[發明專利]內齒圈與環形擋板的激光焊接方法

無效

• 申請號: 201010100400.1
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN101722366A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 張宏;石巖;徐春鷹;劉雙宇
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/12
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 曲博

技術領域

本發明涉及的是一種內齒圈與環形擋板的激光焊接方法，焊接工件尺寸精密、形狀復雜、材質不同，屬于激光加工技術領域。

背景技術

齒輪是傳動系統和變速系統中的核心零件。為了使得傳動系統和變速系統重量減輕、體積減小，降低齒輪加工難度，節省原材料，措施之一是以分體式替代連體式。內齒齒輪的加工就屬于這種，先分體加工內齒圈1和環形擋板2，見圖1、圖2所示，再將二者焊接成一體，形成一個復合內齒齒輪。內齒圈1材質為20Cr2Ni4A，設計精度6級。20Cr2Ni4A是一種優質合金滲碳鋼，含碳量低，淬透性很高，具有很好的韌性、耐磨性，強度也很高；環形擋板2為20g鍋爐鋼，具有一定的強度，其塑性、韌性、成形和焊接工藝性能均很好，價格較為低廉。

現有技術采用電子束焊接方法將二者焊接成一體。電子束焊接方法具有焊縫窄、熱影響區小、深寬比大等一些優點，但是，由于該方法必須在真空狀態下進行，而所述內齒齒輪尺寸較大，如分度圓直徑400mm，難以實現真空焊接，工序繁雜，生產效率低，工藝成本高，電子束焊接方法在該領域難以廣泛應用。

雖然氬弧焊不存在電子束焊接方法的問題，但是，氬弧焊要求預熱工件，還需填絲、后焊等，工序較為復雜，焊后熔深不及電子束焊接方法，熱影響區較大，焊縫質量較差，焊接加工不夠精密。

相對于氬弧焊和電子束焊接方法，激光焊接焊縫質量高，激光焊接過程中非金屬雜質易氣化。與氬弧焊相比，工序簡單。與電子束焊相比，對工件的清洗要求較低，不易產生夾雜現象，激光焊接對焊縫具有提純作用，并使焊縫晶粒細化，不產生X射線輻射，能夠在大氣中進行。

發明內容

本發明的目的在于實現異種鋼內齒圈、環形擋板的激光精密焊接，焊接結合部位的強度不低于20g鋼強度。為此，我們發明了一種內齒圈與環形擋板的激光焊接方法。

本發明的焊接工件為內齒圈和環形擋板，其特征在于，見圖3、圖4所示，內齒圈1和環形擋板2二者為異種鋼件，激光噴嘴3對準由內齒圈1、環形擋板2二者接觸面形成的縫隙焊接，焊縫以速度v移動，同時由保護氣體保護焊接區域。

激光焊接熱影響區小，在取得焊縫成形美觀及致密可靠、無焊接裂紋和氣泡、工序簡單等效果的同時，焊接深寬比可達5以上，焊接結合部位的強度不低于20g鋼強度，完全能夠取代現有焊接方法。

附圖說明

圖1是現有技術及本發明焊接工件中的內齒圈示意圖。圖2是現有技術及本發明焊接工件中的環形擋板示意圖。圖3是本發明之激光焊接方法主視示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖4是本發明之激光焊接方法左視示意圖。

具體實施方式

本發明的焊接工件為內齒圈1和環形擋板2，見圖3、圖4所示，內齒圈1材質為20Cr2Ni4A，環形擋板2材質為20g鋼。焊接用激光為CO₂激光，激光噴嘴3對準由內齒圈1、環形擋板2二者接觸面形成的縫隙焊接，焊縫以速度v移動，速度v是焊接工件上激光束與焊接工件接觸處的線速度，速度v為1.2～2.1m/min。激光束離焦量為+2mm，激光功率3.5～5.0kW，同時由保護氣體保護焊接區域，如20～40％He+80～60％Ar，總流量1～2m³/h。

采用CO₂激光焊接20Cr2Ni4A鋼和20g鋼時，最佳的光束離焦量為+2mm，此時獲得的焊縫熔深較大。另外，焊接速度、激光束離焦量、激光功率、保護氣體配比及流量等技術參數影響激光焊接的熔深、熔寬以及焊縫截面形狀、焊接缺陷等。根據本發明所確定的技術參數，所達到的深寬比大于5；焊縫無氣孔、裂紋等缺陷。

在力學性能試驗機上進行拉伸強度試驗，證明采用本發明之方法焊接內齒圈和環形擋板，焊接結合部位的強度不低于20g鋼強度。

采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡等儀器對激光焊接結合部位的微觀組織結構進行分析，認定焊縫無氣孔、裂紋等缺陷。