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42CrMo钢锥齿轮轴的窄间隙激光焊

文章来源:深圳市晨皓达科技有限公司    时间:2022-03-07 15:10:25
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齿轮作为机械传动的重要部件,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。激光焊接由于焊接速度快、 热输人小,热影响区小,避免了热影响区的软化,接头强度高,焊态下的接头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,激光焊接正逐步成为齿轮加工制造的主要连接方法,已在航空航天、汽车制造、机车车辆、船舶等工业领域得到了日益广泛的应用。


42CrMo钢锥齿轮轴的窄间隙激光焊


锥齿轮轴采用的是42CrMo中碳高强钢,42CrMo钢具有良好的综合力学性能和较高的淬透性,但由于碳含量高,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。


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)。


由于受激光器输出功率限制,为了实现完全焊透,同时兼顾送丝速度和焊接过程稳定性,采用窄间隙激光填丝多层焊接技术,其中第一层为自熔焊。


42CrMo钢锥齿轮轴激光焊接头表面成形良好。采用金相分析,42CrMo钢锥齿轮轴激光焊焊缝内部没有裂纹、气孔等缺陷。

42CrMo钢锥齿轮轴激光焊焊缝中心处纵向的硬度分布。从焊缝上部到根部,硬度逐渐升高。焊缝下部的底层焊缝为自熔焊接,没有填充焊丝,焊缝中较高的碳含量,使硬度维持在一个较高的水平上;而上层焊道中,在低碳TCS 2CM焊丝的中和作用下,焊缝中碳含量降低,造成硬度降低。但是焊缝中较低的碳含量,减少了高碳马氏体的形成,降低了焊缝的冷裂倾向。


采用窄间隙填丝激光焊技术焊接的42CoMo高强钢锥齿轮轴焊接接头的抗拉强度为980~ 1080MPa,断裂发生在母材,断口呈现典型的韧性断裂。接头强度与母材相当(42CoMo钢调质态的抗拉强度约为1000MPa)。金相组织分析表明,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板条马氏体的混合组织,避免了过热区的脆化。
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