CN102476241A - 结合齿环与齿轮热后激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车变速器技术领域的结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，通过将结合齿锥与齿轮分别进行预处理；热后加工压配及焊接区域电磁预热处理；最后将齿轮放在一个转盘上，转盘旋转180度，转盘下的垂直轴将齿轮顶出台面，齿轮从内孔夹紧，通过反向推力轴承的作用完成下压，然后根据焊接起始位置依次进行点焊、预焊和深熔焊。本发明主要解决了齿轮总成在结合齿锥与齿轮热后激光焊接加工过程中存在的焊接变形及产生的裂纹问题，并形成了一套适合批量生产的热后激光焊接工艺参数。

Description

结合齿环与齿轮热后激光焊接方法

技术领域

本发明涉及的是一种汽车变速器技术领域的方法，具体是一种结合齿环与齿轮热后激光焊接方法。

背景技术

DCT变速器作为国际上先进的变速器，具有节能、换档性能优越的特点，而为了达到节省空间、结构紧凑、降低重量和换档舒适性的目标，大部分齿轮总成的结构只能采用激光焊接或电子速焊接的方式实现。相对于电子速焊接，激光焊接具有不需要在真空下进行的特点，对大批量生产具有方便操作的优势。

经过对现有技术的检索发现，激光焊接是利用高强度的激光束与金属相互作用，使金属熔化实现不同待处理工件之间良好结合的工艺，对零件的尺寸设计没有限制要求。

但是该现有技术没有涉及到齿轮与结合齿的热后焊接，在实际加工中，出现了零件在清洗、压配和激光焊接之后，在焊缝的底部出现微裂纹缺陷，且焊后结合齿锥面及齿轮孔口有较大变形。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，主要解决了齿轮总成在结合齿锥与齿轮热后激光焊接加工过程中存在的焊接变形及产生的裂纹问题，并形成了一套适合批量生产的热后激光焊接工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、将结合齿锥与齿轮分别进行预处理，其具体步骤为：

1.1)对结合齿锥与齿轮分别依次进行精车加工、齿轮及倒锥齿加工；

1.2)采用渗碳、淬火以及回火方式对结合齿锥与齿轮进行热处理。

所述的淬火是指采用压淬方式进行淬火，以保证压配大面的平面度及压配孔径的圆度；

第二步、热后加工压配及焊接区域电磁预热处理，其具体步骤为：

2.1)将结合齿锥与齿轮分别采用超声波清洗、漂洗、烘干过程以彻底去除零件焊接面上的油脂、油污，保证焊接焊缝无气孔产生。

2.2)分别采用硬车去除结合齿锥与齿轮的焊接面处的渗碳硬化层，使待焊接表面为加工面；

2.3)通过带有中心定芯的压配夹具与伺服电机的压机以便有效控制结合齿锥与齿轮压配力与压配行程，保证两零件始终平行压配。

2.4)采用电磁感应加热***进行电磁预热；

所述的电磁预热的方向为沿结合齿锥与齿轮的中心轴内部向外，以保护经硬化的齿轮不会过热和改变其内部组织结构并降低材料的屈服强度及焊接过程中的热应力；

第三步、将齿轮放在一个转盘上，转盘旋转180度，转盘下的垂直轴将齿轮顶出台面，齿轮从内孔夹紧，通过反向推力轴承的作用完成下压，然后根据焊接起始位置依次进行点焊、预焊和深熔焊。

所述的根据焊接起始位置依次进行点焊、预焊和深熔焊，其具体步骤和参数为：

3.1)采用机械手把已预热的工件转移到焊接位置；

3.2)以10000mm/min的速度均匀地在焊接直径圆周向分布3点或6点点焊，焊接深度为正式深熔焊接深度的1/3～1/4；

3.3)采用预焊形式，调整焊接线速度至6000mm/min，并使焊接功率设置于小于正式焊功率的2000w，形成正式深熔焊接深度1/4～1/5的焊缝深度；

3.4)深熔焊接，调整焊接线速度至2400mm/min并增加焊接功率至2100w。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)可减小零件焊接应力；

2)可以在满足产品技术要求和承载能力的情况下，尽可能得到浅的焊缝深度，从而降低焊接应力。

本发明使得热后焊接零件的焊缝底部裂纹得到完全消除，同时零件的变形得到明显改善，达到了工艺与产品要求。

附图说明

图1为齿轮总成图；

图中：1齿轮、2结合齿锥。

图2为实施例第三步示意图。

图3为结合齿锥与齿轮热后激光焊接工艺图。

图4为结合齿锥与齿轮热后激光焊接焊缝图比较；

其中：图4a为冷焊焊缝图(有裂纹)，图4b为预热后焊接焊缝图(无裂纹)。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括以下步骤：

