CN113714642A - 一种齿轮焊接方法及焊接齿轮组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种齿轮焊接方法及焊接齿轮组件，其包括步骤，将接合齿压装在齿轮上，以使接合齿的内侧壁与齿轮的外侧壁之间形成主接口，主接口的深度处于预设深度范围内，将压装好的齿轮放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口；驱使旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口的上端进行预焊；驱使旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口的上端进行正式焊接。激光高速预焊，焊接速度刚好大于使表面金属熔化的焊接速度阀值，不会形成较深的焊缝，可以保证满足变速箱所有挡位齿轮的使用要求并且，使得焊缝不容易出现气孔、裂纹等焊接缺陷，保持焊接齿轮组件的质量。

Description

一种齿轮焊接方法及焊接齿轮组件

技术领域

本申请涉及齿轮领域，特别涉及一种齿轮焊接方法及焊接齿轮组件。

背景技术

目前乘用车的变速箱，尤其是自动变速箱，其耐久及换挡性能要求越来越高。而齿轮组件是自动变速箱的核心零部件，起传递动力、输出扭矩的作用。另外，每次换挡过程中齿套会连接齿轮组件，实现换挡、挂挡的功能。

传统的焊接齿轮组件的还不成熟。一方面，其焊缝熔深常偏浅或偏深，焊缝还容易出现气孔，裂纹等缺陷。另一方面齿轮组件在焊接后变形几乎没有控制，变形常常较为严重。而变速箱换挡时，由于齿轮组件的焊接变形，同步器齿套常常不能很平顺地推到相应的齿轮组件上，同步器容易出现换挡振动或噪音，严重时甚至出现冲击，换挡困难或卡挡等严重故障。此外挂挡后，焊接变形还会造成接合齿与齿套的接触不均匀，使得接合齿局部受力较大，会造成接合齿出现断齿失效的风险。

