林海涛
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066
摘要：最近几年来，电子束焊接被广泛应用于变速箱齿轮零件中，但因为电子束焊接的工程师其专业水平受限制，加上冷加工工艺人员以及热处理工程师对焊接工艺没有一个全面的认识，以至于在操作过程中没有严格依照操作流程开展，进而引发一系列问题，比如，齿圈焊接以后翘曲、脱焊、焊接裂纹等，导致工艺人员对电子束焊接产品产生恐惧。针对上述现象，企业应及时制定出解决方案，不断提高齿轮类零部件的质量。众所周知，齿轮类零部件大多都是采用碳素钢又或者是合金结构钢等材料，只不过不同的材料，由于组成成分不同，其焊接性存在较大差距，而影响最大的就是焊接材料的化学成分，不光有C、S，还有P、Mn等。
关键词：电子束焊接；齿轮类零部件；质量控制；分析；研究
随着科学技术的飞速发展，电子束焊接技术取得较为显著的成效，特别是齿轮类零部件电子束焊接，现阶段已被广泛运用于汽车行业。齿轮类零部件主要是采取合金结构钢、碳素钢，化学成分不一样，热处理也就不同，故焊接性也会受到影响。以下主要是对电子束焊接齿轮类零部件的质量控制展开研究，并对其进行了合理化分析。
1钢材的C含量和C当量
钢的含C量高，可推动硫、磷等在焊缝中构成共晶物质，而且还可以提高热裂的敏感性；与此同时，含C量还会增强材料的淬硬性、强度以及硬度，降低钢材的塑性和韧性。也就是说，当增加含C量时，会在一定程度降低钢材的焊接性，就连锰、铜、硅、钼、镍等合金元素也会给钢材的焊接性带来一定影响[1]。所以为合理评估钢材的焊接性，就应将上述元素对钢材淬硬、脆化等情况带来的影响折算为C的含量，简称为C当量。当然，应用范围最为广泛的就是CE与JIS标准规定的Ceq。CE=碳+锰/6+（铜+镍）/15+（铬+钼+钒）/5；Ceq=碳+锰/6+硅/24+镍/40+铬/5+钼/4+钒/14。依照CE和Ceq的标准可知，当C当量的值越大时，焊缝产生的裂纹越大。当材料C当量不超过0.4%时，钢材的焊接性最好，而且还不需要控制热输入；当材料C当量超过0.4%时，为防止产生裂纹，必须严格控制以下环节，比如，预热、缓冷等[2]。
2钢中硫、磷等的含量
由于先结晶的金属比较纯正，后结晶金属的杂质较多，且大多集中在晶界，并由磷、硫等构成的低熔点物质被排挤到柱状体晶体的中心位置，形成液态薄膜，在此期间，如若焊缝受到拉应力的影响，就有可能会出现开裂现象。所以，通常会将硫、磷等元素构成的液态薄膜当成产生结晶裂纹的主要影响要素，虽然还会受到拉伸应力的影响，但却因焊缝形式不同，致使焊缝接头的受力也受到影响[3]。尤其是对于那些大熔深度的电子束焊缝来说，因其承载的应力作用于结晶面，恰巧此处的杂质最为集中，且晶粒之间的密集度低，因而，很容易产生结晶裂纹。这表明，电子束焊缝的形状特征会增加结晶裂纹出现的几率，又因为焊接齿轮是核心部件，所以，为进一步提高焊缝的抗裂性，必须严格控制钢材中的硫、磷以及其他杂质元素的含量，据资料显示，如果C含量超过0.03%，硫和磷元素的含量不超过0.02%。实际上，焊接材料采取的钢材技术要求，Wp≤0.03%、WS≤0.03%，这表明，极限状态下的Wp+s≤0.06%，且焊接以后的产品也不会出现质量问题。
某汽车生产单位开发出一款新变速器，其中，齿轮材料为TL4521，齿环材料为TL4227。在开发初期，由于产品为新产品，加上下料人员将齿环的材料依照TL4521进行锻造。不同品种的齿轮其锻造要求也不同，有些是热前焊接，有些则是热后焊接。（1）第一次试制产品。虽然热前焊接产品不存在问题，但热后焊接产品却容易产生裂纹，也就是所谓的冷裂纹。通过热前预热，预热温度和缓冷温度都不超过回火温度，如此一来，焊接的齿轮才不会产生裂纹。（2）第二次试制产品。由于热前焊接就已产生裂纹，所以，就需要对初次试制的产品金相展开研究，具体如图（1）、图（2）、图（3）所示；其次，还应对第二次试制产品的金相展开探讨，具体如图（4）、图（5）、图（6）图（7）所示。在图（7）中，产品产生沿流线裂纹。以上产品试制都是采取相同型号的钢材，就连焊接工艺也一样，唯一不同就是正火金相。所以说，针对那些已经完工的齿轮齿环，就需要应用真空正火，之后，再进行焊接。金相如图（8）、图（9）、图（10）所示，该次焊接也没有产生热裂纹，究其本源，主要是因为清洁度受到影响又或者是焊接工艺不当引起的，所以，就需要对焊接工艺进行优化，并对其焊接过程加强控制，以免再次质量问题。又因为其他焊接产品不会出现上述情况，所以，就需要对TL4521的化学成分展开分析，具体如表（1）所示。
依照计算好的C当量（＞0.4%），必须严格控制产品的焊接工艺。但如果焊接产品出现热裂纹，就需要调整工艺。除此之外，还应对焊接产品的图样进行核查，依照以往的工作经验，齿环和齿轮必须使用同一种型号的材料，并非是两种材料。具体如表（2）所示。之后的焊接产品必须依照焊接工艺开展，也就是焊前预热，焊后缓冷。具体如图（11）所示。
图（11）为焊接位置
3结语
（1）齿轮类零部件的电子束焊接工艺具有特殊性，与此同时，对被焊接的原材料也提出严格要求，比如，杂质的含量、热处理等；（2）电子束焊接工艺同样对焊接之前的准备工作提出较高要求，否则零部件焊接的质量无法满足要求；（3）电子束焊接的参数必须依照实际情况设计，且运用到的公式或者是图表必须具有实用性。
参考文献：
[1]潘小虎.齿轮类零件电子束焊接的质量控制策略分析[J].科技与创新，2016（21）：93.
论文作者:林海涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/29
标签：电子束论文; 裂纹论文; 齿轮论文; 产品论文; 钢材论文; 材料论文; 当量论文; 《防护工程》2018年第13期论文;