CN116748813A - 一种中间组合件焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车配件制造技术领域，具体涉及一种中间组合件焊接工艺，包括以下步骤：S1：焊前清洁；S2：加热Ⅰ；S3：压装；S4：加热Ⅱ；S5：焊接；S6：保温；所述步骤S1之前还包括热处理，所述热处理前保留消气槽以及螺旋油槽的碳层，所述热处理后精车消气槽以及螺旋油槽的碳层。本发明能够解决现有技术在焊接过程中容易产生气孔、裂纹的问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件制造技术领域，具体涉及一种中间组合件焊接工艺。
背景技术
汽车变速箱中的中间组合件包括中间轴和中间轴齿轮。中间轴与中间轴齿轮为一体，作用是将一轴和二轴连接，通过换挡杆的变换来选择与不同的齿轮啮合，使二轴能输出不同转速、转向和扭矩。因为中间轴形状像一个塔，所以又叫“宝塔齿”。目前，大多中间轴及中间轴齿轮分别在两者的焊接位间设置消气槽，以便于两者焊缝空腔内残留的空气在焊接时通过消气槽逸出，从而减少气孔数量。另外，中间轴齿轮大多还在两者的焊接位间设置螺旋油槽，以进一步助于焊缝空腔内残留的空气逸出。为了使中间轴以及中间轴齿轮表面获得更高的硬度和耐磨度，一般在焊接前进行热处理，热处理包括渗碳淬火工艺，使产品表面覆盖有碳层。
但现有技术中，如图1所示，一般采取热前精车→热处理→焊前清洁→压装→焊接的中间轴焊接工艺，即在热前精车阶段，对中间轴齿轮以及中间轴全部精车到位，然后对中间轴齿轮以及中间轴进行热处理，接着两者进行焊前清洁，以除去杂质，最后对中间轴齿轮以及中间轴进行压装并焊接。但是，发明人发现，现有技术存在中间轴组件焊接成品气孔和裂纹数量较多，焊接质量较低的问题。
发明内容
本发明提供了一种中间组合件焊接工艺，以解决现有技术在焊接过程中容易产生气孔、裂纹的问题。
本申请提供如下技术方案：
一种中间组合件焊接工艺，包括以下步骤：
S1：焊前清洁；S2：加热Ⅰ；S3：压装；S4：加热Ⅱ；S5：焊接；S6：保温；
所述步骤S1之前还包括热处理，所述热处理前精车时保留消气槽以及螺旋油槽的碳层，所述热处理后精车消气槽以及螺旋油槽的碳层。
发明人在采用上述技术方案之前，为了解决现有技术在焊接过程中容易产生气孔、裂纹的问题，曾采用其他工艺，然而效果提升并不显著。如下：
首先，发明人考虑到焊接参数对焊后气孔、焊后裂纹数量具有重要影响，因此，发明人对焊接参数进行了调整，但发现，虽然能够一定程度上改善中间轴组件的焊后气孔、裂纹数量，但是焊后气孔、裂纹数量仍然较多。发明人转而想到，由于热前精车阶段，对中间轴和中间轴齿轮的消气槽进行精车，可能会导致热处理后，消气槽上覆盖有碳层，而热后不精车，也容易使消气槽留存有热处理产生的纤维或铁削等异物，使得中间轴组件在焊接过程中，由于高温融化，容易存留纤维或铁削的部位产生气孔或者裂纹。然后，发明人采用“热后精车消气槽”方法，但发现，中间轴组件焊接质量依然不高，中间轴齿轮的螺旋油槽同样会因热前精车，热后不精车而有异物存留，导致中间轴组件焊接时仍容易产生气孔和裂纹，同时，还会出现螺旋油槽与消气槽不能自然接刀的风险。
在经过大量实验后，申请人采用“热后同时精车消气槽和螺旋油槽”的方案，能够有效减少中间组合件焊接后产生的气孔、裂纹数，大大提高了产品的质量。
技术原理以及有益效果：
1、与现有技术相比，本方案通过热处理前精车时保留中间轴消气槽，以及中间轴齿轮上的消气槽和螺旋油槽的碳层，使得热处理前碳层留足，有助于热处理后彻底精车掉碳层，而通过热处理后精车消气槽以及螺旋油槽的碳层，使得消气槽以及螺旋油槽上去除碳层以及槽面上的异物，提高了焊接清洁度，使得中间轴和中间轴齿轮焊接后就不会出现气孔，裂纹。
2、在本方案中，第一步，对中间轴以及中间轴齿轮进行焊前清洗，去除焊缝中的杂质，避免杂质在焊接过程中析出或气化而导致焊缝表面和内部产生气孔的情况；第二步，对中间轴齿轮进行第一次加热，使得中间轴齿轮内孔尺寸热胀大于中间轴的最大外径，从而便于把中间轴放入中间轴齿轮内孔中，有助于后续压装；第三步，通过对中间轴以及中间轴齿轮进行压装，能够使两者过盈配合，有效减少中间轴以及中间轴齿轮的间隙，避免因间隙较大而导致焊接时产生过度收缩、下凹、咬边等问题；第四步，通过对中间轴以及中间轴齿轮进行第二次加热，使得中间轴以及中间轴齿轮的温度与焊接时温度基本上保持一致，有效避免焊接时，因温度跨越过大而导致焊接不牢的问题；第五步，对压装好的中间轴以及中间轴齿轮进行焊接，形成中间组合件；第六步，通过对中间组合件进行保温，有效避免焊缝冷却过程中，中间组合件因温度急剧下降而受到强烈的相变应力和热应力，而产生收缩裂纹的情况。