相关技术中，焊接工艺通常采用多点预焊的方式，且一般采用全焊的方式。

但是，容易使得焊接后的齿轮组件的接合齿承载能力比较弱，在长期使用过程中，容易使得齿轮组件变形。

发明内容

本申请实施例提供一种齿轮焊接方法及焊接齿轮组件，以解决相关技术中焊接后的齿轮组件的接合齿承载能力比较弱，在长期使用过程中，容易使得齿轮组件变形的问题。

第一方面，提供了一种齿轮焊接方法，其包括步骤：

将接合齿压装在齿轮上，以使接合齿的内侧壁与齿轮的外侧壁之间形成主接口，所述主接口的深度处于预设深度范围内；

将压装好的齿轮放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口；

驱使所述旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口的上端进行预焊；

驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口的上端进行正式焊接。

一些实施例中，当接合齿压装在齿轮上时，压装高度公差≤0.1mm。

一些实施例中，在将接合齿压装在齿轮上之前，还包括步骤：

对齿轮的上表面加工，获得支撑段以及非支撑段，其中支撑段的高度高于非支撑段的高度；

将接合齿套设在齿轮上，并将接合齿的下表面贴合在支撑段上。

一些实施例中，将接合齿压装在齿轮上之前，还包括步骤：

对齿轮的支撑段与所述外侧壁的连接处进行车削处理，获得退刀槽，所述退刀槽满足：退刀槽的槽深≥1mm，槽宽≥2mm。

一些实施例中，所述预设深度范围为4mm-10mm。

一些实施例中，第一速度为200±20mm/s。

一些实施例中，第二速度为30±3mm/s。

一些实施例中，在将接合齿压装在齿轮上之前，还包括步骤：

对接合齿和齿轮进行热处理，并车削或磨削去掉焊接部位的渗碳层；

或，

在驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口进行正式焊接之后，还包括步骤：

对焊接后的齿轮进行热处理。

第二方面，提供了一种焊接齿轮组件，包括，

齿轮，所述齿轮具有承载面以及焊接面，所述焊接面具有焊接段以及非焊接段；

接合齿，其套设于齿轮上，并采用如上述的齿轮焊接方法焊接于焊接段上，所述接合齿与所述承载面过盈配合，所述接合齿与所述焊接段焊接，所述接合齿与所述非焊接段过盈配合；

退刀槽，其设于所述承载面以及焊接面的连接处。

一些实施例中，所述退刀槽呈弧状，且退刀槽的槽深≥1mm，槽宽≥2mm。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种齿轮焊接方法，由于将接合齿压装在齿轮上，以使接合齿的内侧壁与齿轮的外侧壁之间形成主接口，主接口的深度处于预设深度范围内，将压装好的齿轮放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口，驱使旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口的上端进行预焊，驱使旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口的上端进行正式焊接，预焊焊接速度位于第一速度范围，不会形成较深的焊缝，且提供整体的预热作用，降低零件在正式焊接时的冷却应力；

另一方面，由于只对主接口的部分进行焊接，可以使得接合齿与齿轮连接的面均具有良好的承载能力，在长时间使用后不易变形。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的焊接齿轮组件的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的主接口的结构示意图。

图中：1、接合齿；2、齿轮；4、主接口；5、退刀槽；6、承载面；7、焊接面；8、焊接段；9、非焊接段；10、支撑段；20、非支撑段。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种齿轮焊接方法及焊接齿轮组件，其能解决相关技术中焊接后的齿轮组件的接合齿承载能力比较弱，在长期使用过程中，容易使得齿轮组件变形的问题。

第一方面，提供了一种齿轮焊接方法，其包括步骤：

将接合齿1压装在齿轮2上，以使接合齿1的内侧壁与齿轮2的外侧壁之间形成主接口4，所述主接口4的深度处于预设深度范围内；

将压装好的齿轮2放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口4；

驱使所述旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口4的上端进行预焊；

驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口4的上端进行正式焊接。

传统的焊接齿轮组件的还不成熟。一方面，其焊缝熔深常偏浅或偏深，焊缝还容易出现气孔，裂纹等缺陷。另一方面齿轮组件在焊接后变形几乎没有控制，变形常常较为严重。而变速箱换挡时，由于齿轮组件的焊接变形，同步器齿套常常不能很平顺地推到相应的齿轮组件上，同步器容易出现换挡振动或噪音，严重时甚至出现冲击，换挡困难或卡挡等严重故障。此外挂挡后，焊接变形还会造成接合齿与齿套的接触不均匀，使得接合齿局部受力较大，会造成接合齿出现断齿失效的风险，相关技术中，焊接工艺通常采用多点预焊的方式，且一般采用全焊的方式，但是，容易使得焊接后的齿轮组件的接合齿承载能力比较弱，在长期使用过程中，容易使得齿轮组件变形。

为解决上述问题，本申请实施例提供了一种齿轮焊接方法，其包括步骤：

S1、将接合齿1压装在齿轮2上，以使接合齿1的内侧壁与齿轮2的外侧壁之间形成主接口4，所述主接口4的深度处于预设深度范围内；

S2、将压装好的齿轮2放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口4；

S3、驱使所述旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口4的上端进行预焊；

S4、驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口4的上端进行正式焊接。

参见图1，在进行齿轮焊接同时，需要保证接合齿1以及齿轮2具有一定的制造精度，例如：

齿轮2的主接口4圆跳动要求

上表面的端面跳动要求

接合齿1的主接口圆度要求≤0.03mm，下表面的平面度要求≤0.05mm；

齿轮2和接合齿1的主接口4深度一致且为过盈配合，其配合间隙要求S≤0mm。

在步骤S3中，齿轮组件进入焊接工位后，通过CCD成像和定位系统的调整，使得激光光斑位于主接口4的焊接中心位置。

在焊接前，齿轮2和接合齿1都经过超声波清洗或者激光清理，保证无污染。

清洗后的齿轮2和接合齿1零件随生产线进入自动压装工装，并通过压装力监控，压装力异常时停止压装并检查，输入齿轮组件焊缝坐标，调整定位装置，并结合CCD精调，使得激光光斑位于焊缝中心位置。

