CN113732494A - 焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊接方法，其用于两个焊装件之间的焊接，且两个焊装件中的至少一个采用球墨铸铁制成；该焊接方法包括在两个焊装件上分别形成环形的焊接面，在采用球墨铸铁制成的焊装件的焊接面上预制内凹的止裂部，以及，在两个焊装件的焊接面之间进行激光填丝焊或电子束填丝焊。本发明所述的焊接方法，通过焊前在球墨铸铁制成的焊装件的焊接面上预制内凹的止裂部，能够在不进行预热、后热和焊后热处理的情况下，有效预防焊接裂纹的扩展，同时，该焊接方法，工艺简单、作业效率高及成本低廉。

Description

焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种焊接方法。

背景技术

汽车差速器能够使左、右(或前、后)驱动轮实现以不同转速转动的机构。主要由左右半轴齿轮、两个行星齿轮及齿轮架组成。功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时，使左右车轮以不同转速滚动，即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动。差速器是为了调整左右轮的转速差而装置的。

车辆差速器壳体(简称差壳)在设计时一般采用球墨铸铁材质，而差速器齿圈(简称差圈)一般采用齿轮钢材质。差壳与差圈的连接通常采用螺栓固定连接或将两者压装后再进行焊接，当差壳与差圈采用激光填丝环缝焊时，因球墨铸铁焊接性差，且因球墨铸铁材质和齿轮钢材质热胀系数不同，容易在焊接接头重熔区中的差壳侧熔合区内产生热裂纹和冷裂纹。

其中，冷裂纹可能会产生延迟扩展的特性，其延迟扩展时机在焊后数小时、数天，甚至更久，延迟扩展程度也不尽相同，这对产品质量与生产管理带来很大挑战。为了避免出现冷裂纹扩展的情况，现有技术中，一般会在焊后进行焊接区的探伤检测，并将检测出的裂纹进行修复，如发现裂纹后在裂纹尖端打止裂孔，或者将裂纹去除后焊补。此外，还会直接采用分段焊的焊接工艺，以避免接头重熔区的形成，进而防止裂纹产生，从而避免出现裂纹扩展情况。

但是，无论是对裂纹的焊后修复，还是焊接时采用分段焊工艺，均存在不足，具体如下：

a)采用焊后打止裂孔的方法——该方法首先需要精确检测出裂纹尖端沿焊缝纵深方向的分布状态，然后选择相对应的位置打止裂孔，若止裂孔位置选错，便不能有效防止裂纹扩展，同时，还可能存在因工件空间结构受限，而导致钻孔困难或无法钻孔的问题。此外，该方法需要多工种多设备协同，且对操作人员水平要求高，导致操作难度大、作业效率低，以及生产成本高。

b)将裂纹去除后焊补的方法——该方法工艺复杂，耗时耗力，导致作业效率低、生产成本高，并且还存在裂纹去除不彻底、因焊补而引入新裂纹等问题。

c)采用分段焊的方法——该方法易导致接头强度不足，以及起止焊点位置的应力状态复杂且不稳定的问题，在后续使用过程中，存在质量隐患及安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种焊接方法，以能够预防焊接裂纹的扩展。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种焊接方法，所述焊接方法用于两个焊装件之间的焊接，且两个所述焊装件中的至少一个采用球墨铸铁制成；所述焊接方法包括在两个所述焊装件上分别形成环形的焊接面，在采用球墨铸铁制成的所述焊装件的焊接面上预制内凹的止裂部，以及，在两个所述焊装件的焊接面之间进行激光填丝焊或电子束填丝焊。

进一步的，所述止裂部为一个，所述激光填丝焊或电子束填丝焊为从所述止裂部的一侧焊接至所述止裂部的另一侧。

进一步的，所述止裂部为沿所述焊接面周向间隔分布的多个；所述激光填丝焊或电子束填丝焊为在相邻的所述止裂部之间进行焊接；或者，所述激光填丝焊或电子束填丝焊为沿焊接面的整圈进行焊接，并形成接头重熔区，且所述接头重熔区位于相邻的两个所述止裂部之间。