进一步，所述保留消气槽以及螺旋油槽的碳层余量为1.2mm～1.5mm。
有益效果：本方案通过将碳层余量参数设置为1.5mm，能够有助于将碳层留足，以便于热处理后完全精车掉碳层，从而避免焊接产生裂纹风险。
进一步，所述S5焊接方式为真空电子束焊接。
有益效果：真空电子束焊接具有加热集中，热效率高，焊接速度快，焊缝的热影响区窄，工件变形小，焊后能保证足够的精度的优点，本方案通过采用真空电子束焊接工艺，对中间轴以及中间轴齿轮这种复杂构件进行组合焊接，可使复杂构件的加工简单易行，并可提高中间组合件的加工精度，缩短加工周期，降低制造成本。
进一步，所述加热Ⅰ的温度范围为70℃±3℃，加热时间30min±2min。
有益效果：本方案通过只对中间轴齿轮进行第一次加热，并将加热温度设置在70±3℃，加热时间设置为30min±2min，使得中间轴齿轮内孔尺寸热胀稍大于中间轴的最大外径，从而便于把中间轴放入中间轴齿轮内孔中，有助于后续压装；申请人通过大量实验发现，当加热Ⅰ的加热温度小于67℃时且加热时间小于28min时，中间轴齿轮尺寸热胀较小，难以将中间轴放入中间轴齿轮内孔中，不利于后续压装；而当加热Ⅰ温度大于73℃且加热时间大于32min时，中间轴齿轮内孔尺寸热胀过大，加大中间轴以及中间轴齿轮的缝隙，不利于后续压装和焊接。
进一步，所述加热Ⅱ的中间轴以及中间轴齿轮表面温度范围为130℃-140℃，加热时间≥30min。
有益效果：本方案通过对中间轴以及中间轴齿轮进行第二次加热，使得中间轴以及中间轴齿轮的温度与焊接时温度基本上保持一致，有效避免焊接时，因温度跨越过大而导致焊接不牢的问题。
进一步，所述保温为130℃±10℃，保温时间为≥12h。
有益效果：如此设置，能够对焊接后的中间组合件进行保温，有效避免焊缝冷却过程中，中间组合件因温度急剧下降而受到强烈的相变应力和热应力，而产生收缩裂纹的情况。
进一步，所述步骤S5还包括焊接参数:焊接线速度：25～35mm/s；束流上升时间：3～5s；焊接时间：11～15s；束流下降时间：1～4s；束流：35±5mA；封束：15±3mA；聚焦：755-775mA。
有益效果：本方案通过设定如上的焊接参数，能够有效提高中间轴以及中间轴齿轮的焊接质量，从而提高中间组合件的加工精度。
进一步，步骤S1包括使用工业清洗机进行清洗，再使用丙酮进行擦拭，最后进行烘干。
有益效果：由于电子束焊接在真空中进行，气体敏感性极强，一旦清洗不干净而产生气体，焊缝表面和内部就将出现气孔，严重时，还会使真空度下降，产生放电，中断束流，造成焊件报废。本方案通过先使用工业清洗机清洗，然后再使用丙酮擦拭，再进行烘干，有效去除焊缝接合面的表面油污、锈斑、尘埃以及氧化膜等杂质，并使基体金属裸露出来。
附图说明
图1为现有技术中间轴组合件焊接工艺的流程图；
图2为本发明实施例一的中间轴组合件焊接工艺的流程图；
图3为本发明实施例一的中间轴齿轮解剖结构示意图；
图4为本发明实施例一中间轴解剖结构示意图；
图5为本发明实施例一中间组合件解剖结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的标记包括：中间轴齿轮1、中间轴2、螺旋油槽3、消气槽4。
实施例一
如图2所示，一种中间组合件焊接工艺，包括以下步骤：
S1：焊前清洁；S2：加热Ⅰ；S3：压装；S4：加热Ⅱ；S5：焊接；S6：保温；
在进行步骤S1焊前清洗之前还包括热处理步骤，如图3、4所示，本实施例通过热前精车时保留中间轴2消气槽4，以及中间轴齿轮1上的消气槽4和螺旋油槽3的碳层，使碳层余量为1.2mm～1.5mm，本实施例碳层余量具体为1.2mm，采用该碳层余量能够有助于将碳层留足，以利于热处理后彻底精车掉碳层。而通过热处理后精车消气槽4以及螺旋油槽3的碳层，使得消气槽4以及螺旋油槽3上去除碳层以及槽面上的异物，提高了焊接清洁度，使得中间轴2和中间轴齿轮1焊接后就不会出现气孔，裂纹。
S1：焊前清洁
