主传动齿轮的焊接--课设报告

-1-目录第一章主传动齿轮的结构及主要零件材料成分性能1.1焊接齿轮的结构/21.2齿轮材料的选用/21.3材料的化学成分及性能分析/2第二章材料焊接性的分析2.1中碳调质钢35CrMo焊接性问题/32.240钢的焊接性问/4第三章焊接方法的选用3.1焊接方法的选用/53.2CO2气体保护焊的特点/53.3焊接材料的选用/5第四章焊接设备与工艺参数的选用4.1CO2气体保护焊焊机的选择/64.2CO2气体保护焊焊接工艺/64.3三类焊缝的具体参数/84.4焊接辅助设备的选择/9第五章焊接的技术与操作流程5.1焊接操作工艺流程/95.2焊接次序/105.3焊接安全/10第六章焊件的焊后检验6.1焊件的检验/106.2常见焊接缺陷的产生原因/10参考文献/11附录：㈠附图A.焊接装配图B.焊接回转台图C.焊接操作机图D.组件A定位焊的装配图E.组件A定位用垫块图㈡附件A.焊接工艺卡3张B.加工工艺过程卡1张2011-2012焊接技术课程设计-2-一、主传动齿轮的结构及主要零件材料成分性能1.1焊接齿轮的结构主传动焊接齿轮由齿圈（轮缘）、支撑板（腹板）、无缝管（肋板）、中心套（轮毂）组焊而成（图一为结构示意图）。1.2材料的选用齿圈选用的是中碳调质钢35CrMo,支撑板选用的是普通碳素钢Q235，连接支撑板的钢管选用无缝钢管Q235，中心套选用的是正火钢40钢。1.3材料的化学成分及性能分析㈠中碳调质钢35CrMo的化学成分和力学性能35CrMo钢是中碳低合金高强度钢，属于珠光体钢。根据国际国际焊接学会（IIW）推荐用于反应中、低合金钢的淬硬和冷冽倾向的碳当量公式：Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15根据公式计算35CrMO的碳当量0.587%～0.8167%（平均为0.702%）。根据以前做过的实验结果得知：当碳当量≤0.40%时，焊接时无淬硬倾向，焊接性良好；当碳当量在0.40%～0.50%范围时，淬硬倾向不太明显，焊接性尚可；当碳当量在0.50%～0.60%范围时，淬硬倾向逐渐明显，冷裂纹倾向随之增加，焊接性较差；当碳当量在≥0.60%时，属于高淬透性的钢，冷裂纹倾向进一步的增加，可焊性较差。因此，可见35CrMo的焊接性较差。㈡40钢的化学成分及性能（GB699-88）40钢有较高的强度，加工性良好冷变形时塑性中等。焊接性差，焊接前需要预热，焊接后需要热处理。㈢Q235的化学成分和力学性能（GB700-88）名称化学成分(%)中碳调质钢齿圈CMnSiCrNiMoVSP0.3～0.40.4～0.70.17～0.350.9～1.3__0.2～0.30.1～0.2≤0.030≤0.035热处理规范力学性能硬度(HBW)σs/Mpaσb/Mpaδ/%ψ/%Ak/J860～880℃油淬；560～580℃回火≥490≥657≥15≥35≥49197～241名称化学成分(%)40钢（正火）中心套CMnSiCrNiSP0.37～0.450.5～0.80.17～0.37≤0.25__≤0.035≤0.035力学性能硬度(HBW)σs/Mpaσb/Mpaδ/%ψ/%Ak/J未热处热处理≥335≥570≥19≥45≥47≤217≤1872011-2012焊接技术课程设计-3-Q235钢是普通结构碳素钢，属于珠光体钢，它的碳当量约为0.2%，钢材的淬硬性倾向很小，焊接性好，焊接时不需要热处理。但对于Q235作为母材本身也有应注意的问题：冷裂纹，脆化等。二、材料焊接性的分析在材料的化学成分和性能分析中，已经得出结论，知道了35CrMo和40钢的焊接性较差，而Q235碳素钢的焊接性好，不需要焊接前的预热和焊接后的热处理。因此现只对焊接性差的35CrMo中碳调质钢和40正火钢做详细的焊接性分析：2.1中碳调质钢35CrMo焊接性问题㈠焊缝中的热裂纹中碳钢的含碳量及合金元素含量较高，焊缝凝固结晶时，固-液相温度区间大，结晶偏析倾向严重，焊接时易于产生结晶裂纹，具有较大的热裂纹敏感性。