激光焊接机

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    齿轮作为机器传动的重要部件，受加工条件限制，大直径锻造齿轮整体制造存在很大困难，甚至必须分体加工后通过焊接实现连接。焊接结构齿轮已在很大程度上取代了大尺寸的铸造齿轮以及镶圈式结构齿轮，成为经济可行的制造方法之一。齿轮激光焊接机由于焊接速度快，热输入最小，焊缝热影响区小，避免了热影响区的软化，接头强度好，焊态下的接头一般具有相当或优于母材的性能，同时激光焊接受工件空间的约束较小．因此，激光焊接机正逐步成为齿轮连接的主要方法，已在航空航天，汽车制造、机车、船舶等工业领域得到了日益广泛的应用。
    伞形齿轮轴采用的是42CrMo巾碳高强钢，其化学成分见表，它具有良好的综合力学性能和较高的淬透性，但由于含碳最高，合金元素含量也较高，淬硬倾向比较大。为了避免裂纹的形成，采用窄间隙激光填丝法进行焊接，伞形齒轮轴的结构如表所示，
42CrMo钢及填充材料的化学成分  

材料

C

Si

Mn

Cr

Mo

Ni

P

S

Fe

42CrMo
TCS- 2CM

0. 38-- 0. 45
0. 09

0.17 - 0. 37
0. 32

0. 5 -- 0. 8
0. 71

0. 9-1. 2
2. 26

0. 15一 0. 25
1. 04

≤0. 030

≤0. 030
≤0. 033

≤0.030
≤0.005

余量
余量

   激光焊接设备采用德国某公司的CO2激光器，最大输出功率为3. 5kW，焊接工作台为五轴联动工作台．光束采用抛物铜镜反射聚焦系统，焦距为300mm，聚焦光斑直径为0.26mm。焊接时，装卡好的齿轮轴在回转工作台的带动下旋转，双层喷嘴侧吹保护气体．填充材料为日本TCS-2CM焊丝（相当于ER62-B3），化学成分见表。
    由于受激光器输出功率限制，为了实现完全焊透，同时兼顾送丝速度对焊接过程稳定性的影响，采用窄间隙激光填丝多层焊接技术，其巾第一层为自熔焊，焊接装置如表所示．42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊接机的工艺参数见表：
  42 CrMo钢伞形齿轮轴激光焊的工艺参数

焊层

功率/kW

焊接速度／m．min

送丝速度/m．min

保护气流量/L.min

第一层
第二层
第三层

3.5
3.5
3.5

1
0.7
0.5

--
2.5
2.5

2.5 Ar+15He
2.5 Ar+15He
2.5 Ar+15He

    42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊接机接头表面成形良好，采用金相分析，42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊接头内部没有缺陷．网2. 33是激光焊接接头附近各区域显微硬度的分布曲线．齿轮轴激光焊熔合区显微硬度约为580HM，母材约为300HM，在热影响区巾并不存在软化现象。
    42CrMo钢伞形齿轮轴激光焊焊缝中心处纵向的硬度分布。从焊缝上部到报部，硬度逐渐升高．焊缝下部的底层焊缝为自熔焊接，没有焊缝输入，焊缝巾较高的碳含量，使硬度维持在一个较高的水平上，而上层焊道巾，在低碳TCS- 2CM焊丝的巾和作用下，焊缝巾碳含量降低，造成硬度降低。但是较低的碳含量，减少了高碳马氏体的形成，降低了焊缝的冷裂倾向。
    采用激光窄间隙填丝焊接的42CrMo钢伞形齿轮轴焊接接头抗拉强度为980-1080MPa，断裂发生在母材，断口呈现典型的韧性断裂。接头强度勻母材相当（42CrMo钢调质态的抗拉强度约1000MPa）．金相组织分析，获得的焊缝组织为细小的针状贝氏体，热影响区为贝氏体及少量的扳条马氏体的混合组织，避免了过热区的脆化。

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