減速器殼總成焊接問題分析

王玉梅，孫金輝，楊尊熙

（泰安航天特種車有限公司，山東泰安271000）

0 引言

由于生產節點要求，原外協件減速器殼總成的焊接工序轉為自制。減速器殼總成是由鑄鋼件與低合金鋼焊接而成，鑄鋼件的焊接缺陷主要有夾渣、氣孔、咬邊、裂紋等［1］。低合金鋼焊接時容易在焊縫和熔合線附近產生注入氣孔、冷裂紋、熱裂紋等缺陷，特別是母材-焊縫之間合金元素的過渡，更加劇了這些缺陷的形成傾向［2］。根據常規焊接生產經驗，選擇等強度匹配焊材，選擇二氧化碳氣體保護焊接方式進行了焊接，焊接后發現焊縫不合格。針對這個問題分析了母材的焊接工藝性，探討適合的焊接方法、焊材，最終確定了焊接方法、焊材，解決了焊縫不合格的問題。

1 問題描述

焊接了7件減速器殼總成 （見圖1），焊后進行打壓，發現僅有1件打壓后焊縫不漏氣，另外6件打壓后至少有一處漏氣，漏氣的焊縫位置主要是減速器殼與襯套的焊縫、減速器殼與螺座的焊縫，這兩個焊縫在各自周圈上有1～3處漏氣，見圖2。

針對減速器殼總成在打壓過程中發現少量件在減速器殼與襯套的焊縫處有漏氣現象、較多件在減速器殼與螺座的焊縫處有漏氣現象，經落實，得知焊接過程采用焊絲焊接，推測打壓后焊縫漏氣的原因可能是操作者未按照工藝文件的焊接方法進行焊接，預熱、保溫不到位，產生裂紋或熔合不好。

圖1 減速器殼總成

圖2 減速器殼滲漏

2 母材焊接性分析

減速器殼材料為鑄鋼A，襯套、螺座材料為低合金鋼A。

2.1 鑄鋼A焊接性分析

減速器殼材料為鑄鋼A，標準化學成分和實測化學成分見表1，可知減速器殼材料合格。

表1 ZGA標準化學成分和實測化學成分 %

可根據鑄鋼件的化學成分來確定其焊接性，鋼中各元素對焊接性影響采用碳當量Ceq表示，計算公式為

一般情況下，Ceq不超過 0.45%時，焊接性良好；超過0.45%時，焊接性降低，可知：ZGA焊接性較差。

2.2 低合金鋼ACr焊接性分析

襯套、螺座材料為低合金鋼A，標準化學成分和實測化學成分見表2，可知襯套、螺座材料合格。

表2 ACr標準化學成分和實測化學成分表 %

3 焊接方法選擇

鑄鋼件焊接的方法主要有焊條電弧焊、氣焊、CO2氣體保護焊、混合氣體保護焊、埋弧焊、電渣焊及鎢極氬弧焊等。氬弧焊被廣泛應用在鋼材、合金、銅等金屬的焊接中［3］，但其焊接效率低。考慮到鑄鋼件的特性、焊接效率、鑄鋼件焊接操作特點等因素，焊接質量能夠滿足產品技術標準和各種使用要求、有較強的可操作性、焊接成本較低的方法主要有焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊、埋弧焊。以下對這3種焊接方法進行對比選擇。

3.1 焊條電弧焊

焊條電弧焊是鑄鋼件焊接中最常用的一種焊接方法，該方法可以在任何位置實施焊接操作，可通過相應性能的焊條獲得滿意的焊接接頭，適用于結構復雜或焊接部位狹窄的鑄鋼件焊接，盡管工作效率低，但其設備簡單、操作靈活、適應性強，是目前鑄鋼件焊接中應用范圍最廣、最多的一種方法［4］。

焊條電弧焊在鑄鋼件焊接中的應用特點： （1）焊接質量好。焊條電弧焊焊接成本低，操作靈活，焊接時電弧及熔池由渣保護隔絕空氣，焊縫成形好，焊接質量穩定，在深而窄、較大坡口焊第一層焊道上不易出現裂紋。（2）抗裂性差。焊道層數較多時，容易導致開裂或剝離，抗裂性差。由于鑄鋼件剛性大，在焊接過程中，對預熱溫度和層間溫度有較高要求，人工操作，很難保證整個過程的溫度要求，而減速器殼總成圖中焊腳尺寸為3 mm，采用單層單道即可滿足焊腳尺寸要求。 （3）耐磨性下降。焊條電弧焊獲得的熔深較大，稀釋率較高，熔敷金屬的硬度和耐磨性下降，為此在鑄鋼件焊接時要求采取預熱和緩冷措施。（4）效率低。采用焊條電弧焊，焊接效率低。

