抽油機減速器焊接齒輪工藝

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）

當前一些工業企業抽油機減速器中的齒輪大部分應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量和正常使用，造成嚴重的經濟損失。如果采用焊接的齒輪方式則能夠有效避免這種情況的發生。

1 抽油機減速器焊接齒輪工藝的優劣勢

首先，焊接齒輪的材質主要為鍛造件，而齒輪圈的鍛造方式相對于整體的鑄造件來說優勢更強；其次，焊接齒輪的毛坯質量相對較輕，與鑄造齒輪的質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優質合金鋼，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，非常容易出現缺陷進而產生殘次品，但是焊接齒輪在生產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勢也被廣泛的應用到機械制造領域中。

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過退火、正火、調質以及氮化等方面的熱工序處理，在生產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裂紋，因此在大型機械行業中焊接齒輪的應用還存在限制。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模的應用奠定基礎。

2 雙圓弧人字齒的焊接結構分析

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，齒根的彎曲應力以及齒面的接觸應力都需要齒圈承受。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碳酸結構鋼。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裂紋，或者出現脆化和冷裂紋等情況。

3.1 焊接中出現的熱裂紋

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，所以偏析結晶的情況經常發生，導致焊接過程中出現結晶裂紋，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，裂紋的問題難以避免。為了有效的避免焊接中裂紋的出現，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，會在焊接熱的區域范圍內產生馬氏體組織，而且這些組織的淬硬性強，在熱量影響下容易導致脆化。同時產生的馬氏體數量越多，其出現脆化情況也越明顯。

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常發生，進而影響到焊接的質量，因此在齒輪焊接的過程中必須要采取合理的焊接工藝，保證焊接的質量。

4.1 保證焊接工藝參數的合理性

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量高，應力小以及變形小等優勢和特點，所以二氧化碳氣體保護焊被廣泛的應用到齒輪焊接過程中。在二氧化碳氣體保護焊的應用中還需要保證其工藝參數，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,焊絲的直徑設置為1.6毫米。

4.2 焊接前的準備工作

為了保證焊接的質量，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。

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力集中的現象，為了防止這種情況的發生，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，在兩種不同材質零件進行焊接的齒輪，熱處理時容易出現開裂的情況。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力的出現，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裂縫。

6 結語

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，保證焊接質量。