韓飛云

（大慶石油管理局有限公司裝備制造分公司，黑龍江 大慶 163000）

當前一些工業(yè)企業(yè)抽油機減速器中的齒輪大部分應(yīng)用的都為雙圓弧人字齒，這種齒輪的形式主要為整體鑄造齒輪形式，這種齒輪的鑄造成本高，工作量大，周期長，同時在精細加工中存在很多的缺陷，比如齒輪存在夾渣或者疏松等情況影響齒輪的質(zhì)量和正常使用，造成嚴重的經(jīng)濟損失。如果采用焊接的齒輪方式則能夠有效避免這種情況的發(fā)生。

1 抽油機減速器焊接齒輪工藝的優(yōu)劣勢

首先，焊接齒輪的材質(zhì)主要為鍛造件，而齒輪圈的鍛造方式相對于整體的鑄造件來說優(yōu)勢更強；其次，焊接齒輪的毛坯質(zhì)量相對較輕，與鑄造齒輪的質(zhì)量對比會輕三分之一左右；再次，焊接齒輪的材料只對齒輪圈的要求較高，需要為ZG35SiMn優(yōu)質(zhì)合金鋼，其他部位的零件比如輪輻、輪轂以及筋板等部位的零件對材質(zhì)的要求比較低，因此相對于鑄造齒輪必須要貴重的金屬來說，其在造價方面也具有一定的優(yōu)勢；最后，鑄造齒輪在制作的過程中，涉及到的工序繁瑣復雜，而且成品率不高，在加工的過程中，非常容易出現(xiàn)缺陷進而產(chǎn)生殘次品，但是焊接齒輪在生產(chǎn)的過程中只需要保證工藝的合理性就可以保證齒輪制造成功。因此焊接齒輪憑借這些優(yōu)勢也被廣泛的應(yīng)用到機械制造領(lǐng)域中。

但是焊接齒輪也存在一定的劣勢，由于焊接的性能比較差，而且在齒輪焊接后還需要經(jīng)過退火、正火、調(diào)質(zhì)以及氮化等方面的熱工序處理，在生產(chǎn)加工的過程中工藝復雜，加工難度大，在焊接的過程中容易出現(xiàn)裂紋，因此在大型機械行業(yè)中焊接齒輪的應(yīng)用還存在限制。如果焊接齒輪能夠有效解決焊接方面的問題，即可為以后焊接齒輪大規(guī)模的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2 雙圓弧人字齒的焊接結(jié)構(gòu)分析

雙圓弧焊接齒輪可以分為三個部分，分別為齒圈、輻板以及輪轂，通過對這三個部分焊接組合而成。其中齒圈為齒輪的主要受力部位，齒根的彎曲應(yīng)力以及齒面的接觸應(yīng)力都需要齒圈承受。抽油機減速器對齒輪的要求高，承載的壓力大，所以在齒圈以及輪轂的材質(zhì)選擇中一般會采用ZG35SiMn中碳鋼，而輻板則會采用一般的Q235碳酸結(jié)構(gòu)鋼。為了降低由于焊接影響齒輪的程度，在焊接的過程中需要先進行組焊然后在進行整體的調(diào)整，提升焊接齒輪的強度和硬度。

3 焊接齒輪的焊接性

中碳合金鋼ZG35SiMn在焊接的過程中焊接性能不強，同時在焊接遇熱的過程中容易出現(xiàn)裂紋，或者出現(xiàn)脆化和冷裂紋等情況。

3.1 焊接中出現(xiàn)的熱裂紋

ZG35SiMn中碳合金鋼中的碳以及合金的含量都相對比較高，在焊接過程中焊縫凝固時，由于固液間的溫度差比較大，所以偏析結(jié)晶的情況經(jīng)常發(fā)生，導致焊接過程中出現(xiàn)結(jié)晶裂紋，而且這些裂紋本身的熱敏感性高。如果在焊接的過程中沒有采取特殊的處理和控制技術(shù)，裂紋的問題難以避免。為了有效的避免焊接中裂紋的出現(xiàn)，必須要保證選擇材料的合理性，比如含碳量比較低或者含有硫、磷等雜質(zhì)元素比較少的材料，在焊接工藝的選擇中，需要保證對焊縫的填滿，并保證焊縫的成型情況較好。

