大型電動機幅板軸焊接工藝的改進

馬超飛

（沈陽遠大環(huán)境工程有限公司 遼寧 沈陽 110000）

1 幅板軸概述

幅板軸的材質(zhì)選擇上也是有要求的，需要材料滿足設計要求，需要有較高的強度和韌性，同時需要在高溫下有高的蠕變強度與持久強度，35CrMoA這種材料就可以滿足這些，它還可以滿足焊接性能，對于那些在車輛和汽輪發(fā)動機上使用的幅板軸，作為主軸或者轉(zhuǎn)子它還能承受高負荷和高載荷。

采用異步電動機采用幅板軸焊接結(jié)構(gòu)選用35CrMoA。大件焊接時質(zhì)量不容易控制，相比較35CrMoA軸焊接性較差，幅板焊接性好，在焊接的時候?qū)讣木惺却螅跁r間焊接的時候就會產(chǎn)生應力集中。在對材料進行焊接時候，焊接的工藝和焊接方法選擇不正確，就會使焊接的部位出現(xiàn)裂紋焊縫等，還會產(chǎn)生殘余變形，無法保證零件精度。

幅板軸焊接質(zhì)量要求高，焊縫金屬熔敷量大，承受交變載荷，所所以選定氣體保護焊和埋弧焊。

2 材質(zhì)的焊接性分析

對焊接材料進行材質(zhì)的焊接分析，通過分析焊接性能，分析方法采用碳當量，當?shù)秃箱摰暮附硬牧系奶己吭?.18%以上的時候，可以通過國際焊接協(xié)會（IIW）中的碳當量分析公式進行分析，判定材料的焊接性是否滿足要求。

幅板軸的力學性能和化學成分如下：

公式如下：

經(jīng)計算35CrMoA鋼的CE為0.72，表明該鋼種焊接性較差。

焊接方法為低氫型焊的時候，35CrMoA材質(zhì)的鋼有可能會出現(xiàn)冷裂紋傾向和熱裂紋敏感性，為了降低冷卻速度，增大氫擴散時間，在焊接工藝上需要采用焊前預熱和焊后熱處理等工藝措施。

在焊后熱處理的再熱過程中，易出現(xiàn)再熱裂紋，35CrMoA鋼含碳量高并含有Cr、Mo等強化元素的低合鋼，其熱裂紋可以根據(jù)國際焊接協(xié)會推薦的公式進行評定：

當ΔG'＞2時，再熱裂紋敏感，易裂。

根據(jù)上邊的計算公式，將需要化學成分代入ΔG'，計算的數(shù)值為3.43。而要求是不大于2，所以可以判定35CrMoA鋼在焊接的時候會產(chǎn)生熱裂紋敏感性，為了降低再熱裂紋傾向，在焊接的時候要注意焊接工藝，從根本上減少焊接殘余應力。

3 焊接工藝確定

(a)焊前預熱

為了防止在焊接的時候出現(xiàn)裂紋，可以再焊接前將材料進行預熱，預熱的溫度通過以下公式計算得到：

式中Pw—冷裂紋敏感指數(shù)

[H0]—熔敷金屬中擴散氫含量（mL/100g），低氫型焊材取值為4.0mL/100g；

δ—工件有效厚度；

Pcm—碳當量，按下式計算：

計算得出：Pcm為0.592，T0為460℃。

通過計算公式得到的數(shù)值進行分析，預熱的溫度過高，焊接時候所處的環(huán)境會變得惡劣，通過采用預熱的方法減低焊接中冷裂縫的出現(xiàn)，同時還要控制冷裂紋的產(chǎn)生，在實際工作中，200℃～300℃預熱溫度，160℃～300℃的間層溫度。

(b)焊接材料的選用

在焊接的時候，材料本身界面和厚度的因素，會影響焊接，對幅板軸的焊接采用坡口處理，坡口的形狀為單邊V形。

(c)焊接參數(shù)

3.1 打底焊、端頭封焊

采用MIG焊（保護氣體Ar80%，CO220%），焊絲規(guī)格Φ1.0。

也可以采用其他的焊接方法，例如手弧焊，應用它進行焊接的時候，焊條為E5015，規(guī)格Φ3.2。將寒天在300℃下進行烘焙，要求時間為1h。

在焊接過程中打底焊后，材料焊接的要求溫度過低，需要進行電阻爐對其進行加熱。

3.2 點固焊

點固焊采用焊絲與施焊焊絲材質(zhì)相同，采用MIG焊（保護氣體Ar80%，CO220%）。焊縫長度20mm～30mm，間距200mm～250mm，焊縫余高不大于焊縫寬度的1/3。

3.3 填充焊

采用埋弧焊接，焊絲規(guī)格Φ4，焊劑SJ101，直流反接。

3.4 熱處理

在350℃～400℃保溫3小時，焊件在焊接之后，將其放入電阻爐中進行熱處理。

4 現(xiàn)場焊接工藝

4.1 焊前準備

焊件焊接之前需要對隨幅板軸進行坡口，設備采用機加設備，進行單邊V形坡口。同時還需要將焊件的焊接處兩端30mm平面內(nèi)進行打磨，將內(nèi)部金屬呈現(xiàn)出來，同時還要著色檢驗、裂紋檢測，保證焊件沒有缺陷，焊前用丙酮清洗。

4.2 工藝過程

為減小幅板焊接焊縫的殘余應力和殘余變形，采用焊件進電阻爐整體加熱方式預熱，焊接工藝路線要正確，工藝措施圖如上圖，焊接的順序是：第一步縱向焊縫打底焊；第二步是對幅板與軸間縱向焊縫完成填充與蓋面焊接，焊機為雙頭埋弧焊機；最后采用MIG的方法對端頭焊縫進行焊接。

在焊接工藝中采用MIG進行打底焊和端頭封焊接，打底層厚度不少于3mm，其余焊層厚度3～5mm，單道焊縫擺寬8mm≤b≤10mm。通過紅外儀器對焊接過程中的溫度進行控制，焊接完成之后立即對焊縫進行清理，在焊接完成之后對焊件的焊縫進行放大檢測，放大倍數(shù)10倍，焊接處不要有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。焊后立即進行后熱處理。

5 結(jié)語

幅板軸焊接節(jié)省了大量的工時和費用，提高了生產(chǎn)效率。并為公司以后同類型的電機軸制造工藝累積了寶貴經(jīng)驗。

[1] 中國機械工程學會焊接學會主編.焊接手冊（第2版）[Z].北京：機械工業(yè)出版社，2001：196-249.

[2] 陳祝年主編.焊接工程師手冊[Z].北京：機械工業(yè)出版社，2002：345-441.