第一步、将如图1所示的结合齿锥与齿轮分别进行预处理，其具体步骤为：

1.1)加工：将结合齿锥与齿轮分别进行热前机加工，包括精车加工、齿轮及倒锥齿加工等。

1.2)热处理：采用渗碳、淬火以及回火的热处理方式；

所述的淬火是指采用压淬方式进行淬火，以保证压配大面的平面度及压配孔径的圆度；

第二步、热后加工压配及焊接区域电磁预热处理，其具体步骤为：

2.1)清洗烘干：将结合齿锥与齿轮分别采用超声波清洗、漂洗、烘干过程以彻底去除零件焊接面上的油脂、油污，保证焊接焊缝无气孔产生。

2.2)热后加工：分别采用硬车去除结合齿锥与齿轮的焊接面处的渗碳硬化层，使待焊接表面为加工面；

2.3)压配：通过带有中心定芯的压配夹具与伺服电机的压机以便有效控制结合齿锥与齿轮压配力与压配行程，保证两零件始终平行压配。

2.4)电磁预热：采用电磁感应加热***进行电磁预热；

所述的预热方向为沿结合齿锥与齿轮的中心轴内部向外，以保护经硬化的齿轮不会过热和改变其内部组织结构并降低材料的屈服强度及焊接过程中的热应力；

第三步、如图2中的a至d所示，将齿轮放在一个转盘上，转盘旋转180度，转盘下的垂直轴将齿轮顶出台面，齿轮从内孔夹紧，通过反向推力轴承的作用完成下压，然后根据焊接起始位置依次进行点焊、预焊和深熔焊，其具体步骤为：

3.1)焊接：采用机械手把已预热的工件转移到焊接位置；工件从预热区域至焊接区域，过程采用一个带气缸的处理***来完成。焊接站如果采用手动方式，则机械手将处于停止状态。

3一)高速(10000mm/min)均匀地在焊接直径圆周向分布3点或6点点焊，焊接深度为正式深熔焊接深度的1/3～1/4；

3.3)采用预焊形式，调整焊接线速度(6000mm/min)，并使焊接功率(2000w)小于正式焊功率，形成正式深熔焊接深度1/4～1/5的焊缝深度；

3.4)深熔焊接，焊接线速度(2400mm/min)进一步减小，焊接功率(2100w)增大。

为解决焊缝底部裂纹问题：采取焊接之前对压配后的零件进行预热的方式，考虑到零件的硬度等特性，结合渗碳热处理后回火问题，必须控制预热工艺温度及预热时间；

针对焊缝深度对齿轮总成焊接后变形的影响，以四档从动齿为代表，如下表所示意，可以发现焊接深度与焊接变形之间的关系：焊缝深度2.7～3.5mm，变形(直径方向应为0.02～0.03)；4.0～4.5mm变形(直径方向0.03～0.05mm)。

如图3所示，根据齿轮总成的加工工艺，最终确定以2.7～3.1mm为控制范围，确定合理焊接工艺参数。

如图4a和图4b所示，采用热后零件预热+高速点焊+高速预焊+深熔焊的工艺方式，解决了热后焊接零件裂纹与几何尺寸变形的缺陷，使焊缝质量、工件几何尺寸、形位公差经检测，完全符合工艺要求。

Claims (6)

1.一种结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将结合齿锥与齿轮分别进行预处理；

第二步、热后加工、压配及焊接区域电磁预热处理；

第三步、将齿轮放在一个转盘上，转盘旋转180度，转盘下的垂直轴将齿轮顶出台面，齿轮从内孔夹紧，通过反向推力轴承的作用完成下压，然后根据焊接起始位置依次进行点焊、预焊和深熔焊。

2.根据权利要求1所述的结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，其特征是，所述的第一步具体步骤为：

1.1)对结合齿锥与齿轮分别依次进行精车加工、齿轮及倒锥齿加工；

1.2)采用渗碳、淬火以及回火方式对结合齿锥与齿轮进行热处理。

3.根据权利要求2所述的结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，其特征是，所述的淬火是指采用压淬方式进行淬火。

4.根据权利要求1所述的结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，其特征是，所述的第二步具体步骤为：

2.1)将结合齿锥与齿轮分别采用超声波清洗、漂洗、烘干；

2.2)分别采用硬车去除结合齿锥与齿轮的焊接面处的渗碳硬化层；

2.3)通过带有中心定芯的压配夹具与伺服电机的压机以便有效控制结合齿锥与齿轮压配力与压配行程，保证两零件始终平行压配；

2.4)采用电磁感应加热***进行电磁预热。

5.根据权利要求4所述的结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，其特征是，所述的电磁预热的方向为沿结合齿锥与齿轮的中心轴内部向外。

6.根据权利要求1所述的结合齿环与齿轮热后激光焊接方法，其特征是，所述的根据焊接起始位置依次进行点焊、预焊和深熔焊，其具体步骤和参数为：

3.1)采用机械手把已预热的工件转移到焊接位置；

3.2)以10000mm/min的速度均匀地在焊接直径圆周向分布3点或6点点焊，焊接深度为正式深熔焊接深度的1/3～1/4；

3.3)采用预焊形式，调整焊接线速度至6000mm/min，并使焊接功率设置于小于正式焊功率的2000w，形成正式深熔焊接深度1/4～1/5的焊缝深度；

3.4)深熔焊接，调整焊接线速度至2400mm/min并增加焊接功率至2100w。

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