3.2 焊接后淬硬性、冷裂紋

從焊接齒輪的材質(zhì)上來看，ZG35SiMn中碳合金鋼本身具有較強的淬硬性特點，在焊接的過程中由于熱影響會導致鋼體表面存在馬氏體組織，為冷裂紋的出現(xiàn)提供條件。在焊接的過程中為了有效預防冷裂紋，必須要對焊接頭位置的含氫量進行處理，在焊接前先做好預熱準備，或者在加熱爐的旁邊進行焊接，在焊接結(jié)束后再采用回火處理的方式。

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較多，所以本身的淬硬性也比較強，當馬氏體的溫度逐漸降低后，會在焊接熱的區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生馬氏體組織，而且這些組織的淬硬性強，在熱量影響下容易導致脆化。同時產(chǎn)生的馬氏體數(shù)量越多，其出現(xiàn)脆化情況也越明顯。

4 焊接齒輪的焊接工藝分析

中碳合金鋼ZG35SiMn在焊接的過程中焊接性不強，熱裂紋、冷裂紋以及淬硬性等情況經(jīng)常發(fā)生，進而影響到焊接的質(zhì)量，因此在齒輪焊接的過程中必須要采取合理的焊接工藝，保證焊接的質(zhì)量。

4.1 保證焊接工藝參數(shù)的合理性

在齒輪的焊接過程中需要合理選擇焊接方式，比如二氧化碳氣體保護焊，由于其在焊接的過程中本身具有質(zhì)量高，應(yīng)力小以及變形小等優(yōu)勢和特點，所以二氧化碳氣體保護焊被廣泛的應(yīng)用到齒輪焊接過程中。在二氧化碳氣體保護焊的應(yīng)用中還需要保證其工藝參數(shù)，比如保證焊接的電流為200安，電壓為25伏，氣體流量為8到15升每分鐘，焊接的速度為40到50厘米每分鐘，采用的焊絲為H08Mn2SiA,焊絲的直徑設(shè)置為1.6毫米。

4.2 焊接前的準備工作

為了保證焊接的質(zhì)量，在焊接前需要先對焊接的位置進行清理，焊件不得存在油污、鐵銹等雜質(zhì)。

4.3 焊接前的預熱

在焊件清理完成后，需要把齒輪的齒圈以及輻板的位置擺放好，并放入到加熱爐中對焊件進行預熱處理，一般預熱的溫度需要設(shè)置為300～350℃。

4.4 焊接

焊接在預熱后，開始進行焊接工作，焊接需要在加熱爐前完成，保證焊件的溫度。從加熱爐中取出焊件后需要兩名焊工同時對稱焊接。

4.5 再預熱

在齒輪的輪圈以及輻板焊接完成后，需要將焊接完的焊件和輪轂進行配對，并保證位置的準確性再放入加熱爐中進行預熱，預熱的溫度需要控制在400～430℃。

4.6 再焊接

在這些工件預熱完成后，還需要在加熱爐前進行焊接。焊接中焊縫接口處非常容易導致應(yīng)力集中的現(xiàn)象，為了防止這種情況的發(fā)生，需要在輻板、齒圈以及輻板、輪轂的焊接點開一個倒角，然后再進行焊接，倒角為15×45°。

4.7 回火

在完成齒輪焊接后，需要對焊接完成后的齒輪進行高溫回火，溫度控制在600攝氏度左右。

4.8 檢驗

在焊接完成后為了保證齒輪的合格率，需要對成品進行檢驗。在焊縫的檢驗中，可以采用磁粉探傷或者外觀檢驗的方式進行。焊縫內(nèi)部則可以采用射線或者超聲波探傷的方式進行檢驗，通過這種檢驗的方式有效控制焊接的質(zhì)量。

5 焊接齒輪熱處理

在齒輪焊接完成后還需要再次進行熱處理，對焊接中產(chǎn)生的粗晶組織進行消除，提升齒輪的硬度和強度。比如針對焊縫開裂的情況，在兩種不同材質(zhì)零件進行焊接的齒輪，熱處理時容易出現(xiàn)開裂的情況。熱處理加熱和冷卻過程中存在的溫差較大，而熱脹冷縮的作用會導致熱應(yīng)力的出現(xiàn)，進而使焊縫開裂。同時齒圈、輻板和輪轂的材料都存在差異，而不同材料的熱脹冷縮性和導熱性不同，導致熱處理過程中容易出現(xiàn)裂縫。

6 結(jié)語

綜上所述，中碳鋼ZG35SiMn的含碳量高，所以在焊接的過程中可以采用二氧化碳氣體保護焊的方式進行焊接，在焊接過程中通過對預熱溫度的控制能夠防止焊接裂紋的產(chǎn)生。同時在焊接的過程中還需要保證材料以及工藝選擇的合理性，保證焊接質(zhì)量。