直齒輪聯合堆焊在線修復

常曉巍

摘 要：大型直齒輪在公司范圍內廣泛應用，一旦出現斷齒或開裂將影響生產，若對齒輪進行更換，不僅時間長且費用較高。采用在線修復的方式，不僅能夠盡快恢復生產，而且可大大降低停機時間和維修費用。

關鍵詞：直齒輪；堆焊；在線修復

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.010

1 前言

煉鐵燒結機大齒輪是正常生產的關鍵設備，在生產過程中由于齒輪受傳動載荷作用，在齒根處產生較大的彎曲應力，使根部產生疲勞裂紋，當裂紋擴展到一定程度，就會發生輪齒的開裂或斷齒現象。一旦出現斷齒或開裂直接影響燒結的順利生產，出現缺齒后拆除更換時間較長，影響產量。為節省停機修復時間，采用在線焊接修復的辦法，原采用一種焊接材料進行堆焊，耐磨性較差，堆焊修復后使用2-3個月就出現不同程度的磨損，需要再次修復。后期經過分析，采用CO2氣體保護焊和不銹鋼焊條電弧焊聯合堆焊焊接方法，通過選用合理的焊接工藝參數，嚴格的焊接過程控制，提高齒輪的耐磨性，延長使用壽命。

2 焊接工藝性修復分析

齒輪含碳量約為0.4%，可焊性較差，焊后熱影響區會產生較厚的馬氏體組織高硬度層，在焊接應力的作用下，會出現大面積裂紋，甚至導致敷熔層與母材剝離；同時由于齒輪的體積比較大，焊接時冷卻速度快，產生冷裂紋的可能性也大大增加。

為減少避免熱影響區淬硬組織的產生，在焊接時采用母材焊前預熱，保持合適的層間溫度，后熱緩冷的方式，同時在施焊過程中選用較大的線能量，從而達到降低堆焊層及熱影響區的冷卻速度，控制馬氏體的含量和硬度，達到最大限度的減少熱影響區的裂紋的目的。

而大的線能量使用，使熔合比增加，又增大了產生熱裂紋的傾向，而為了降低熱裂紋產生傾向，就要采用小線能力和慢速焊，小線能力焊接可以降低熔合比，改善焊縫成型，但又導致焊接時間長，對防止冷裂紋產生不利影響。為此考慮選用高效率的CO2氣體保護焊打底。

同時為提高修復齒的耐磨性，使用不銹鋼焊條與CO2氣體保護焊交替堆焊方式。此種聯合焊接方式即可以縮短焊接時間，有效防止焊接裂紋的產生，又延長了修復齒輪的壽命。

3 齒輪修復

由于斷裂的齒無法找回，修復時首先根據齒輪的實際齒形制作一個樣板，作為焊接和修磨齒型檢查時使用。為保證修復的焊接質量，對齒輪損壞部位進行清理，先用氣割去除齒輪斷裂處的缺陷，然后使用砂輪進行修磨缺口，缺口打磨出金屬光澤后，開始進行堆焊。

3.1 工藝參數選擇

（1）為保證焊接修復的質量，在選擇焊接材料時，考慮輪齒要求有一定的強度和良好的韌性，如果堆焊焊縫強度過高，雖然保證了輪齒的硬度，但導致焊縫的韌性、塑性和抗裂性下降，降低了焊縫的使用安全。因此根據母材的特性和要求，選擇低強度匹配焊材ER50-6的Φ1.2焊絲進行焊接，適當降低堆焊層的強度。

（2）CO2氣體保護焊堆焊采用短路過渡的工藝參數。細絲焊、低電壓，相匹配的電流與電壓，可以獲得飛濺小、焊縫成形良好的穩定焊接過程，因此焊接時，電弧電壓 19～21V，焊接電流120～135A，焊絲伸出長度8～10mm。

（3）為增加焊縫中鉻含量和焊縫的硬度，且能與ER50-6焊絲很好的熔合，選用A307、直徑Φ3.2的不銹鋼焊條進行填充，電弧電壓18-20V，焊接電流80-90A。

3.2 焊接過程控制

（1）采用CO2氣體保護焊焊接第一、二層，層間進行修磨，第三、四層采用不銹鋼焊條電弧焊進行焊接，層間進行修磨，蓋面層采用CO2焊接，如此進行交替，焊接寬度隨著形狀每層逐漸縮小1-2毫米，使齒形顯示出來，每焊一層必須采用齒形樣板進行檢查，確保齒的形狀符合要求。

（2）工藝實施中難度較大的是焊前預熱，用兩把氧--乙炔焊槍同時加熱修復部位，當用表面溫度計測定達到300℃時，開始按制定的工藝實施。

（3）施焊方向按齒輪寬左右往返，焊道順序從齒底向齒尖排，每道互壓1/3-1/2焊道寬度，以保證齒輪溫度的均恒。層間溫度不得低于80℃，若有減小，必須重新進行加溫至所需溫度要求。焊接過程中要不斷采用錘子錘擊焊縫，進行應力釋放，防止裂紋的產生。

（4）焊接完畢進行用石棉布進行包裹保溫，慢慢冷卻到室溫，避免延遲裂紋的產生。

3.3 焊后修磨

（1）堆焊結束，采用目視檢查和超聲波探傷進行確認，無裂紋等焊接缺陷。

（2）依據齒形樣板檢查堆焊齒，用磨光機對齒形修磨，達到使用要求。

4 小結

（1）選擇合適的焊接材料，低強組配焊材的使用，合理的焊接工藝施焊，在保證齒輪到達使用要求的同時，獲得了焊接質量的保證。

（2）焊接大齒輪過程中淬硬組織是產生裂紋的主要原因，為避免淬硬組織的產生，焊前進行預熱，控制好層間溫度，焊后保溫緩冷是工藝控制的關鍵。

（3）為保證堆焊層有一個合適的沖擊韌性值，選擇合適的線能力；同時增加不銹鋼堆焊層，提高堆焊層的硬度和耐磨性。

通過實踐，采用CO2氣體保護焊和不銹鋼焊條電弧焊聯合堆焊焊接方法，提高齒輪的耐磨性，延長使用壽命，自2015年采用此種堆焊方法堆焊大齒輪至今，堆焊齒未再出現開裂、斷齒現象。此方法可以應用于模數大于20的軟齒面直齒輪的堆焊修復。