为了防止产生热裂纹，要求采用低碳低硅焊丝，焊接时，应考虑到可能出现热裂纹的问题，尽可能选用碳含量低以及含S、P杂质少的焊接材料。在焊接工艺上应注意填满弧坑和保证良好的焊缝成形。因为热裂纹容易出现在未填满的弧坑处，特别是在多层焊时第一层焊道烦人弧坑中以及焊缝的凹陷部位。㈡淬硬性和冷裂纹3CrMo中碳调质钢的淬硬倾向十分明显，焊接热影响区容易出现硬脆的马氏体组织，增大了焊接接头去的冷裂纹倾向。母材含碳量越高，淬硬性越大，焊接冷裂纹倾向也越大。中碳调质钢比低碳调质钢对冷裂纹更敏感的原因，除过淬硬倾向大外，还由于Ms点较低，在低温下形成的马氏体难以产生“自回火”效应。由于马氏体中的碳含量较高，有很大的过饱和度，点阵畸变更严重，因而硬度和脆性更大，冷裂纹敏感性也更突出。焊接35CrMo时，为了防止冷裂纹，应尽量降低焊接接头的含氢量，除了焊接前采取预热措施外，憨厚须及时进行回火处理。此外，为了降低焊接接头可能出现的应力腐蚀开裂倾向，应采用热量集中的焊接方法和较小的焊接热输入，避免焊件表面的焊接缺陷和划伤。㈢热影响区的脆化和软化①HAZ脆化35CrMo钢由于碳含量较高（Wc=0.3%～0.4%），合金元素较多，有相当大的淬硬倾向，马氏体转变温度（Ms）低（一般低于400℃），无“自回火”过程，因而在焊接热影响区容易产生大量脆硬的马氏名称化学成分(%)Q235支撑板和肋板CMnSiCrNiSP0.14～0.220.3～0.650.30～0.37____≤0.050≤0.045力学性能σs/Mpaσb/Mpaδ/%ψ/%Ak/JA:—B:20℃≥27≥335≥570≥19≥452011-2012焊接技术课程设计-4-体组织（尤其是高碳、粗大的马氏体），导致热影响区脆化。生成的高碳马氏体越多，脆化越严重。为了减少热影响区脆化，从减少淬硬倾向出发，本应采用大热输入才有利。但由于这种钢的淬硬性强。仅通过增大热输入还难以避免马氏体的形成，相反却增大了奥氏体的过热，促使形成粗大的马氏体，反而是热影响区过热区的脆化更为严重。因此，为防止热影响区脆化的工艺措施主要是采用小热输入，同时采取预热、缓冷和后热等措施。因为采用小冷却速度，这对改善热影响区的性能是有利的。②HAZ软化焊前为调质状态的刚才焊接时，被加热到该钢调质处理的回火温度以上时，焊接热影响区将出现强度、硬度低于母材的软化区。如果焊后不再进行调质处理，该软化区可能成为降低接头区强度的薄弱区。因此，在调质状态下焊接时应考虑热影响区的软化问题。母材焊接前所处的热处理状态不同，软化区的温度范围和软化程度有很大差别。低温回火问的钢材，热影响区软化区的温度范围越大，相对于母材的软化程度也越大。从韧性方面出发，过热区是接头中最薄弱的环节；而从强度方面考虑，软化去是接头中最薄弱的环节。中碳调质钢热影响区软化最明显的部位，是温度处于Ac1～Ac3之间的区段，这与该区的不完全淬火过程有密切关系。因为不完全淬火区的奥氏体成分远未达到平衡浓度。铁素体和碳化物均为充分溶解，冷却时奥氏体发生分解，造成这个区段的组织强度和硬度都较低，其中在Ac1附近失强最大。热影响区软化程度和软化区的宽度与焊接热输入、焊接方法等有很大关系。焊接热输入越小，加热和冷却速度越快，软化区的宽度越窄，焊接热源越集中，对减少软化越有利。㈣小结：对于35CrMo钢焊接中存在的问题，焊接时应该采取诸如以下的一些保护措施。①针对热裂纹问题，选用低含碳量以及S、P杂质少的焊材。②针对冷裂纹问题，采取焊前预热，焊后及时回火处理的工艺。③针对可能存在的应力腐蚀开裂问题，选用热量集中的焊接方法和较小的热输入。④针对HAZ脆化问题，采用小的热输入避免奥氏体过热，同时采取预热、缓冷和后热等措施。⑤针对HAZ软化问题，选用焊接热源集中地焊接方法，减少软化。2.240钢的焊接性问题1、中碳钢含碳量为0.3%～0.6%，当含碳量接近0.3%而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加焊接性逐渐变差，如果含碳量为0.5%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊，则热影响区可能产生硬脆的马氏体组织，易于开裂。