3.2 埋弧焊

在鑄鋼件的埋弧焊中使用的焊絲直徑為3.0～5.0 mm，與焊條電弧焊相比，埋弧焊有以下特點：生產率高、焊接質量好、適用范圍較小。

3.3 CO2氣體保護焊

與焊條電弧焊相比，CO2氣體保護焊在鑄鋼件焊接上的應用具有以下特點：（1）焊接效率比焊條電弧焊高2～3倍。（2）抗裂性能好，焊縫中氫的含量比低氫焊條要低。（3）深而窄的坡口內進行第一層焊接時，焊道上容易出現裂紋，可采取降低第一層電流值、減少熔深的方法，以避免裂紋的產生。（4）由于電弧熱量集中，減少了電弧加熱區域，焊接應力小，鑄鋼件焊后變形小。（5）CO2氣體保護焊焊絲有效利用率可達95%以上，而焊條電弧焊的焊條有效利用率一般為55%。 （6）飛濺多，飛濺顆粒較大，在粘有油污、灰塵、油漆的鑄鋼件上焊接，比用焊條電弧焊更容易出現氣孔。（7）保護氣體屬于柔性體，易受側風干擾，在有風的地方焊接，CO2氣體失去了保護作用，也容易產生氣孔。

減速器殼總成圖中角焊縫焊腳尺寸為3 mm，采用單層單道即可滿足焊腳尺寸要求，采用電焊條焊接不易出現裂紋；避免了焊道層數較多時，抗裂性差的情況；焊接過程中采取預熱和緩冷減輕耐磨性下降的影響；此件螺座的外徑尺寸為30 mm，焊接量小，對效率影響不大，屬于短焊縫焊接；第一次采用CO2氣體保護焊一次合格率太低。綜合以上七點采用電焊條焊接較好。

4 焊材的選擇

4.1 焊條E5016

焊條E5016熔敷金屬化學成分見表3，力學性能見表4。

表3 焊條E5016熔敷金屬化學成分 %

表4 焊條E5016熔敷金屬力學性能

第二次實際生產中派3人采用E5016φ3.2 mm焊條共焊接4件減速器殼，只有一個件焊后打壓未成功，然后采用E5016φ3.2 mm焊條進行了焊接修復，再次打壓成功。

4.2 焊條E4315

熔敷金屬化學成分見表5，力學性能見表6。

表5 焊條E4315熔敷金屬化學成分 %

表6 焊條E4315熔敷金屬力學性能

第三次采用了E4315φ3.2 mm焊條進行焊接，車間派3人共焊接了4件，有1件打壓不合格，后將打壓未成功件采用E4315焊條進行了焊接修復，再次打壓成功。

4.3 焊條型號選擇

焊條型號選擇原則：（1）焊材選擇根據就低強度母材選擇焊材的原則，依據ZGA來選擇焊材； （2）中碳鋼與低合金鋼等結構件的焊接，采用低氫鉀型堿性藥皮焊條，有抗裂性能。（3）在JB／T 5000.7—2007《重型機械通用技術條件 第7部分：鑄鋼件補焊》中表3提到：不要求等級強度或高溫性能或耐蝕性能選擇焊條牌號為J506、型號為E5016的焊條。

綜上所述，與螺座通過螺紋連接，為密封連接，受力不大，且ZGA與ACr兩種母材連接無法達到等強度，因此選擇公司內已經熟練使用的E5016焊條，且螺座與減速器殼的焊腳尺寸為3 mm，所以選擇直徑φ3.2 mm焊條。

5 焊接工藝及參數

（1）焊前清理減速器殼坡口處多余物，并打磨出金屬光澤；

（2）焊前預熱。對減速器殼上對應的焊接襯套位置及襯套進行預熱，預熱溫度250～300℃，預熱范圍覆蓋焊口每側不小于100 mm的范圍，見圖3；

（3） 焊接電流控制在100～130 A；

（4）焊后處理。焊接后對襯套處焊縫周邊至100 mm處用氧氣乙炔火焰切割裝置加熱至250～350℃，用巖棉包裹保溫1～2 h， 見圖 4。

圖3 焊前預熱

圖4 焊后保溫

6 焊后檢驗

通過密封試驗驗證焊縫的氣密性是否符合要求，進行密封性檢測發現8件中有1件有漏氣現象，一次焊接合格率得到提升。

7 總結

通過查詢資料以及實際生產得知，采用E5016φ3.2 mm焊條焊接減速器殼可行，在生產驗證中3人均采用此工藝方法焊接，提高了一次焊接合格率，工藝文件可以指導實際生產。