进一步的，位于所述接头重熔区两侧的两个相邻所述止裂部所夹的圆心角在10°-30°之间。

进一步的，两个所述焊装件上的所述焊接面为坡口面；各所述坡口面的角度在5°-6°之间，两个所述焊装件上的所述坡口面所形成的坡口的角度在10°-11°之间。

进一步的，所述止裂部为设于所述焊接面表面上的凹槽，所述凹槽沿所述焊接面的宽度方向贯穿设置；或者，所述焊接面形成在所述焊装件的凸缘上，所述止裂部为沿厚度方向贯穿所述凸缘设置的缺口。

进一步的，两个所述焊装件均采用球墨铸铁制成，且两个所述焊接件上的所述凹槽正对布置，而拼合形成通孔；拼合形成的所述通孔为圆孔、圆台孔、椭圆孔、腰型孔或方孔中的一种。

进一步的，其中一个所述焊装件采用球墨铸铁制成，且所述凹槽为半圆台形，或者，所述凹槽的横截面为半圆形、半椭圆形、半腰形以及方形中的一种。

进一步的，所述焊接方法还包括在进行所述激光填丝焊或电子束填丝焊之前对焊接面进行激光清洗，以及，在所述激光填丝焊或电子束填丝焊之后进行超声波探伤或射线探伤。

进一步的，两个所述焊装件分别为差速器壳体与差速器齿圈，所述差速器壳体采用球墨铸铁制成；所述焊接方法还包括在进行所述激光填丝焊或电子束填丝焊之前，进行所述差速器壳体和所述差速器齿圈的压装，以及，对形成于两个所述焊装件的焊接面之间的坡口和所述止裂部进行识别。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的焊接方法，通过焊前在球墨铸铁制成的焊装件的焊接面上预制内凹的止裂部，能够在不进行预热、后热和焊后热处理的情况下，有效预防焊接裂纹的扩展，同时，该焊接方法还具有工艺简单、作业效率高及成本低廉的使用效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的焊接方法的流程图；

图2为本发明实施例所述的差速器壳体和差速器齿圈的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的差速器壳体和差速器齿圈压装后的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的坡口的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的止裂部的结构示意图；

图6为图5中A部分的局部放大图；

图7为本发明实施例所述的在焊接面径向上的凹槽呈外锥形的结构示意图；

图8为本发明实施例所述的在焊接面径向上的凹槽呈内锥形的结构示意图；

图9为本发明实施例所述的止裂部为缺口的结构示意图；

图10为本发明实施例所述的凹槽横截面为半椭圆形的结构示意图；

图11为本发明实施例所述的凹槽横截面为半腰形的结构示意图；

图12为本发明实施例所述的凹槽横截面为方形的结构示意图；

附图标记说明：

1、差速器壳体；2、差速器齿圈；3、压装面；4、止裂部；401、左旋起焊位置；402、右旋起焊位置；5、接头重熔区；6、焊接面；601、坡口；δ、钝边尺寸。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明涉及一种焊接方法，用于两个焊装件之间的焊接，且两个焊装件中的至少一个采用球墨铸铁制成。整体设计上，该焊接方法包括在两个焊装件上分别形成环形的焊接面，在采用球墨铸铁制成的焊装件的焊接面上预制内凹的止裂部，以及在两个焊装件的焊接面之间进行激光填丝焊或电子束填丝焊。

基于如上的整体介绍，如图1至图8所示，本实施例中具体以两个焊装件分别为差速器壳体1与差速器齿圈2进行说明，其中，作为其中一种实施形式，差速器壳体1可采用球墨铸铁材质制成，差速器齿圈2则可采用齿轮钢材质制成。

此外，如图1所示，该焊接方法还包括在进行激光填丝焊或电子束填丝焊之前，对焊接面6进行激光清洗，进行差速器壳体1和差速器齿圈2的压装，以及对形成于差速器壳体1和差速器齿圈2的焊接面6之间的坡口601和止裂部4进行识别，而在进行激光填丝焊或电子束填丝焊之后也对焊缝进行超声波探伤或射线探伤。