本申请实施例提供了一种齿轮焊接方法，将接合齿1压装在齿轮2上，以使接合齿1的内侧壁与齿轮2的外侧壁之间形成主接口4，所述主接口4的深度处于预设深度范围内；将压装好的齿轮2放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口4；驱使所述旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口4进行预焊；驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口4进行正式焊接，预焊焊接速度位于第一速度范围，不会形成较深的焊缝，且提供整体的预热作用，降低零件在正式焊接时的冷却应力；

另一方面，由于只对主接口4的部分进行焊接，可以使得接合齿1与齿轮2连接的面均具有良好的承载能力，在长时间使用后不易变形。

主接口的焊接表面要求平齐，没有高度差，能在同等的焊缝熔深下使得焊接强度最大化。

具体地，当接合齿1压装在齿轮2上时，压装高度公差≤0.1mm。

齿轮2和接合齿1需要放在专用的工装上压装，并通过控制压装高度公差≤0.1mm，高度公差h，一般指结合齿1的上表面到齿轮2下表面的距离，具体可参见图1，通过控制压装公差来控制压装位移，使得齿轮组件被精确压合而不发生变形。

具体地，在将接合齿1压装在齿轮2上之前，还包括步骤：

对齿轮2的上表面加工，获得支撑段10以及非支撑段20，其中支撑段10的高度高于非支撑段20的高度；

将接合齿1套设在齿轮2上，并将接合齿1的下表面贴合在支撑段10上。

此时将接合齿1套设在齿轮2上，则接合齿1的下表面先与支撑段10接触，参见图1，此时接合齿1的下表面与非支撑段20之间则留有一定的缝隙，此缝隙在进行具体压装时，主要起到的功能：

防止结合齿1有毛刺或飞边，如果不留缝隙，在压装时结合齿1可能会压不到位置；

在焊接过程中，结合齿1会向上翘起变形，下面留缝隙，在压装时候，可以适当把结合齿1向下压点，这样会降低变形。

具体地，将接合齿1压装在齿轮2上之前，还包括步骤：

对齿轮2的支撑段10与所述外侧壁的连接处进行车削处理，获得退刀槽5，所述退刀槽5满足：退刀槽5的槽深≥1mm，槽宽≥2mm。

退刀槽5呈弧状，相当于在支撑段10以及外侧壁的连接处进行过渡。焊接接口不选用常用的圆角过渡，一方面可以防止齿轮2和接合齿1在压装时发生干涉，造成压装变形，影响压装精度；另一方面在焊接时，尤其是焊缝熔深较深时，退刀槽有利于焊缝中的高温气体的缓冲和排出，防止焊缝中产生气泡和裂纹缺陷。

在本申请中，所述预设深度范围为4mm-10mm。

再具体实施阶段时，只对主接口4上端进行焊接，形成焊缝，该焊缝的焊深L以及焊宽W均具有一定的要求，参阅图2。

确定激光焊接设备后，激光焊接的过程变量主要有入射激光功率，聚焦深度，零件移动速度。激光功率是影响焊接深度的最重要变量，以往只要求焊缝深度而要求较大的激光功率，但激光功率过大会熔化更多的焊缝金属，焊接时会造成很大焊接变形，此外会容易使得焊缝金属汽化，容易形成气孔、裂纹和焊缝咬边缺陷；激光焦点距离也会影响焊缝深度和焊缝质量，通过设置适当的负离焦量使激光焦点下移，可以使得离焦量与激光的输入功率相配合，可以在较小的热输入下获得较深的焊缝熔深。

