CN108637615A - 一种轻量化焊接齿轮的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轻量化焊接齿轮的制造方法，包括焊接齿轮本体，所述焊接齿轮本体包括齿圈、轮芯和轮幅，包括以下加工步骤：步骤一：选材；步骤二，正火处理；步骤三，车件加工、焊接加工；步骤四，特殊热处理，具体为：A、涂料、装料；B、去应力退火；C、碳氮共渗，C1：装料、进炉；C2：升温、升碳势；C3：均碳排气；C4：共渗；C5：升温、保温；C6：淬火；D：回火。本发明通过优化热处理工艺，避免焊后热处理开裂，提高了热处理质量稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接齿轮制造技术领域，特别涉及一种轻量化焊接齿轮的制造方法。
背景技术
随着科技的发展，焊接齿轮得到了普遍应用。现已成为世界上工业发达国家制造大型齿轮的一种生产手段，并将逐步替代现有的整体铸造结构齿轮，基于铸造齿轮存在生产周期长、耗材多、成本高和不可预见的铸造缺陷(如疏松、夹渣、包沙等，且大型铸造齿轮热处理时，特别是在淬火阶段容易出现硬度不均、软点等)。
然而，焊接齿轮在制造过程中，其通常因采用不同零部件通过焊接完成整体组合，导致焊缝区热处理时极易开裂，因产品在加热和冷却过程中，工件表里温度升降存在温差，导致热胀和冷缩不一致，因此造成的热应力是工件开裂的原因之一，且不同材料在淬火时组织转变形成组织应力也是开裂的原因之一。为此，如何避免焊接齿轮热处理开裂，且保证其机械性能指标及金相组织符合相应标准，是现今的研究重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轻量化焊接齿轮的制造方法，避免焊后热处理开裂，提高热处理质量稳定性。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种轻量化焊接齿轮的制造方法，所述焊接齿轮本体包括齿圈、轮芯和轮幅，所述焊接齿轮本体包括齿圈和轮芯，包括以下加工步骤：步骤一：分别对齿圈、轮芯和轮幅进行选材，齿圈采用合金结构钢，轮芯和轮幅均采用普通碳素钢，轮幅采用板材；步骤二，分别完成齿圈、轮芯和轮幅的锻件加工，并对应完成正火处理；步骤三，分别完成对齿圈、轮芯和轮幅的车件加工，并将齿圈、轮芯和轮幅完成焊接，形成焊接齿轮本体；步骤四，将所述焊接齿轮本体采用可控气氛的箱式多用于生产线进行特殊热处理，具体为：A、涂料、装料，在焊接齿轮本体焊缝处外表面涂抹耐火泥，然后将焊接齿轮本体摆放在料框内；B、去应力退火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式加热炉内，进炉温度为200℃～300℃，随炉加热，加热升温每小时低于100℃，待温度位于600℃～650℃时，恒温保持1h，随炉冷却，冷却降温每小时低于80℃，待温度低于200℃以下后，出炉空冷；C、碳氮共渗，C1：装料、进炉，将装有焊接机齿轮本体的料框运入可控气氛箱式加热炉内，进炉温度为780℃～800℃，时间10min～20min，通入渗碳剂和氨气；C2：升温、升碳势，加热炉内温度升至800℃～820℃，时间5min～10min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势升为1.0％以上；C3：均碳排气，加热炉内温度保持820℃～840℃，时间40min～60min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.0％～1.1％；C4：共渗，加热炉内温度保持820℃～840℃，时间150min～240min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.1％～1.2％；C5：升温、保温，加热炉内升至830℃～850℃，待温度稳定后保温时间20min～30min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.0％～1.15％；C6：淬火，采用淬火油；D：回火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式回火炉内，回火温度240℃～300℃，回火时间240min～300min。
在步骤三中，齿圈、轮芯和轮幅的焊接工序为：首先，将齿圈、轮芯和轮幅完成对应拼装并形成固定，齿圈、轮芯和轮幅相邻之间的连接点通过点焊固定；其次，拼装组合后的齿圈、轮芯和轮幅放入加热炉随炉加热保温，保温温度为350℃，时间为90min～120min；最后，将保温后拼装组合的齿圈、轮芯和轮幅移动直焊接台，采用气保焊完成焊接，外侧焊接焊丝采用镍基焊丝，中部焊接焊丝采用普通焊丝，焊接后形成的焊接齿轮本体与步骤四中去应力退火工艺间隔时间小于120min。