具体来说，结合图2及图4所示，本实施例中差速器壳体1和差速器齿圈2的焊接面6为坡口面，且各坡口面的角度设置在5°-6°之间，差速器壳体1和差速器齿圈2上的坡口面所形成的坡口601整体呈Y形，坡口601角度则在10°-11°之间，而差速器壳体1和差速器齿圈2上的钝边尺寸δ设置为1mm左右。

由于激光填丝焊或电子束填丝焊对焊接坡口面的尺寸精度要求较高，足够的装配精度才能保证具有良好的焊接质量。因此，焊接坡口601通常采用铣床加工，以使差速器壳体1和差速器齿圈2的坡口面角度均达到上述的5°～6°，钝边尺寸δ精度达到1±0.1mm，并使得各坡口面的表面粗糙度控制在Ra1.6左右。

本实施例的止裂部4为设于差速器壳体1的焊接面6表面上的凹槽，如图3及图5所示，凹槽沿焊接面6的宽度方向贯穿设置，图中所示的凹槽为两个，且横截面呈半圆形，并将两个凹槽沿焊接面6周向间隔分布。

结合图5及图6所示，作为优选的，两凹槽的直径为3mm～30mm，两凹槽几何中心与焊接面6中心的连线所形成的夹角角度为10～30°，且图中示意了两凹槽的直径为6mm及夹角角度为25°的示例。

凹槽的结构设计，除了上述的横截面呈半圆形，其横截面也可为锥形、半椭圆形、半腰形以及方形中的一种，或者，所述凹槽也可为半圆台形。其中，凹槽横截面为半椭圆形、半腰形或方形时，可分别如图10至图12所示，而凹槽横截面为半圆台形，则可如图7或图8所示，且半圆台形可为呈外锥形布置或呈内锥形布置。

当然，除了以上所述的优选形状，所形成的凹槽的横截面也可为其它任意形状。而且本实施例中，只需确保凹槽沿焊接面6周向的宽度在3mm-30mm之间，便可取得与上述半圆形凹槽相同的防止裂纹扩展的使用效果。

本实施例中，上述的止裂部4除了设置为两个外，还可设置为一个或多个。止裂部4为一个时，激光填丝焊或电子束填丝焊为从止裂部4的一侧焊接至止裂部4的另一侧。止裂部4为沿焊接面6周向间隔分布的多个时，激光填丝焊或电子束填丝焊为在相邻的止裂部4之间进行焊接，或者激光填丝焊或电子束填丝焊为沿焊接面6的整圈进行焊接，并形成接头重熔区5，且接头重熔区5位于相邻的两个止裂部4之间。并作为优选的，位于接头重熔区5两侧的两个相邻止裂部4所夹的圆心角在10°-30°之间。

另外，上述的止裂部4除了为在焊接面6上内凹成型为凹槽的形式外，本实施例中还可将焊接面6形成在焊装件的凸缘上，参照图9来看，止裂部4为沿厚度方向(也即垂直焊接面的方向)贯穿凸缘设置的缺口，同样能够取得与凹槽相似的使用效果。

本实施例中，对焊接面6进行激光清洗时，激光器固定不动，激光束与焊接面6的中心轴线成一定角度，并入射到自转的差速器壳体1或差速器齿圈2的焊接坡口面及其附件区域，差速器壳体1或差速器齿圈2以一定的角速度自转1～2周来完成激光清洗过程。当目视激光清洗完的坡口601表面呈亮白色，并且表面变得粗糙，表明坡口面上的油污、水分、杂质及氧化皮等污染物已被清理干净。

当然，上述的一定的角速度，其大小并非固定不变的，而是能够根据实际清洗需求进行相应的设定与调整，只需确保激光清洗结束后的坡口601表面被清理干净便可。上述的激光器采用输出波长约为1064nm及额定功率为100W的脉冲二极管泵浦固态激光器产品便可。