激光器的输出功率和离焦量可调可控，精度在±10％以内。根据齿轮组件和焊缝圆周大小不同，焊缝熔深L可分为几种，通过调节焊接激光功率和离焦量来控制，如：

焊缝熔深L/mm	功率P/w	离焦量f/mm
			2	1600	-1
3	2200	-1.5
			4	3000	-2
5	3800	-2.5

通过本申请的齿轮焊接方法，对焊缝的熔深进行限制，一般不超过5mm，目前常规齿轮组件的焊缝熔深没有上限控制，焊缝熔深在5mm以上时，一般需要足够的热输入，会产生较多的金属蒸气影响激光器的激光输入，此时通过侧吸装置，难以消除金属蒸气的影响，所以需要特殊惰性气体吹扫保护。而通过控制焊缝熔深和调整焊接工艺，减小焊缝的热输入，能有效减少激光作用下的焊缝金属蒸气。此时通过使用侧吸抽气装置，在焊缝上方形成一定的负压，只要侧吸装置保证一定的负压力，就可以有效去除焊缝金属蒸气，避免对激光器和激光入射产生影响。

本申请的齿轮焊接方法，使得焊缝宽度不大于2mm，可以选择较小的光纤直径和的合适激光功率的激光器实现，较小的焊缝宽度，能有效减少焊接热输出，进一步较小焊接变形。

具体地，第一速度为200±20mm/s，第二速度为30±3mm/s。

其中第一速度为在预焊过程中，旋转工作台的转动速度，第二速度是在正式焊接过程中，旋转工作台的转动速度。

本发明的方法采用激光高速预焊，焊接速度刚好大于使表面金属熔化的焊接速度阀值，不会形成较深的焊缝。齿轮组件的圆周方向的预焊除了固定，还提供整体的预热作用，降低零件在正式焊接时的冷却应力。焊接速度，焊接速度与激光功率一起影响着焊接的热输入，影响焊接变形。此外，焊接速度不当容易引起焊接质量问题。激光焊接速度太慢时，焊缝及热影响区会长时间停留在高温阶段，焊缝金属难以形成均匀细小的马氏体组织，从而影响焊缝的性能；而激光焊接速度太快会使得焊缝气体难以排除，从而影响焊接质量。

一些实施例中，在将接合齿1压装在齿轮2上之前，还包括步骤：

对接合齿1和齿轮2进行热处理，并车削或磨削去掉焊接部位的渗碳层；

或，

在驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口4进行正式焊接之后，还包括步骤：

对焊接后的齿轮2进行热处理。

为了保证接合齿1和齿轮2的刚度，对接合齿1和齿轮2进行热处理，并车削或磨削去掉焊接部位的渗碳层，并将齿轮2和接合齿1送入自动清洗机，以清除表面的污物。

另一方面，也可以在激光对主接口4进行正式焊接之后，然后对焊接后的整个齿轮组件进行热处理，以提升焊接后齿轮组件的性能。

请参阅图1-2，本申请提供了一种焊接齿轮组件，包括，

齿轮2，所述齿轮2具有承载面6以及焊接面7，所述焊接面7具有焊接段8以及非焊接段9；

接合齿1，其套设于齿轮2上，并采用如上述的齿轮焊接方法焊接于焊接段8上，所述接合齿1与所述承载面6过盈配合，所述接合齿1与所述焊接段8焊接，所述接合齿1与所述非焊接段9过盈配合；

退刀槽5，其设于所述承载面6以及焊接面7的连接处。

具体地，所述退刀槽5呈弧状，且退刀槽5的槽深≥1mm，槽宽≥2mm。

由于本申请采用如上述的齿轮焊接方法，将结合齿1焊接在齿轮2上，且主接口4处存在焊接段8以及非焊接段9，且具有承载面6，一般承载面6截面的有效长度大于2mm，高精度的承载面6可以有效控制组件的压装精度，避免组件发生压装变形。此外结合压装高度，高精度的压装定位能保证齿轮组件的焊缝主接口表面平齐，焊接时能有效防止焊接咬边和焊缝偏移缺陷。承载面6截面的有效长度无需过长，长度增加会加大齿轮2和接合齿1的制造难度，副接口长度不低于2mm，不超过4mm，即可以保证齿轮和接合齿的准确定位和压装精度。