当焊接材料和焊接过程控制不好时，甚至焊缝亦如此。焊接时，相当数量母材会熔化进入焊缝，使其含碳量增高，容易产生热裂纹。特别是硫的杂质控制不严时，更易显示出来。这种热裂纹在2011-2012焊接技术课程设计-5-弧坑处更为敏感，此外由于含碳量的增高，气孔敏感性也增大。2、大多数情况下，中碳钢需要预热和层间温度，以降低焊缝和热影响区的冷去速度，从而防止产生马氏体，通常40钢预热温度在150～250摄氏度。焊后最好立即消除应力热处理，特别是大厚度工件。消应力回火温度一般为600～650摄氏度。三、焊接方法的选择在主传动齿轮的焊接生产整个过程中，共涉及3类焊接，16条环焊缝：一、齿圈（35CrMo/齿圈最小厚度δmin=22mm）和支撑板（Q235/板厚δ=10mm）的焊接，其中包含2条角接环焊缝；二、支撑板（Q235/δ=10mm）和无缝钢管（Q235/管壁厚δ=6mm）的焊接，其中包含12条对接环焊缝；三、中心套（40钢/中心套最小厚度δ30mm）和支撑板（Q235/δ=10mm）的焊接，其中包含2条角接环焊缝。3.1焊接方法的选用根据给定的生产条件（小批量生产）以及选定母材材料的本身特点（外在的形状结构、板材厚度、管材壁厚，材料的可焊性），并且结合实际生产的成本，考虑焊接效率最终选择了CO2气体保护焊的焊接方法来完成3类，16条焊缝的焊接。3.2CO2气体保护焊的特点1、CO2焊是一种高效节能的焊接方法。在水平对接焊10mm低碳钢板时，CO2焊的耗电量比手工电弧焊低2/3左右，就是与埋弧焊想毕业略低些。同时考虑到搞生产率和焊接材料价格低廉等特点，CO2焊的经济效益是很高的。2、CO2是一种低氢型焊接方法，焊缝的含氢量极低，康修能力较强，所以焊接低合金钢时不易产生冷裂纹，同时也不易产生氢气孔。3、CO2焊是一种明弧焊接方法，焊接时便于监视和控制电弧和熔池，有利于实现焊接过程的机械化和自动化，用半自动焊接曲线焊缝和空间位置焊缝十分方便。4、CO2焊所使用的气体和焊丝价格便宜，焊接设备在国内已定性生产，为该方法的应用创造了十分有利的条件。5、用粗丝（焊丝直径≥1.6mm）焊接时可以使用较大的电流，实现射滴过渡方式。电流密度可高达100～300A/mm2,所以汉斯的熔化系数大，可达15～26g/（A·h）。焊件的熔深很大，可以不开或开小坡口。另外，该方法基本上没有熔渣，焊后不需要清查，节省了许多工时，因此可以较大的提高焊接生产率。其中，直径1.6mm焊丝大量用于焊接厚大钢板，电流可达500A。6、用细焊丝（焊丝直径≤1.6mm）3.3焊接材料的选择：焊接时可以使用较小的电流，实现短路过渡方式。这时电弧对焊件是间断加热，电弧稳定，热量集中，焊接热输入小，适合于焊接薄板。同时焊接变形也很小，甚至不需要焊后矫正工序。1、焊丝选择：H08Mn2SiAH08Mn2SiA的化学成分如下表合金元素含量（%）CSiMnCrNiSP≤0.10.70～0.951.80～2.10≤0.02≤0.250.0300.0352011-2012焊接技术课程设计-6-2、选择H08Mn2SiA的原因①H08Mn2SiA焊丝适合于低碳钢和低合金钢的焊接；②Mn、Si具有较强的脱氧能力，能提高焊缝的抗拉强度；③焊接时电弧稳定、熔敷效率高、飞溅较少、焊缝成形美观，并且抗氧化修士能力强。四、焊接设备和工艺参数的选择4.1CO2气体保护焊焊机的选择1、焊机型号：KR-350焊机的主要参数见下表，表4.02、拉丝式送丝机构仅适用于输送直径小于1.2mm焊丝；推丝式送丝机构整个便于制作，焊枪简单轻巧，可采用较大的焊丝盘，容纳较多的焊丝，时应用最广的送丝机构。由于焊丝刚性所致，所以仅适用于焊丝直径大于0.8mm的焊丝，其送丝软管较短一般3m。根据送丝滚轮的结构，可分为单主动式、双主动式和二联式，常用双主动式。3、焊枪种类有空冷和水冷两种方式，细