本实施例的差速器壳体1和差速器齿圈2在压装时，结合图2及图3所示，差速器齿圈2保持不动，差速器壳体1沿轴向方向压入差速器齿圈2。差速器壳体1和差速器齿圈2的压装面3之间采用过渡配合的形式，并在压入过程中，差速器壳体1只受竖直向上的轴向压力，径向不受拘束力，如此，在刚开始压入时，若两者之间出现微量偏差，能够自行纠正位置，以便于压装过程的顺利进行，保证将差速器壳体1压装到预期位置。

本实施例中，在对差速器壳体1和差速器齿圈2的焊接面6之间的坡口601进行识别时，一般地，在差速器壳体1和差速器齿圈2压装完成后，通过焊缝识别系统开始搜寻、调整并锁定焊接坡口601轴向位置及两个止裂部4的周向位置。

其中，锁定焊接坡口601轴向位置是要保证激光入射点在焊接坡口601的中心位置，防止焊缝产生轴向偏移。锁定两个止裂部4的周向位置是要保证起止焊接点在两个止裂部4之间，从而保证整个接头重熔区5成型在两个止裂部4之间。

上述的焊缝识别系统是基于视觉的激光焊缝测量系统，该系统以激光作为辅助光源，照射在工件表面，采用摄像头进行坡口601图像的采集，并通过工控机对采集的图像进行处理和特征点识别，进而得到焊缝中心线的偏差量以及止裂部4的具体位置。

焊缝识别系统的工作过程大致为：在差速器壳体1和差速器齿圈2的压装件开始周向自转时，焊缝识别系统探测坡口601沿焊接面6周向是否出现偏离，并在探测出偏离情况后，计算偏离程度，同时，通过特征点识别功能探测出两个止裂部4的具体位置，并根据探测结果调整差速器壳体1的轴向和周向位置，并锁定焊接起始位置。

再结合图3所示，若压装件右向旋转，则焊接起始位置在右侧止裂部4的左侧，也即图中所示右旋起焊位置402，反之，焊接起始位置在左侧止裂部4的右侧，也即图中所示左旋起焊位置401。

本实施例的激光填丝焊或电子束填丝焊，采用常规的用于激光填丝焊或电子束填丝焊的焊接机设备进行焊接便可，并仍结合图3、图5及图6所示，以右向旋转焊接为例来进行焊接过程说明，起焊时，焊接机首先进入功率缓升焊接阶段，也即起焊位置为0°位置，焊接缓升角度设定为7°(一般设定为4～10°)，在从0°位置焊接至7°位置的阶段中，激光功率缓慢提升至正常功率值。

随后焊接机开始以正常激光功率值和焊接速度进行功率稳定焊接阶段，此阶段焊接角度为361°(一般设定为358～362°)，即由7°位置焊接至368°位置。稳定焊接阶段完成后进入功率缓降焊接阶段，缓降角度设定为10°(一般设定为6～12°)，即缓降角度范围为368°～378°。由此，可计算出接头重熔区5角度为7°+1°+10°＝18°，显然该角度对应的区域，可完全分布于两个止裂部4限定的内部区域。

本实施例中，焊后焊缝的超声波探伤或射线探伤，一般为将压装件转移至探伤工位，通过本领域技术人员常用的探伤设备，对焊缝进行超声波探伤(UT)或射线探伤(RT)，来确认整条环焊缝的内部质量。如果整条焊缝均未检测出裂纹，或者只在接头重熔区5检测出裂纹，该压装件可以不用修复，直接按正常工序流转使用。

值得说明的是，本实施例的焊接方法，仅以两个焊装件分别为差速器壳体与差速器齿圈来进行说明，并不限定两个焊装件必须分别为差速器壳体和差速器齿圈，该两个焊装件也可为具有相同焊接需求的两个其他焊接装配工件。