本实施例通过先使用现有技术中的工业清洗机对中间轴2以及中间轴齿轮1进行清洗，然后再使用丙酮擦拭，再进行烘干，有效去除焊缝接合面的表面油污、锈斑、尘埃以及氧化膜等杂质，并使基体金属裸露出来，从而避免在后续真空电子束焊接时，因清洗不干净而产生气体，焊缝表面和内部就将出现气孔等情况。
S2：加热Ⅰ
第一次加热只加热中间轴齿轮1，并将加热Ⅰ温度设置在70±3℃，加热时间设为30min±2min，使得中间轴齿轮1内孔尺寸热胀稍大于中间轴2的最大外径，从而便于把中间轴2放入中间轴齿轮1内孔中，有助于后续压装。本实施例中，加热Ⅰ的加热温度具体为67℃，加热Ⅰ的加热时间具体为28min。
S3：压装
零件压装前中间轴2和中间轴齿轮1需100％用无尘纸沾丙酮擦拭压装焊接面，确保表面杂质、油污。使用现有技术中的压装机对中间轴2以及中间轴齿轮1进行压装，使两者过盈配合，有效减少中间轴2以及中间轴齿轮1的间隙，避免因间隙较大而导致焊接时产生过度收缩、下凹、咬边等问题。
S4：加热Ⅱ
本实施例通过对中间轴2以及中间轴齿轮1进行第二次加热，并将加热Ⅱ温度范围定为130℃-140℃，加热时间≥30min，使得中间轴2以及中间轴齿轮1的温度与焊接时温度基本上保持一致，有效避免焊接时，因温度跨越过大而导致焊接不牢的问题。本实施例中，加热Ⅱ的加热温度设为130℃，加热Ⅱ的加热时间设定为30min。
S5：焊接
本实施例的焊接方式采用真空电子束焊接工艺，并设定如下焊接参数：焊接线速度：25～35mm/s；束流上升时间：3～5s；焊接时间：11～15s；束流下降时间：1～4s；束流：35±5mA；封束：15±3mA；聚焦：755-775mA。通过上述设置，实现中间轴2以及中间轴齿轮1这种复杂构件的组合焊接，形成中间组合件，其结构如图5所示。该焊接方法简单易行，同时提高中间组合件的加工精度和质量。本实施例中，焊接参数具体为：焊接线速度：25mm/s；束流上升时间：3s；焊接时间：11s；束流下降时间：1s；束流：30mA；封束：12mA；聚焦：755mA。
S6：保温
在焊接结束后，立即将中间组合件放入烤箱内或者用棉絮保温进行保温，所述保温为130℃±10℃，保温时间为≥12h，保温后自然冷却。使得中间轴2以及中间轴齿轮1的温度与焊接时温度基本上保持一致，有效避免焊接时，因温度跨越过大而导致焊接不牢的问题。本实施例中，保温温度具体为120℃，保温时间具体为12h。
对本实施例的中间轴组件焊接成品进行超声波检测，并无产生焊后气孔、焊后裂纹的情况，同时产品焊接牢靠，焊接质量高。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，步骤S1中，碳层余量为1.3mm；步骤S2中，加热Ⅰ的加热温度为70℃，加热Ⅰ的加热时间为30min；步骤S4中，加热Ⅱ的加热温度设为135℃，加热Ⅱ的加热时间设定为35min；步骤S5中，焊接参数为：焊接线速度：30mm/s；束流上升时间：4s；焊接时间：13s；束流下降时间：3s；束流：35mA；封束：15mA；聚焦：765mA。
对本实施例的中间轴组件焊接成品进行超声波检测，并无产生焊后气孔、焊后裂纹的情况，同时产品焊接牢靠，焊接精度高。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，步骤S1中，碳层余量为1.5mm；步骤S2中，加热Ⅰ的加热温度为73℃，加热Ⅰ的加热时间为32min；步骤S4中，加热Ⅱ的加热温度设为140℃，加热Ⅱ的加热时间设定为40min；步骤S5中，焊接参数为：焊接线速度：35mm/s；束流上升时间：5s；焊接时间：15s；束流下降时间：4s；束流：40mA；封束：18mA；聚焦：775mA。
对本实施例的中间轴组件焊接成品进行超声波检测，并无产生焊后气孔、焊后裂纹的情况，同时产品焊接牢靠，焊接质量高。
对比例一
本对比例与实施例二的区别在于，步骤S1中，碳层余量为0.8mm。
由于碳层余量不足，热处理后不能完全精车掉碳层，对中间轴组件焊接成品进行超声波检测发现，焊后气孔、焊后裂纹都较实施例二增多。
对比例二
本对比例与实施例一的区别在于，步骤S2中，加热Ⅰ的加热温度为55℃，加热Ⅰ的加热时间为20min。
由于对比例二的加热Ⅰ的加热温度以及加热时间都较实施例一小，因此，在进行步骤S3压装时，中间轴齿轮1尺寸热胀较小，难以将中间轴2放入中间轴齿轮1内孔中，导致压装困难。
对比例三
