鍛件資訊
2021-07-12 15:35
農(nóng)業(yè)機(jī)械一般工作環(huán)境比較惡劣，頻繁啟動、反轉(zhuǎn)，沖擊載荷大。部分農(nóng)業(yè)機(jī)械采用鏈輪傳輸動力，其中片式鏈輪，扭矩如采用普通平鍵傳遞，容易造成滾鍵失效。
在片式鏈輪的端面靠近齒的地方加工兩個光孔，在光孔內(nèi)焊接上兩個材料為20CrMnTi的套，其中為提高強(qiáng)度，鏈輪齒進(jìn)行了齒部感應(yīng)加熱淬火、回火，硬度45~55HRC;套進(jìn)行滲碳、淬火，硬度58~62HRC。二者材料不同，
且都經(jīng)過熱處理，焊接性都比較差，試制初期經(jīng)常出現(xiàn)廢品。經(jīng)過分析，可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱處理、焊接等環(huán)節(jié)改進(jìn)，最終提高了產(chǎn)品合格率。
焊接性能分析
45鋼的Wc=0.42%~0.5%,屬于中碳鋼，機(jī)慽強(qiáng)度高，塑性變差，焊接性能變差；同時由于齒部經(jīng)過淬火、回火，靠近焊接套部位金相組織已經(jīng)發(fā)生了變化，變?yōu)橹楣怏w和馬氏體的混合組織，越靠近齒的部位馬氏體成分越多，焊接性能越差。
20CrMnTi的Wc=0.17%~0.24%，為低碳合金鋼，經(jīng)過滲碳、淬火，表面都變成了馬氏體金相組織，焊接的性能變差。如直接將二者焊接，過渡層會形成脆性馬氏體組織，容易形成冷、熱裂紋，易形成氣孔，產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，焊接質(zhì)量達(dá)不到質(zhì)量要求。為改善焊接性能，提高焊接強(qiáng)度，除采用合適的坡口形式、材料、焊接參數(shù)、焊接前預(yù)熱和焊后保溫等手段外， 還可以采取以下方法改善焊接性能。
(1) 改變鏈輪上的焊接部位，以便避開由于感應(yīng)淬火造成的熱處理影響區(qū)，盡量遠(yuǎn)離鏈輪上的馬氏體組織。焊接孔的中心距在設(shè)計時已經(jīng)確定，尺寸不能改變，但可以將孔加工在鏈輪齒頂?shù)恼路?。此處距離熱處理影響區(qū)相對較遠(yuǎn)，通過金相顯微鏡觀察，馬氏體組織非常少，珠光體、鐵素體相對較多。相對干鏈輪的齒槽下方，齒頂下方容易焊接，出現(xiàn)焊接缺陷的傾向少。
(2) 在20CrMnTi套滲碳時，為避免過多的游離碳滲人套的焊接表層，可以在套表面涂上一層防滲膏，盡量避免焊接處馬氏體組織出現(xiàn)。這樣在滲碳淬火后，套的其他表面硬度符合要求，外表面的組織也便于焊接。
(3)為了提髙連接強(qiáng)度，避免出現(xiàn)焊接缺陷，還可以將套和鏈輪的配合采用過盈配合，實際可以采用H7/s6的壓入式過盈配合。同時為了避免因焊接造成齒部退火，可以在靠近齒部的地方不焊接。
焊接工藝
(1)焊前準(zhǔn)備鏈輪和套均要求經(jīng)過清洗，去除油污、銹跡及氧化皮，晾干后將套壓入鏈輪內(nèi)，壓裝后產(chǎn)生一個環(huán)形槽，此槽可以視為焊接的槽型坡口。同時保證焊死沒有油污，保持干燥。
(2)焊接設(shè)備選用型號為YD200KR2HGE C02保護(hù)焊機(jī)，功率6.5kW;焊絲牌號為ER50- 6，01.0mm,保護(hù)氣體采用瓶裝液態(tài)C02。
(3) 預(yù)熱將產(chǎn)品放入加熱爐內(nèi)加熱200℃,保溫2h。通過對產(chǎn)品預(yù)熱，既可以降低熱裂紋、再熱裂紋產(chǎn)生的傾向，又可以降低冷裂紋產(chǎn)生的傾向。
冷卻速度提髙，焊縫區(qū)應(yīng)變速率也增大，容易產(chǎn)生熱裂紋。預(yù)熱可以改變焊接時的熱量循環(huán)，使冷卻的速度降低，因此預(yù)熱可以降低熱裂紋產(chǎn)生的傾向。