在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C1、C2和C3步骤，其氨气通入量为0.15m3/h～0.25m3/h。
在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C4和C5步骤，其氨气通入量为0.25m3/h～0.4m3/h。
步骤四中C、碳氮共渗，C1：装料、进炉，将装有焊接机齿轮本体的料框运入可控气氛箱式加热炉内，进炉温度为795℃，时间15min，通入渗碳剂和氨气；C2：升温、升碳势，加热炉内温度升至815℃，时间10min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势升为1.0％～1.1％；C3：均碳排气，加热炉内温度保持830℃，时间60min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.05％～1.1％；C4：共渗，加热炉内温度保持835℃，时间180min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.1％～1.15％；C5：升温、保温，加热炉内升至845℃，待温度稳定后保温时间20min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.05％～1.1％；C6：淬火，采用淬火油；D：回火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式回火炉内，回火温度280℃，回火时间270min。
在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C1、C2和C3步骤，其氨气通入量为0.20m3/h。
在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C4和C5步骤，其氨气通入量为0.35m3/h。
渗碳剂采用富化气丙烷。
还包括步骤五，探伤检测，对焊接齿轮本体整体进行超声波探伤，对焊接齿轮本体焊缝处进行磁粉探伤。
耐火泥为水玻璃拌和的糊状物。
本发明与现有技术相比具有如下突出的优点和效果：本发明通过优化热处理工艺，避免焊后热处理开裂，提高了热处理质量稳定性。
本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
附图说明
图1为本发明实施例的焊接齿轮本体结构示意图；
其中，1、轮芯；2、轮幅；3、齿圈。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
如图所示，本发明提供的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，包括焊接齿轮本体，所述焊接齿轮本体包括齿圈、轮芯和轮幅，包括以下加工步骤：
步骤一：分别对齿圈、轮芯和轮幅进行选材，齿圈采用合金结构钢，轮芯和轮幅均采用普通碳素钢，轮幅采用板材，齿圈优选采用34CrMo4、34CrMo、34CrNiMo等；优化各部件采用不同钢材，可以降低生产成本，同时在达到使用强度的条件下降低焊接齿轮的重量。
步骤二，分别完成齿圈、轮芯和轮幅的锻件加工，并对应完成正火处理，正火处理使锻件内部晶粒细化和碳化物分布均匀化，改善加工性能，去除内应力；
步骤三，分别完成对齿圈、轮芯和轮幅的车件加工，并将齿圈、轮芯和轮幅完成焊接，形成焊接齿轮本体；焊接具体工序为，首先，将齿圈、轮芯和轮幅完成对应拼装并形成固定，齿圈、轮芯和轮幅相邻之间的连接点通过点焊固定；其次，拼装组合后的齿圈、轮芯和轮幅放入加热炉随炉加热保温，保温温度为350℃，时间为90min～120min；最后，将保温后拼装组合的齿圈、轮芯和轮幅移动直焊接台，采用气保焊完成焊接，优选采用多层多道焊接，外侧焊接焊丝采用镍基焊丝，中部焊接焊丝采用普通焊丝，在保证焊接强度额前提下，可以节省焊接原材料，焊接后形成的焊接齿轮本体与步骤四中去应力退火工艺间隔时间小于120min，避免应力集中，导致部件出现开裂；
步骤四，将焊接齿轮本体采用可控气氛的箱式多用于生产线进行特殊热处理，具体为：
A、涂料、装料，在焊接齿轮本体焊缝处外表面涂抹耐火泥，耐火泥为水玻璃拌和的糊状物，然后将焊接齿轮本体摆放在料框内，在焊缝处外表面形成耐火泥层，其目的是为了在后续淬火时，保证齿圈齿部的冷却速度，同时降低焊缝区的冷却速率，可以使得焊缝去冷却更为均匀、缓和，从而减少焊缝处的热处理应力，降低开裂风险；
