陶瓷衬垫在焊接齿轮箱上的应用

熊志文

摘要：对于我厂高速箱等其他特殊要求的箱体来说，全熔透焊缝需要进行超声波探伤检测。对于有超声波探伤要求的焊缝，我厂往往需要采用传统的碳弧气刨的方式来清根并且对碳刨区域进行打磨。传统的碳弧气刨方式费时费力，容易清根不净导致焊接缺陷，经济效益不好;采用陶瓷衬垫当做背面垫板，减少了碳弧气刨的工序以及后续打磨的时间，提高了焊接箱体的效率及质量，降低了焊接成本，且焊工工作环境有了一定的改善。

关键词：全熔透焊缝超声波探伤 陶瓷衬垫 效率 质量

一、陶瓷衬垫焊接工艺研究背景

我厂焊接齿轮箱部分焊缝要求较高，为全熔透焊缝，需要做超声波探伤。箱体材料为Q235及Q355普通碳素钢板，可焊性较好。为满足超声波探伤要求，通常采用双面焊清根的方法进行焊接，存在能否清根良好影响到后续焊缝的焊接质量，不良清根甚至会导致焊接裂纹、未熔合等问题，从而增加焊接返修工作量，增加成本;同时碳刨清根噪音大且有严重的粉尘污染，清根打磨时间也比较长。然而采用单面焊双面成型技术则对焊工的技能水平又要求比较高。综合上面因素，决定开发陶瓷衬垫焊接技术来对全熔透焊缝进行焊接，可以省去清根步骤，降低清根带来的焊接质量风险，容易拆卸不影响工人劳动强度，减少工人劳动强度及减少环境污染，提高焊接效率和焊接质量，降低成本。

二、陶瓷衬垫焊接的技术难点

不合适的坡口角度可能会导致焊缝熔合性不佳、焊材消耗过大、焊接时间延长影响工作效率;拼装间隙对齿轮箱整体的尺寸公差要求较高，不合适的间隙会导致齿轮箱尺寸偏大或者偏小，从而对焊接变形控制产生影响;坡口加工质量将会影响到陶瓷衬垫的安装，从而影响最终的焊接质量。

三、陶瓷衬垫焊接试验

根据我厂焊接接头结构形式，经过考察调研，圆柱形陶瓷衬垫比较适合我厂箱体焊接接头，于是选择B-1型直径10mm的圆柱形陶瓷衬垫进行试验。选择试板材料为Q235B，尺寸为30*150*300 mm，开K型坡口，坡口角度45度，钝边1mm，板间隙为6mm。采用MAG焊进行焊接，气体为80%Ar+20%CO2，焊材为直径1.2mm ER50-6焊丝，先把试件点焊固定然后贴陶瓷衬垫。见图1、图2。

然后准备施焊，焊接电压为27～31V，焊接电流为230～280A左右。焊接参数的选择与不带衬垫的相比第一道焊缝焊接电流要稍微大一点，保证打底平整无未熔合等缺陷。第一道焊缝反面可见图3，可见焊缝外观平整，背面无飞溅等焊渣。

后续继续填充、盖面焊接。焊接结束、待工件冷却后进行UT检测，现场UT检测结果符合我厂厂标要求，见图4。陶瓷衬垫焊接试验成功，准备应用焊接齿轮箱产品中。

四、焊接齿轮箱上的应用

选择中分面板宽度至少有100mm的箱体，见图5。以保证陶瓷衬垫在粘贴过程中的牢固，以免焊接过程中的脱落。此次选取的陶瓷衬垫直径为10mm的衬垫，实际考虑每个焊工技能水平不同，为保证根部熔透，冷装间隙稍微大点，具体安装见图6。

在冷装、焊接的时候注意以下工艺要点：

（1）零件下料后采用半自动气割开坡口，并打磨光顺，保证坡口尺寸及质量。

（2）在贴陶瓷衬垫的前要注意端面处理干净，不要有太多的灰尘、铁屑等污渍，以免影响粘贴效果。

（3）严格按照工藝要求控制冷装间隙、直线度，确保衬垫贴合间隙在1mm范围内。

现场操作如下：

（1）把陶瓷衬垫完全伸进去坡口后，可双手捏紧一根焊条进行辊压运动使贴合牢固，贴合好之后的陶瓷衬垫见图7。

（2）先焊接贴陶瓷衬垫的对面焊缝，采用MAG焊进行焊接，第一层焊缝打底，第二层焊缝进行填充盖面。焊后翻身观察打底焊缝的表面较为平滑，现场焊工表示没有焊接操作困难。焊缝外观良好，有陶瓷衬垫的地方焊缝较为平整，且无未熔合、夹渣等缺陷，见图8。

（3）稍微进行表面打磨后漏出金属光泽后，继续焊接另一侧焊缝。

（4）焊接结束待焊缝降到室温后进行UT探伤，结果符合我厂厂标要求，见图9。

五、传统焊接与陶瓷衬垫焊接两种工艺对比

本次试验选用了2台箱体，一台采用陶瓷衬垫不清根进行焊接，一台采用传统方式进行碳刨清根焊接。现场跟踪了一条焊缝的焊接，收集了相关数据，见下表1、表2。

通过对比分析：

（1）从效率方面来看，采用陶瓷衬垫箱体焊缝焊接整体来说效率比无衬垫碳刨清根焊缝所用时间短，效率高。碳刨时间与打磨时间显著减少;

（2）在质量方面，数据显示在采用碳刨清根的焊缝中，约70%的缺陷在集中在根部位置，导致根部缺陷的主要原因是由于清根不彻底、缺陷未清除干净或者清根焊道成型质量差导致的。采用陶瓷衬垫后可减少这方面带来的质量隐患，减少焊接返修工作量;

（3）从劳动环境方面来说，由于陶瓷衬垫焊接工艺没有焊缝碳刨清根和渗碳层的打磨工序，因此碳弧气刨过程中的烟尘、严重噪音也因此消失，打磨工作量大幅减少，劳动环境得到改善。

六、结语

通过工艺试验以及产品验证，陶瓷衬垫焊接技术适合我厂焊接齿轮箱全熔透焊缝的焊接，并成功开发应用到产品上。陶瓷衬垫使用方便，对焊工技能要求低，运用在我厂产品中可显著提高探伤焊缝的焊接效率及焊接质量，同时改善焊工的劳动环境。

参考文献

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