齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制策略分析

潘小虎

摘 要：在汽車制造行業(yè)，將電子束焊接應用于汽車變速箱齒輪類零件的焊接取得了一定的效果。但電子束焊接工藝較為復雜，對操作人員的要求較高，因此，探討其質(zhì)量控制顯得尤為必要。本文在參閱大量相關研究文獻的基礎上，結合筆者相關實踐工作經(jīng)驗，主要從零件原材料的化學成分、熱處理狀態(tài)、清洗、齒輪零件的焊前壓配、焊縫對中和參數(shù)選擇、探傷等方面闡述了齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制。

關鍵詞：電子束焊接；齒輪類零件；質(zhì)量控制；焊接技術

中圖分類號：TG457.25 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.093

電子束焊接是焊接領域中較為重要的一項焊接技術，在汽車變速箱齒輪零件焊接中具有重要的作用。但電子束焊接對工藝人員的素質(zhì)要求較高，如果對電子束焊接工藝了解較少，則可能導致焊接出現(xiàn)問題，比如脫焊、焊接裂紋或者齒圈焊后翹曲等，進而嚴重影響齒輪類零件的質(zhì)量。因此，探討齒輪類零件電子束焊接的質(zhì)量控制策略具有重要的現(xiàn)實意義。

1 零件原材料的化學成分和熱處理狀態(tài)

1.1 鋼材碳含量和碳當量

眾所周知，鋼材中碳含量越高，材料的焊接性能越差。同時，零件原材料中含有的其他元素，比如錳、硅、鈦、鉻等對焊接性能的影響比較明顯。碳當量是判斷鋼材焊接性的重要依據(jù)之一，碳當量與焊接性成反比，即碳當量越高，焊縫和熱影響區(qū)就越易產(chǎn)生裂紋。因此，在焊接時，為了避免裂紋的出現(xiàn)，需要采用預熱、緩冷等措施控制焊接質(zhì)量。

1.2 硫、磷等雜質(zhì)含量對焊接的影響

基于電子束焊接產(chǎn)生的焊縫形狀、特點以及焊縫結晶裂紋的性質(zhì)，必須嚴格控制鋼材中硫、磷的含量。實踐證明，被焊鋼材中碳含量超過0.03%時，硫與磷兩者的含量應該控制在0.02%以內(nèi)。

1.3 控制鋼材的熱處理狀態(tài)

焊前的熱處理狀態(tài)對焊接質(zhì)量有著至關重要的影響。以變速箱齒輪為例，其材質(zhì)多為20CrMnTi型鋼材，這種鋼材一般都需要經(jīng)過滲碳淬火。經(jīng)過該工藝后，其含碳量一般在0.6%～0.84%.此時，如果直接焊接，且未對焊縫區(qū)域采取防滲碳措施，則應通過保溫、預熱或嚴格控制線能量等措施避免鋼材出現(xiàn)淬硬脆化裂紋。因此，為了保證焊接質(zhì)量，應先進行電子束焊接，再進行整體的滲碳淬火工藝，從而保證焊縫質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。對于一些精密儀器的齒輪，必須分別對零部件進行滲碳淬火，打磨后通過電子束焊接到一起。

2 清洗

焊前清洗方法分為以下2步：①如果零件較少的話，可以先用汽油清洗掉油污，然后使用丙酮進行脫水脫脂作業(yè)。需要注意的是，汽油和丙酮保持干凈，及時更換。在此需要注意的是，如果零件表面油污比較厚重，這時應當還用抹布或者紗巾等擦拭掉過多的油污，然后再進行清洗，避免不必要的浪費。②如果零件的數(shù)量較多，其清洗就必須依賴機械化的方式。清洗要選用恰當?shù)那逑磩?，通過浸洗和噴淋兩種方式進行焊前清洗，自然干燥后再焊接。

需要注意的是，焊前清洗結束后要及時焊接，零件擱置時間不宜超過2 h，否則零件會吸收空氣中的潮氣，進而出現(xiàn)生銹等問題，影響焊接質(zhì)量。如果焊接未及時進行，則需要利用塑料袋等裝置將零件密封。

3 焊前壓配和焊縫對中

3.1 焊前壓配

焊前壓配對焊接質(zhì)量的影響較大。同樣，以汽車變速箱齒輪為例，如果因毛刺等原因?qū)е聣号洳坏轿?，則可能影響焊接質(zhì)量，導致焊接后零件精度不達標。這就要求無論采用何種裝配方式，都必須避免裝配不到位現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時，為了控制焊接質(zhì)量，應確保機加工的公差配合精確。

3.2 焊縫對中

電子束的良好對中具有重要的意義。如果對中效果較差，則會出現(xiàn)焊偏問題，其不僅會影響焊接深度，還會使焊接縫表面處理起來比較困難。在焊接時，為了保證對中質(zhì)量，零件較少時可以使用光學觀察系統(tǒng)精確定位；零件較多時焊接則可依靠焊機上的游標尺進行簡單定位，再利用小束流在焊縫上打點，觀察偏差后進行調(diào)整定位。

4 選擇合適焊接參數(shù)

焊接參數(shù)主要包括加速電壓、束流、焊接速度、聚焦電流、焦點位置等，這些參數(shù)要根據(jù)焊接部件的具體尺寸、大小等因素調(diào)整。

4.1 加速電壓

一般而言，電子束焊機的電壓在30～60 kV，但為了獲得更好的聚焦性能，并保證其他焊接參數(shù)調(diào)整的便捷性，加速電壓一般控制在60 kV。

4.2 束流與焊接速度

實踐證明，束流越大，則零件的焊接速度也越快，這也就意味著焊接的效率越高。但束流越大，鋼材的融化速度也會相應加快，凝固后焊縫的內(nèi)應力會增加，進而出現(xiàn)焊縫根部尖釘缺陷。因此，束流與焊速控制必須根據(jù)實際焊接情況調(diào)整。

5 探傷

電子束焊接后要對焊縫進行探傷檢驗，包括肉眼觀察，使用放大鏡甚、顯微鏡觀察等形式。為了保證檢測效果，還可以使用Χ光或超聲波。檢測時要確保焊縫周圍的氣孔尺寸之和小于焊縫周長的1/10，否則則為不合格。

6 結束語

綜上所述，作為焊接領域的一項重要技術，電子束焊接對工藝人員有較高的要求。為了保證焊接質(zhì)量，在焊接之前要做好充分的準備工作，避免各種因素對焊接造成影響。焊接人員要從零件原材料的化學成分、熱處理狀態(tài)、清洗、齒輪零件的焊前壓配、焊縫對中、參數(shù)選擇和探傷方面入手，有效控制電子束焊接齒輪類零部件的質(zhì)量。

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〔編輯：張思楠〕