B、去应力退火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式加热炉内，进炉温度为200℃～300℃，随炉加热，加热升温每小时低于100℃，待温度位于600℃～650℃时，恒温保持1h，随炉冷却，冷却降温每小时低于80℃，待温度低于200℃以下后，出炉空冷，消除车加工和焊接应力，均匀组织和细化晶粒，为后续热处理做预处理准备，且将焊接齿轮本体焊缝处外表面的耐火泥进行干化，形成耐火泥层粘附在焊接齿轮本体焊缝处；
C、碳氮共渗，
C1：装料、进炉，将装有焊接机齿轮本体的料框运入可控气氛箱式加热炉内，进炉温度为780℃～800℃，时间10min～20min，通入渗碳剂和氨气，用于完成预热处理；
C2：升温、升碳势，加热炉内温度升至800℃～820℃，时间5min～10min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势升为1.0％以上；
C3：均碳排气，加热炉内温度保持820℃～840℃，时间40min～60min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.0％～1.1％；
C4：共渗，加热炉内温度保持820℃～840℃，时间150min～240min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.1％～1.2％；
C5：升温、保温，加热炉内升至830℃～850℃，待温度稳定后保温时间20min～30min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.0％～1.15％；
C6：淬火，采用淬火油，利用油淬，可以适当降低冷却速率，降低开裂风险；
D：回火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式回火炉内，回火温度240℃～300℃，回火时间240min～300min，消除淬火应力。
进一步，本实施例步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C1、C2和C3步骤，其氨气通入量为0.15m3/h～0.25m3/h。
进一步，本实施例步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C4和C5步骤，其氨气通入量为0.25m3/h～0.4m3/h。
进一步，在本实施例中渗碳剂采用富化气丙烷。
进一步，在本实施例中还包括步骤五，探伤检测，对焊接齿轮本体整体进行超声波探伤，对焊接齿轮本体焊缝处进行磁粉探伤。
实施例2
如图所示，本发明提供的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，包括焊接齿轮本体，所述焊接齿轮本体包括齿圈、轮芯和轮幅，包括以下加工步骤：
步骤一：分别对齿圈、轮芯和轮幅进行选材，齿圈采用合金结构钢，轮芯和轮幅均采用普通碳素钢，轮幅采用板材，齿圈优选采用34CrMo4；优化各部件采用不同钢材，可以降低生产成本，同时在达到使用强度的条件下降低焊接齿轮的重量；
步骤二，分别完成齿圈、轮芯和轮幅的锻件加工，并对应完成正火处理，正火处理使锻件内部晶粒细化和碳化物分布均匀化，改善加工性能，去除内应力；
步骤三，分别完成对齿圈、轮芯和轮幅的车件加工，并将齿圈、轮芯和轮幅完成焊接，形成焊接齿轮本体；焊接具体工序为，首先，将齿圈、轮芯和轮幅完成对应拼装并形成固定，齿圈、轮芯和轮幅相邻之间的连接点通过点焊固定；其次，拼装组合后的齿圈、轮芯和轮幅放入加热炉随炉加热保温，保温温度为350℃，时间为90min～120min；最后，将保温后拼装组合的齿圈、轮芯和轮幅移动直焊接台，采用气保焊完成焊接，优选采用多层多道焊接，外侧焊接焊丝采用镍基焊丝，中部焊接焊丝采用普通焊丝，在保证焊接强度额前提下，可以节省焊接原材料，焊接后形成的焊接齿轮本体与步骤四中去应力退火工艺间隔时间小于120min，避免应力集中，导致部件出现开裂；
步骤四，将焊接齿轮本体采用可控气氛的箱式多用于生产线进行特殊热处理，具体为：
A、涂料、装料，在焊接齿轮本体焊缝处外表面涂抹耐火泥，耐火泥为水玻璃拌和的糊状物，然后将焊接齿轮本体摆放在料框内，在焊缝处外表面形成耐火泥层，其目的是为了在后续淬火时，保证齿圈齿部的冷却速度，同时降低焊缝区的冷却速率，可以使得焊缝去冷却更为均匀、缓和，从而减少焊缝处的热处理应力，降低开裂风险；
