guò)大，約束應(yīng)力大，焊后殘余應(yīng)力也大；間隙過(guò)大，焊縫區(qū)易產(chǎn)生塌陷，甚至?xí)l(fā)生電子束穿越焊縫層，打傷產(chǎn)品。

當(dāng)被焊接零件含碳量較高，焊縫碳含量超過(guò)0.5%時(shí)，直接焊接會(huì)導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂。故高碳含量零件焊接時(shí)，一般采用焊前預(yù)熱焊后保溫的方法，防止焊縫產(chǎn)生收縮裂紋。

圖1 采用電子束焊接的齒輪總成

4 電子束焊接設(shè)備

4.1 電子束焊設(shè)備分類

電子束焊接設(shè)備有許多種，按照真空室壓力分類可分為：高真空電子束焊機(jī)、低真空電子束焊機(jī)和非真空電子束焊機(jī)；按焊件在真空室中的位置可分為全真空電子束焊機(jī)和局部真空電子束焊機(jī)；按照電子束加速電壓分類可分為：高壓型電子束焊機(jī)、中壓型電子束焊機(jī)和低壓型電子束焊機(jī)；按照電子槍固定方式分類可分為動(dòng)槍式電子束焊機(jī)和定槍式電子束焊機(jī)等。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，非真空電子束焊機(jī)并不常見(jiàn)，國(guó)內(nèi)大多為真空電子束焊設(shè)備。

4.2 真空電子束焊設(shè)備的構(gòu)成

真空電子束焊接設(shè)備通常由電子槍、真空系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空焊接室、電氣控制系統(tǒng)、工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和焊接夾具構(gòu)成［2］。

電子槍是真空電子束焊接設(shè)備的核心部件，它是用以產(chǎn)生電子并使之匯聚成電子束的裝置，主要由陰極、陽(yáng)極、柵極、聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈等組成，分為靜電和電磁兩部分。電子槍的穩(wěn)定性、重復(fù)性直接影響焊接質(zhì)量。

真空系統(tǒng)是用來(lái)對(duì)電子槍和真空焊接室抽真空的部件，大多使用低真空泵、油擴(kuò)散泵或者渦輪分子泵。

電源系統(tǒng)，為電子槍提供加速電壓、控制電壓和燈絲加熱電流，分陰極加熱電源、聚束控制電源、陽(yáng)極高壓主電源、聚焦電源、偏轉(zhuǎn)電源和焊件驅(qū)動(dòng)電源六部分。

真空焊接室要求氣密性好，且有觀察窗口。觀察窗口并非普通玻璃，通常加裝一層鉛玻璃作為防護(hù)，阻隔X射線對(duì)人體的傷害，外層加裝鋼化玻璃，有一定的剛度和強(qiáng)度，能夠承受焊接室真空所帶來(lái)的大氣壓力。

電氣控制系統(tǒng)主要完成電子槍供電、真空系統(tǒng)閥門的程序啟閉、傳動(dòng)系統(tǒng)的恒速運(yùn)動(dòng)、焊接參數(shù)的閉環(huán)控制及焊接過(guò)程的程序控制等功能。

工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和焊接夾具的正確安裝及使用，對(duì)于焊接過(guò)程中電子束與接縫的位置、焊接速度穩(wěn)定、焊縫位置的重復(fù)精度有重要影響。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用固定電子槍，讓工件做直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接。

4.3 常用的電子束焊設(shè)備

變速器廠家常用電子束焊接設(shè)備為EBW系列齒輪電子束焊機(jī)，如EBW－6GB和EBW－4GB等。一般情況下，電子束焊接設(shè)備費(fèi)用比電弧焊等常規(guī)焊接設(shè)備費(fèi)用高。但在變速器生產(chǎn)廠家，因施焊零件狀態(tài)相近，焊接批量大，采用電子束焊接可節(jié)省材料，焊接操作簡(jiǎn)單，廢品率底，反而能有效降低成本。

5 結(jié)語(yǔ)

電子束焊接焊縫質(zhì)量高，焊接精度高，生產(chǎn)效率高，廢品產(chǎn)生率低，又能有效降低成本，非常適用于變速器廠家齒輪總成焊接生產(chǎn)過(guò)程。

［1］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］ 柴文潤(rùn).EBW系列汽車齒輪電子束焊機(jī)的電氣原理及故障分析［J］.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2008（5）：49.