此外，该方法除了适用于两个焊装件分别为球墨铸铁制成和齿轮钢材质制成的情况之外，也适用于两个焊装件均为球墨铸铁材质制成的情况。

此时，需在两个焊装件上均预设止裂部，且仍以差速器壳体1和差速器齿圈2为例，在两者均采用球墨铸铁制成时，除了在差速器壳体1的焊接面6表面上设置凹槽外，也在差速器齿圈2的焊接面6表面上设置相同结构的凹槽，且差速器壳体1和差速器齿圈2上的各凹槽正对布置，而能够在差速器壳体1和差速器齿圈2压装后，使得正对的各凹槽拼合形成通孔。拼合形成的通孔可为圆孔、圆台孔、椭圆孔、腰型孔或方孔中的一种，或者，其也可为其它任意形状的通孔结构。

本实施例的焊接方法，通过焊前在球墨铸铁制成的焊装件的焊接面上预制内凹的止裂部，能够在不进行预热、后热和焊后热处理的情况下，有效预防焊接裂纹扩展，同时，该焊接方法的工艺流程简单、作业效率高，且成本低廉。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊接方法，其特征在于：

所述焊接方法用于两个焊装件之间的焊接，且两个所述焊装件中的至少一个采用球墨铸铁制成；

所述焊接方法包括在两个所述焊装件上分别形成环形的焊接面(6)，在采用球墨铸铁制成的所述焊装件的焊接面(6)上预制内凹的止裂部(4)，以及，在两个所述焊装件的焊接面(6)之间进行激光填丝焊或电子束填丝焊。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

所述止裂部(4)为一个，所述激光填丝焊或电子束填丝焊为从所述止裂部(4)的一侧焊接至所述止裂部(4)的另一侧。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

所述止裂部(4)为沿所述焊接面(6)周向间隔分布的多个；

所述激光填丝焊或电子束填丝焊为在相邻的所述止裂部(4)之间进行焊接；或者，

所述激光填丝焊或电子束填丝焊为沿焊接面(6)的整圈进行焊接，并形成接头重熔区(5)，且所述接头重熔区(5)位于相邻的两个所述止裂部(4)之间。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于：

位于所述接头重熔区(5)两侧的两个相邻所述止裂部(4)所夹的圆心角在10°-30°之间。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

两个所述焊装件上的所述焊接面(6)为坡口面；

各所述坡口面的角度在5°-6°之间，两个所述焊装件上的所述坡口面所形成的坡口(601)的角度在10°-11°之间。

6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

所述止裂部(4)为设于所述焊接面(6)表面上的凹槽，所述凹槽沿所述焊接面(6)的宽度方向贯穿设置；

或者，所述焊接面(6)形成在所述焊装件的凸缘上，所述止裂部(4)为沿厚度方向贯穿所述凸缘设置的缺口。

7.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于：

两个所述焊装件均采用球墨铸铁制成，且两个所述焊接件上的所述凹槽正对布置，而拼合形成通孔；

拼合形成的所述通孔为圆孔、圆台孔、椭圆孔、腰型孔或方孔中的一种。

8.根据权利要求6所述的焊接方法，其特征在于：

其中一个所述焊装件采用球墨铸铁制成，且所述凹槽为半圆台形，或者，所述凹槽的横截面为半圆形、半椭圆形、半腰形以及方形中的一种。

9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：

所述焊接方法还包括在进行所述激光填丝焊或电子束填丝焊之前对焊接面(6)进行激光清洗；以及，在所述激光填丝焊或电子束填丝焊之后进行超声波探伤或射线探伤。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的焊接方法，其特征在于：

两个所述焊装件分别为差速器壳体(1)与差速器齿圈(2)，所述差速器壳体(1)采用球墨铸铁制成；

所述焊接方法还包括在进行所述激光填丝焊或电子束填丝焊之前，进行所述差速器壳体(1)和所述差速器齿圈(2)的压装，以及，对形成于两个所述焊装件的焊接面(6)之间的坡口(601)和所述止裂部(4)进行识别。

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