B、去应力退火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式加热炉内，进炉温度为200℃～300℃，随炉加热，加热升温每小时低于100℃，待温度位于600℃～650℃时，恒温保持1h，随炉冷却，冷却降温每小时低于80℃，待温度低于200℃以下后，出炉空冷，消除车加工和焊接应力，均匀组织和细化晶粒，为后续热处理做预处理准备，且将焊接齿轮本体焊缝处外表面的耐火泥进行干化，形成耐火泥层粘附在焊接齿轮本体焊缝处；
C、碳氮共渗，
C1：装料、进炉，将装有焊接机齿轮本体的料框运入可控气氛箱式加热炉内，进炉温度为795℃，时间15min，通入渗碳剂和氨气；
C2：升温、升碳势，加热炉内温度升至815℃，时间10min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势升为1.0％～1.1％；
C3：均碳排气，加热炉内温度保持830℃，时间60min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.05％～1.1％；
C4：共渗，加热炉内温度保持835℃，时间180min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.1％～1.15％；
C5：升温、保温，加热炉内升至845℃，待温度稳定后保温时间20min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.05％～1.1％；
C6：淬火，采用淬火油，利用油淬，可以适当降低冷却速率，降低开裂风险；
D：回火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式回火炉内，回火温度280℃，回火时间270min。
进一步，在本实施例步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C1、C2和C3步骤，其氨气通入量为0.20m3/h。
进一步，在本实施例步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C4和C5步骤，其氨气通入量为0.35m3/h。
进一步，在本实施例中渗碳剂采用富化气丙烷。
进一步，在本实施例中还包括步骤五，探伤检测，对焊接齿轮本体整体进行超声波探伤，对焊接齿轮本体焊缝处进行磁粉探伤。
依据上述，本发明中利用涂料，特别是在在焊缝处外表面形成耐火泥层，其目的是为了在后续淬火时，保证齿圈齿部的冷却速度，同时降低焊缝区的冷却速率，可以使得焊缝去冷却更为均匀、缓和，从而减少焊缝处的热处理应力，降低开裂风险；装料、进炉，对炉内气氛进行初步调整，同时对焊接齿轮本体进行预热处理；升温、升碳势，进一步完成对炉内气氛的调整处理，有利于后续碳氮共渗；均碳排气，稳定炉内气氛环境，为碳氮共渗做预期准备；共渗，完成对碳氮原子对焊接齿轮本体表面进行渗透，合理的调整碳势，避免出现碳氮化合物聚集，渗碳渗氮处理可以提高了表面耐磨性和耐腐蚀性能，结合形成良好的表面渗层组织，提高使用性能；升温、保温，为淬火做准备，便于一次性完成淬火处理；淬火，采用一次直接淬火工艺，可以避免焊接齿轮本体二次加热保温，减少尺寸变形，提高淬火效率；回火，用于去除淬火应力；探伤检测，用于检测是否存在开裂现象。
利用本发明生产的产品，其检验如下表：
本发明通过优化热处理工艺，避免焊后热处理开裂，提高了热处理质量稳定性。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：包括焊接齿轮本体，所述焊接齿轮本体包括齿圈、轮芯和轮幅，其特征在于，包括以下加工步骤：
步骤一：分别对齿圈、轮芯和轮幅进行选材，齿圈采用合金结构钢，轮芯和轮幅均采用普通碳素钢，轮幅采用板材；
步骤二，分别完成齿圈、轮芯和轮幅的锻件加工，并对应完成正火处理；
步骤三，分别完成对齿圈、轮芯和轮幅的车件加工，并将齿圈、轮芯和轮幅完成焊接，形成焊接齿轮本体；
步骤四，将所述焊接齿轮本体采用可控气氛的箱式多用于生产线进行特殊热处理，具体为：
A、涂料、装料，在焊接齿轮本体焊缝处外表面涂抹耐火泥，然后将焊接齿轮本体摆放在料框内；
B、去应力退火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式加热炉内，进炉温度为200℃～300℃，随炉加热，加热升温每小时低于100℃，待温度位于600℃～650℃时，恒温保持1h，随炉冷却，冷却降温每小时低于80℃，待温度低于200℃以下后，出炉空冷；
C、碳氮共渗，
C1：装料、进炉，将装有焊接机齿轮本体的料框运入可控气氛箱式加热炉内，进炉温度为780℃～800℃，时间10min～20min，通入渗碳剂和氨气；