產(chǎn)品經(jīng)過鏈輪感應(yīng)淬火、套滲碳淬火、壓裝等 工序，在其內(nèi)部積蓄了內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力集中對再熱裂紋的影響很大，應(yīng)力越集中，再熱裂紋傾向也越大。而預(yù)熱可以減少內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力減少了，再熱裂紋的傾向也就降低了。
氫在焊縫中的溶解和在焊接區(qū)的擴(kuò)散，是引起冷裂紋的重要因素。當(dāng)在預(yù)熱條件下焊接時，在冷裂紋敏感區(qū)間之上停留的時間較長，大部分氫可以在較高溫度下從焊接區(qū)域逸出；降至較低溫度時， 殘余的擴(kuò)散氫已經(jīng)不足以引起冷裂紋。因此預(yù)熱可以降低冷裂紋的產(chǎn)生。
(4) 焊接采用平焊，焊接參數(shù)調(diào)整為電壓 (22土2) V，電流為100A，走絲速度18m/min，保護(hù)氣體(：02噴嘴距離20mm，氣體流量10L/min， 焊絲伸出長度20mm,焊接速度20cm/min。
(5) 焊后保溫焊接后將產(chǎn)品放于保溫爐內(nèi)，280℃保溫2h后空冷。這樣可以使擴(kuò)氫從焊縫中逸出，由上面預(yù)熱的作用可以知道，去氫可以防止出現(xiàn)冷裂紋。
(6)清理焊渣用手動砂輪打磨焊縫，保證外表美觀，去掉飛濺的焊渣。
焊縫檢測
外觀檢查焊縫和熱影響區(qū)無裂紋、夾渣、咬邊、氣孔等焊接缺陷，無飛濺的焊渣。內(nèi)部檢查利用超聲波探傷檢測，符合 GB 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。
兩種經(jīng)過熱處理的材料焊接，不僅可以采取焊 前預(yù)熱、焊后保溫及合適的焊接參數(shù)，而且可以從熱處理工藝、配合連接、焊接部位和焊縫長度等幾個方面分析、改進(jìn)，以提高焊接質(zhì)量。通過以上改進(jìn)，廢品率得以降低；產(chǎn)品在使用過程中性能穩(wěn)定，適宜應(yīng)用于工況惡劣的農(nóng)業(yè)機(jī)械傳動。
在片式鏈輪的端面靠近齒的地方加工兩個光孔，在光孔內(nèi)焊接上兩個材料為20CrMnTi的套，其中為提高強(qiáng)度，鏈輪齒進(jìn)行了齒部感應(yīng)加熱淬火、回火，硬度45~55HRC;套進(jìn)行滲碳、淬火，硬度58~62HRC。二者材料不同，
且都經(jīng)過熱處理，焊接性都比較差，試制初期經(jīng)常出現(xiàn)廢品。經(jīng)過分析，可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱處理、焊接等環(huán)節(jié)改進(jìn)，最終提高了產(chǎn)品合格率。
45鋼的Wc=0.42%~0.5%,屬于中碳鋼，機(jī)慽強(qiáng)度高，塑性變差，焊接性能變差；同時由于齒部經(jīng)過淬火、回火，靠近焊接套部位金相組織已經(jīng)發(fā)生了變化，變?yōu)橹楣怏w和馬氏體的混合組織，越靠近齒的部位馬氏體成分越多，焊接性能越差。
20CrMnTi的Wc=0.17%~0.24%，為低碳合金鋼，經(jīng)過滲碳、淬火，表面都變成了馬氏體金相組織，焊接的性能變差。如直接將二者焊接，過渡層會形成脆性馬氏體組織，容易形成冷、熱裂紋，易形成氣孔，產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，焊接質(zhì)量達(dá)不到質(zhì)量要求。為改善焊接性能，提高焊接強(qiáng)度，除采用合適的坡口形式、材料、焊接參數(shù)、焊接前預(yù)熱和焊后保溫等手段外， 還可以采取以下方法改善焊接性能。
