2021年第2期
热加工
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W e l d i n g&C u t t i n g
强度已经造成不可恢复的影响。经设计方对双联齿激光熔覆工艺
轮的结构强度、接触强度、弯曲强度等进行重新计
算，确认该齿长1/6缺陷部分即使不参与工作，剩下
5/6部分齿长强度可以满足工作需要，因此修复工作
做到修复齿形缺陷、恢复齿形原始尺寸即可。
（1）齿轮材质碳当量计算因大小齿
轮均为合金结构钢，所以碳当量值可按公式
CE=C+Mn/6+(Cr+V+Mo)/5+(Cu+Ni)/15计算，评估
齿轮材质的焊接性[4]。
35CrMo碳当量：
C E=C+M n/6+(C r+V+M o)/5+(C u+
Ni)/15=0.62%~0.83%
42CrMo碳当量：
C E=C+M n/6+(C r+V+M o)/5+(C u+
Ni)/15=0.71%~0.86%
由碳当量计算可知，35CrMo钢、42CrMo钢的
碳当量C E≥0.6%，焊接性差，均属于难焊接的材
料。焊接过程中如果任何一个环节做不到位，都会
导致焊接裂纹的产生，使产品直接报废。因此，必
需选用一种热输入量低，焊接变形小，产生焊接内
应力小的工艺方案方可解决，同时还要采取焊前加
热、焊后保温等相关措施。
（2）焊接方法分析焊接工艺方法的选择主要
取决于材料类型、结构设计以及结构应力等因素。
由于该齿轮属于难焊接材料且为精加工状态，因此
要求修复时必须采用较低焊接热输入、较小热影响
区（HAZ）和焊接变形的焊接方式。
光纤激光焊适合焊接各种金属及其合金材料、
有金属材料；可以实现自动送丝焊接、手工局部
熔丝焊接，也可以无耗材焊接[5]。这对已经精加工
成形的齿轮来讲，光纤激光束聚焦后的光斑最小可
达10μm，焊点非常小，因此变形微小、焊接应力也
非常小。
经市场调研，本次采用深圳铭镭激光设备有限
公司的功率为2kW手持式光纤激光焊接机，拖线长
达10m，操作便利，适合大型设备的返修使用。焊
前技术中心制定了详细的修复工艺。
3 光纤激光焊熔覆工艺
1）大小齿轮清理干净，进行齿表面着检测，
结果齿面无裂纹缺陷，可以实施后续焊接工序，如
图3、图4所示。
2）焊前缺陷齿采用氧乙炔焰加热到
250~300℃，焊后回温到300℃，测温笔实时检测，
以保证焊接时层间温度。焊接完成后采取石棉布扎
紧缓冷工艺措施，如图5、图6所示。
图3 无损检测位置图4 缺陷部位清理
图5 火焰加热图6 石棉保温缓冷
3）齿面激光焊接：大齿轮焊丝采用ER50-6，
焊接后熔覆层硬度可达180~200HBW。小齿轮采用
MG600焊丝，熔覆层硬度可达230HBW，工作硬化
后可达45HRC，如图7所示。
4）焊接时焊缝高度高于齿面2~3mm，保证焊
接平整均匀，焊接时应遮挡防风。
5）齿面修复。线切割制作齿形样板。钳工利用
齿形样板、涂红丹粉，使用锉刀、油石修磨焊接齿
形，如图8、图9所示。
4 光纤激光焊熔覆结果分析
激光熔复层与齿面金属经目视检测为全部熔合状态；齿轮熔覆表面着检测，无裂纹缺陷，个别微小气孔不影响质量，如图10、图11所示。
熔覆层硬度检测数值见表1。
表1 熔覆层硬度检测（HBW）检测点位置大齿轮小齿轮
1190223
2183234
3185230
图10 目视检测
图11 着检测
结束语
此次采用光纤激光焊接工艺成功修复35C
42CrMo钢齿轮，确保为客户按期交货，避免了万元的经济损失，为后续在合金钢光纤激光焊
图7 齿面激光焊
图8 齿形样板修磨图9 锉刀修磨
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