C2：升温、升碳势，加热炉内温度升至800℃～820℃，时间5min～10min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势升为1.0％以上；
C3：均碳排气，加热炉内温度保持820℃～840℃，时间40min～60min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.0％～1.1％；
C4：共渗，加热炉内温度保持820℃～840℃，时间150min～240min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.1％～1.2％；
C5：升温、保温，加热炉内升至830℃～850℃，待温度稳定后保温时间20min～30min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.0％～1.15％；
C6：淬火，采用淬火油；
D：回火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式回火炉内，回火温度240℃～300℃，回火时间240min～300min。
2.根据权利要求1所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：
在步骤三中，齿圈、轮芯和轮幅的焊接工序为：
首先，将齿圈、轮芯和轮幅完成对应拼装并形成固定，齿圈、轮芯和轮幅相邻之间的连接点通过点焊固定；
其次，拼装组合后的齿圈、轮芯和轮幅放入加热炉随炉加热保温，保温温度为350℃，时间为90min～120min；
最后，将保温后拼装组合的齿圈、轮芯和轮幅移动直焊接台，采用气保焊完成焊接，外侧焊接焊丝采用镍基焊丝，中部焊接焊丝采用普通焊丝，焊接后形成的焊接齿轮本体与步骤四中去应力退火工艺间隔时间小于120min。
3.根据权利要求1所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C1、C2和C3步骤，其氨气通入量为0.15m3/h～0.25m3/h。
4.根据权利要求3所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C4和C5步骤，其氨气通入量为0.25m3/h～0.4m3/h。
5.根据权利要求1所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：
C、碳氮共渗，
C1：装料、进炉，将装有焊接机齿轮本体的料框运入可控气氛箱式加热炉内，进炉温度为795℃，时间15min，通入渗碳剂和氨气；
C2：升温、升碳势，加热炉内温度升至815℃，时间10min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势升为1.0％～1.1％；
C3：均碳排气，加热炉内温度保持830℃，时间60min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.05％～1.1％；
C4：共渗，加热炉内温度保持835℃，时间180min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.1％～1.15％；
C5：升温、保温，加热炉内升至845℃，待温度稳定后保温时间20min，持续通入渗碳剂和氨气，碳势保持为1.05％～1.1％；
C6：淬火，采用淬火油；
D：回火，将装有焊接机齿轮本体的料框运入箱式回火炉内，回火温度280℃，回火时间270min。
6.根据权利要求5所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C1、C2和C3步骤，其氨气通入量为0.20m3/h。
7.根据权利要求6所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：在步骤四中的碳氮共渗C步骤中的C4和C5步骤，其氨气通入量为0.35m3/h。
8.根据权利要求1或5所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：渗碳剂采用富化气丙烷。
9.根据权利要求8所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：还包括步骤五，探伤检测，对焊接齿轮本体整体进行超声波探伤，对焊接齿轮本体焊缝处进行磁粉探伤。
10.根据权利要求1或5所述的一种轻量化焊接齿轮的制造方法，其特征在于：耐火泥为水玻璃拌和的糊状物。
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