本对比例与实施例三的区别在于，步骤S2中，加热Ⅰ的加热温度为80℃，加热Ⅰ的加热时间为40min。
由于对比例二的加热Ⅰ的加热温度以及加热时间都较实施例三大，因此，在进行步骤S3压装时，中间轴齿轮1尺寸热胀较小，难以将中间轴2放入中间轴齿轮1内孔中，导致压装困难。
对比例四
本对比例与实施例一的区别在于，步骤S4中，加热Ⅱ的加热温度为110℃，加热Ⅱ的加热时间为20min。
由于对比例四的加热Ⅰ的加热温度以及加热时间都较实施例一小，因此，在进行步骤S5焊接时，中间轴2以及中间轴齿轮1的温度与焊接时温度跨越过大，产品出现焊接不牢的问题。
对比例五
本对比例与实施例一的区别在于，步骤S5中，焊接参数为：焊接线速度：20mm/s；束流上升时间：1s；焊接时间：8s；束流下降时间：0.5s；束流：25mA；封束：10mA；聚焦：730mA。
相较于实施例一，对比例五的中间轴2组合件焊接成品出现焊接不牢、裂纹数量增多，焊接质量较低的问题。
对比例六
本对比例与实施例三的区别在于，步骤S5中，焊接参数为：焊接线速度：40mm/s；束流上升时间：7s；焊接时间：19s；束流下降时间：6s；束流：45mA；封束：20mA；聚焦：790mA。
相较于实施例三，对比例六的中间轴2组合件件焊接成品出现焊缝较大、裂纹和气孔数量增多，焊接质量不高的问题。
对比例七
本对比例与实施例一的区别在于，步骤S6中，保温为110℃，保温时间为10h。
相较于实施例一，对比例七的保温温度以及保温时间都较小，中间组合件焊接成品因温度急剧下降而受到强烈的相变应力和热应力，产生收缩裂纹，使得产品质量较低。
对比例八
本对比例与实施例二的区别在于，热处理前对中间轴2和中间轴齿轮1的消气槽4、中间轴齿轮1的螺旋油槽3精车到位，热处理后不对消气槽4以及螺旋油槽3进行精车。
相较于实施例二，对比例八的中间轴组件焊接成品经超声波检测，产生较多的焊后气孔、以及焊后裂纹，焊接质量较差。
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本用新型的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (8)
1.一种中间组合件焊接工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：焊前清洁；S2：加热Ⅰ；S3：压装；S4：加热Ⅱ；S5：焊接；S6：保温；
所述步骤S1之前还包括热处理，所述热处理前精车时保留消气槽以及螺旋油槽的碳层，所述热处理后精车消气槽以及螺旋油槽的碳层。
2.根据权利要求1所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：所述保留消气槽以及螺旋油槽的碳层余量为1.2mm～1.5mm。
3.根据权利要求2所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：所述S5焊接方式为真空电子束焊接。
4.根据权利要求3所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：所述加热Ⅰ的温度范围为70±3℃，加热时间30min±2min。
5.根据权利要求3所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：所述加热Ⅱ的中间轴以及中间轴齿轮表面温度范围为130℃-140℃，加热时间≥30min。
6.根据权利要求3所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：所述保温为130℃±10℃，保温时间为≥12h。
7.根据权利要求3所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：所述步骤S5还包括焊接参数:焊接线速度：25～35mm/s；束流上升时间：3～5s；焊接时间：11～15s；束流下降时间：1～4s；束流：35±5mA；封束：15±3mA；聚焦：755-775mA。
8.根据权利要求1所述的一种中间组合件焊接工艺，其特征在于：步骤S1包括使用工业清洗机进行清洗，再使用丙酮进行擦拭，最后进行烘干。
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