(1) 改變鏈輪上的焊接部位，以便避開由于感應(yīng)淬火造成的熱處理影響區(qū)，盡量遠(yuǎn)離鏈輪上的馬氏體組織。焊接孔的中心距在設(shè)計時已經(jīng)確定，尺寸不能改變，但可以將孔加工在鏈輪齒頂?shù)恼路?。此處距離熱處理影響區(qū)相對較遠(yuǎn)，通過金相顯微鏡觀察，馬氏體組織非常少，珠光體、鐵素體相對較多。相對干鏈輪的齒槽下方，齒頂下方容易焊接，出現(xiàn)焊接缺陷的傾向少。
(2) 在20CrMnTi套滲碳時，為避免過多的游離碳滲人套的焊接表層，可以在套表面涂上一層防滲膏，盡量避免焊接處馬氏體組織出現(xiàn)。這樣在滲碳淬火后，套的其他表面硬度符合要求，外表面的組織也便于焊接。
(3)為了提髙連接強(qiáng)度，避免出現(xiàn)焊接缺陷，還可以將套和鏈輪的配合采用過盈配合，實際可以采用H7/s6的壓入式過盈配合。同時為了避免因焊接造成齒部退火，可以在靠近齒部的地方不焊接。
焊接工藝
(1)焊前準(zhǔn)備鏈輪和套均要求經(jīng)過清洗，去除油污、銹跡及氧化皮，晾干后將套壓入鏈輪內(nèi)，壓裝后產(chǎn)生一個環(huán)形槽，此槽可以視為焊接的槽型坡口。同時保證焊死沒有油污，保持干燥。
(2)焊接設(shè)備選用型號為YD200KR2HGE C02保護(hù)焊機(jī)，功率6.5kW;焊絲牌號為ER50- 6，01.0mm,保護(hù)氣體采用瓶裝液態(tài)C02。
(3) 預(yù)熱將產(chǎn)品放入加熱爐內(nèi)加熱200℃,保溫2h。通過對產(chǎn)品預(yù)熱，既可以降低熱裂紋、再熱裂紋產(chǎn)生的傾向，又可以降低冷裂紋產(chǎn)生的傾向。
冷卻速度提髙，焊縫區(qū)應(yīng)變速率也增大，容易產(chǎn)生熱裂紋。預(yù)熱可以改變焊接時的熱量循環(huán)，使冷卻的速度降低，因此預(yù)熱可以降低熱裂紋產(chǎn)生的傾向。
產(chǎn)品經(jīng)過鏈輪感應(yīng)淬火、套滲碳淬火、壓裝等 工序，在其內(nèi)部積蓄了內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力集中對再熱裂紋的影響很大，應(yīng)力越集中，再熱裂紋傾向也越大。而預(yù)熱可以減少內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力減少了，再熱裂紋的傾向也就降低了。
氫在焊縫中的溶解和在焊接區(qū)的擴(kuò)散，是引起冷裂紋的重要因素。當(dāng)在預(yù)熱條件下焊接時，在冷裂紋敏感區(qū)間之上停留的時間較長，大部分氫可以在較高溫度下從焊接區(qū)域逸出；降至較低溫度時， 殘余的擴(kuò)散氫已經(jīng)不足以引起冷裂紋。因此預(yù)熱可以降低冷裂紋的產(chǎn)生。
(4) 焊接采用平焊，焊接參數(shù)調(diào)整為電壓 (22土2) V，電流為100A，走絲速度18m/min，保護(hù)氣體(：02噴嘴距離20mm，氣體流量10L/min， 焊絲伸出長度20mm,焊接速度20cm/min。
(5) 焊后保溫焊接后將產(chǎn)品放于保溫爐內(nèi)，280℃保溫2h后空冷。這樣可以使擴(kuò)氫從焊縫中逸出，由上面預(yù)熱的作用可以知道，去氫可以防止出現(xiàn)冷裂紋。
(6)清理焊渣用手動砂輪打磨焊縫，保證外表美觀，去掉飛濺的焊渣。
焊縫檢測
外觀檢查焊縫和熱影響區(qū)無裂紋、夾渣、咬邊、氣孔等焊接缺陷，無飛濺的焊渣。內(nèi)部檢查利用超聲波探傷檢測，符合 GB 11345-1989標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。
兩種經(jīng)過熱處理的材料焊接，不僅可以采取焊 前預(yù)熱、焊后保溫及合適的焊接參數(shù)，而且可以從熱處理工藝、配合連接、焊接部位和焊縫長度等幾個方面分析、改進(jìn)，以提高焊接質(zhì)量。通過以上改進(jìn)，廢品率得以降低；產(chǎn)品在使用過程中性能穩(wěn)定，適宜應(yīng)用于工況惡劣的農(nóng)業(yè)機(jī)械傳動。
