發(fā)動(dòng)機(jī)撓性飛輪焊接裂紋的分析與控制

陳漢

摘? 要：撓性飛輪是發(fā)動(dòng)機(jī)中重要的動(dòng)力傳動(dòng)件，它的焊接質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能與整車的安全。探討了飛輪齒圈原材料的應(yīng)用，從化學(xué)元素上保證焊接強(qiáng)度的可靠性。優(yōu)化焊接工藝與參數(shù)防止中碳鋼和低碳鋼焊接缺陷的產(chǎn)生。采用焊縫壓載力與熔深檢測的方式監(jiān)控焊縫的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：撓性飛輪;焊接裂紋;化學(xué)元素;壓載力

中圖分類號(hào)：V263.6? ?? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）16-0101-02

Abstract： Flexible flywheel is an important power transmission part in the engine， and its welding quality directly affects the performance of the engine and the safety of the whole vehicle. The application of raw materials for flywheel gear ring is discussed to ensure the reliability of welding strength in terms of chemical elements， so as to optimize welding process and parameters to prevent welding defects of medium carbon steel and low carbon steel. The quality of the weld is monitored by testing the ballast force and penetration depth of the weld.

Keywords： flexible flywheel; welding crack; chemical element; ballast force

發(fā)動(dòng)機(jī)撓性飛輪的提出是市場上不斷提升的汽車舒適性和動(dòng)力性要求，以及考慮對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、其它振動(dòng)敏感零部件的保護(hù)，降低整車的噪音與振動(dòng)。單質(zhì)量飛輪總成依靠鑄鐵飛輪本體與飛輪齒圈的過盈配合實(shí)現(xiàn)零件的裝配，撓性飛輪是通過焊接把撓性盤與飛輪齒圈連接起來，因此，對(duì)整個(gè)部件的功能實(shí)現(xiàn)焊縫的質(zhì)量是關(guān)鍵點(diǎn)，而焊縫的裂紋是焊接缺陷分析與控制的重點(diǎn)。

1 飛輪齒圈化學(xué)元素的選用

1.1 撓性飛輪結(jié)構(gòu)組成與材料選型

撓性飛輪結(jié)構(gòu)組成見圖1，分別由撓性盤、連接板、飛輪齒圈、焊縫等構(gòu)成。其中撓性盤與連接板通過鉚接方式固定，撓性盤與飛輪齒圈是二氧化碳焊接工藝分六道焊縫焊接起來。撓性飛輪的作用是將起動(dòng)機(jī)扭矩傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，因此，焊縫作為力矩的承接，須確保萬無一失。撓性盤采用冷軋鋼材料，其屈服極限是460Mpa，抗拉強(qiáng)度為590Mpa，屬于低碳鋼。飛輪齒圈采用45#材料，其屈服極限是355Mpa，抗拉強(qiáng)度為600Mpa，屬于中碳鋼。如圖1。

1.2 裂紋的產(chǎn)生

中碳鋼含碳量比較高，其焊接性比低碳鋼差，隨著含碳量增加，其淬硬傾向隨之增大，在熱影響區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的連續(xù)馬氏體組織，在收縮應(yīng)力的作用下開裂。當(dāng)母體剛性大或者焊材、工藝參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋。冷裂紋大多產(chǎn)生在母材或母材與焊縫交界的熔合線上，顯露在接頭金屬表面的裂紋如圖2，其斷口發(fā)亮如圖3。

1.3 化學(xué)元素確定

飛輪齒圈是45#材料，按GB/T 699-1999標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)元素，如表1。

鉻元素在鋼中能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)也使塑性和韌性降低一些。鉻具有很強(qiáng)的抗氧化能力和耐熱性，耐蝕性、耐酸性。含鉻的鋼具有回火脆性，同時(shí)鉻能提高鋼的淬硬性，使焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋，所以鋼中含鉻量越高，鋼的可焊性越差如圖4;為了符合45#材料特性，且具有良好的焊接性能，故在對(duì)45#材料的飛輪齒圈做了化學(xué)元素上的調(diào)整如表2，特別是鉻元素的控制，得到較好的焊接效果如圖5。

調(diào)整后的飛輪齒圈45#材料化學(xué)元素，如表2。

2 焊接工藝

2.1 預(yù)熱

當(dāng)?shù)吞间摵椭刑间摵附訒r(shí)，需充分考慮材料的焊接性及焊接產(chǎn)生的缺陷，制定符合實(shí)際的工藝路線。預(yù)熱飛輪齒圈是焊接低碳鋼和中碳鋼焊防止裂紋的有效工藝措施。因?yàn)轭A(yù)熱可降低焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷卻速度、抑制馬氏體的形成。預(yù)熱溫度取決于碳含量、母材厚度、結(jié)構(gòu)剛性、焊條類型和工藝方法等，最好是整體預(yù)熱?？梢愿鶕?jù)產(chǎn)能選擇或制作箱式加熱爐。

2.2 電流電壓

為了得到焊縫成形好，焊接過程穩(wěn)定，飛濺小的焊接效果，需在試板上觀察焊縫成形情況，根據(jù)選擇的焊接電流，細(xì)心調(diào)整焊接電壓，氣體流量，達(dá)到最佳焊接規(guī)范。在保證外圍系統(tǒng)（送絲、導(dǎo)電）良好的前提下，按 I<200A時(shí)，U=（14+0.05I）±2V去調(diào)整電流電壓的參數(shù)，特別是電壓上下差效果的驗(yàn)證。

3 檢測方法

3.1 焊縫壓載力

撓性飛輪技術(shù)要求有焊縫壓載力檢測，設(shè)計(jì)工裝采用萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)如圖6，檢測焊縫撕裂的承載力。

3.2 熔深

焊接熔深越深，焊縫初強(qiáng)度就越大。焊接時(shí)處于高溫狀態(tài)，它的晶格會(huì)改變。在冷卻的過程中，最先冷卻的地方是顆粒最粗，也就是強(qiáng)度最小的地方。越向表面晶格越小，密度更大，所以強(qiáng)度就更大，因此焊接熔深與焊縫強(qiáng)度是成正比。故檢測飛輪齒圈和焊縫之間區(qū)域的微觀組織的焊接熔深是強(qiáng)度的保證，熔深大于0.4mm。

4 結(jié)束語

由以上分析可知，中碳鋼與低碳鋼焊接控制的要點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明母材的化學(xué)元素、焊接工藝與參數(shù)等均對(duì)焊縫的質(zhì)量有影響，通過焊縫壓載力、熔深的檢測能監(jiān)控焊縫質(zhì)量。經(jīng)過本次的分析與研究，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)撓性飛輪焊接強(qiáng)度提供有效的方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，保證撓性飛輪在發(fā)動(dòng)機(jī)性能的實(shí)現(xiàn)和整車的安全。

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