另外在本申请中，焊接面7具有焊接段8，参见图2，主接口4焊缝熔深要求，即焊接段8，L在2～5mm，通过设计较大焊缝圆周直径大小和保证焊接质量，5mm的焊缝熔深一般能有效满足变速箱所有挡位齿轮的使用要求。而焊缝熔深大于5mm后，一般要求有较高的激光功率输入或较长的焊接时间，热输入也更大，使得焊缝容易出现气孔、裂纹等焊接缺陷，也会使齿轮组件在焊接后出现较大变形。焊接面7具有非焊接段9，主接口4保留一部分，即非焊接段9，存在深度≥2mm不焊接，可以避免焊接时主接口的金属全部熔化，保留主接口4一部分金属不焊接，可以提供有效的支撑和约束，防止出现较大焊接变形，保证了整个焊接齿轮组件产品的稳定性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种齿轮焊接方法，其特征在于，其包括步骤：

将接合齿(1)压装在齿轮(2)上，以使接合齿(1)的内侧壁与齿轮(2)的外侧壁之间形成主接口(4)，所述主接口(4)的深度处于预设深度范围内；

将压装好的齿轮(2)放置在旋转工作台上，使得激光光斑位于主接口(4)；

驱使所述旋转工作台以第一速度转动，并利用激光对主接口(4)的上端进行预焊；

驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口(4)的上端进行正式焊接。

2.如权利要求1所述的齿轮焊接方法，其特征在于：当接合齿(1)压装在齿轮(2)上时，压装高度公差≤0.1mm。

3.如权利要求1所述的齿轮焊接方法，其特征在于：在将接合齿(1)压装在齿轮(2)上之前，还包括步骤：

对齿轮(2)的上表面加工，获得支撑段(10)以及非支撑段(20)，其中支撑段(10)的高度高于非支撑段(20)的高度；

将接合齿(1)套设在齿轮(2)上，并将接合齿(1)的下表面贴合在支撑段(10)上。

4.如权利要求3所述的齿轮焊接方法，其特征在于：将接合齿(1)压装在齿轮(2)上之前，还包括步骤：

对齿轮(2)的支撑段(10)与所述外侧壁的连接处进行车削处理，获得退刀槽(5)，所述退刀槽(5)满足：退刀槽(5)的槽深≥1mm，槽宽≥2mm。

5.如权利要求1所述的齿轮焊接方法，其特征在于：所述预设深度范围为4mm-10mm。

6.如权利要求1所述的齿轮焊接方法，其特征在于：

第一速度为200±20mm/s。

7.如权利要求1所述的齿轮焊接方法，其特征在于：

第二速度为30±3mm/s。

8.如权利要求1所述的齿轮焊接方法，其特征在于：在将接合齿(1)压装在齿轮(2)上之前，还包括步骤：

对接合齿(1)和齿轮(2)进行热处理，并车削或磨削去掉焊接部位的渗碳层；

或，

在驱使所述旋转工作台以第二速度转动，并利用激光对主接口(4)进行正式焊接之后，还包括步骤：

对焊接后的齿轮(2)进行热处理。

9.一种焊接齿轮组件，其特征在于：包括，

齿轮(2)，所述齿轮(2)具有承载面(6)以及焊接面(7)，所述焊接面(7)具有焊接段(8)以及非焊接段(9)；

接合齿(1)，其套设于齿轮(2)上，并采用如权利要求1所述的齿轮焊接方法焊接于焊接段(8)上，所述接合齿(1)与所述承载面(6)过盈配合，所述接合齿(1)与所述焊接段(8)焊接，所述接合齿(1)与所述非焊接段(9)过盈配合；

退刀槽(5)，其设于所述承载面(6)以及焊接面(7)的连接处。

10.如权利要求9所述的焊接齿轮组件，其特征在于：所述退刀槽(5)呈弧状，且退刀槽(5)的槽深≥1mm，槽宽≥2mm。

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