前言在進入21世紀的前夜，美國的焊接同行們圍繞著「美國焊接工業應對21世紀挑戰」的主題展開了大規模的研討。他們廣泛、深入地**了焊接在未來20年可能遇到的機遇和挑戰，並提出了以《焊接工業展望》為主框架的一系列分析報告。
我國焊接界的有識之士亦對我國焊接行業如何跨入21世紀予以了異常關注。以林尚揚、關橋兩位院士為首的中國工程院諮詢專案工作組開展了《我國製造業焊接生產現狀與發展戰略研究》工作。在過去的三年裡，專案工作組進行了艱難的調研，在掌握國內、外大量第一手資料和資料的基礎上，系統分析了我國焊接行業的現狀和主要挑戰，規劃了未來的發展戰略和對策，提出了內涵豐富、極具戰略意義的研究報告。
這項工作得到了焊接行業的高度關注。2023年3月，中國焊接協會、中國焊接學會組織了由我國焊接行業權威專家參加的焊接行業發展戰略研討會。與會專家對兩位院士的報告予以了高度評價，同時對今後行業的發展提出了許多極其寶貴的建議。
本文旨在根據研討會專家們的建議，在兩位院士報告的總體框架下，重點**行業層面進一步發展的主要挑戰和對策。
目錄第一章主傳動齒輪的結構及主要零件材料成分效能
1.1 焊接齒輪的結構 /2
1.2 齒輪材料的選用 /2
1.3 材料的化學成分及效能分析 /2
第二章材料焊接性的分析
2.1 中碳調質鋼35crmo焊接性問題 /3
2.2 40鋼的焊接性問 /4
第三章焊接方法的選用
3.1 焊接方法的選用 /5
3.2 co2氣體保護焊的特點 /5
3.3 焊接材料的選用 /5
第四章焊接裝置與工藝引數的選用
4.1 co2氣體保護焊焊機的選擇 /6
4.2 co2氣體保護焊焊接工藝 /6
4.3 三類焊縫的具體引數 /8
4.4 焊接輔助裝置的選擇 /9
第五章焊接的技術與操作流程
5.1 焊接操作工藝流程 /9
5.2 焊接次序 /10
5.3 焊接安全 /10
第六章焊件的焊後檢驗
6.1 焊件的檢驗 /10
6.2 常見焊接缺陷的產生原因 /10
參考文獻 /11
附錄：㈠附圖 a.焊接裝配圖b.焊接迴轉台圖 c.焊接操作機圖
d.元件a定位焊的裝配圖 e.元件a定位用墊塊圖
㈡附件 a.焊接工藝卡3張 b.加工工藝過程卡 1張
一、主傳動齒輪的結構及主要零件材料成分效能
1.1焊接齒輪的結構
主傳動焊接齒輪由齒圈（輪緣）、支撐板（腹板）、無縫管（肋板）、中心套（輪轂）組焊而成（圖一為結構示意圖）。
1.2材料的選用
齒圈選用的是中碳調質鋼35crmo,支撐板選用的是普通碳素鋼q235，連線支
撐板的鋼管選用無縫鋼管q235，中心套選用的是正火鋼40鋼。
1.3材料的化學成分及效能分析
㈠中碳調質鋼35crmo的化學成分和力學效能
35crmo鋼是中碳低合金高強度鋼，屬於珠光體鋼。根據國際國際焊接學
會（iiw）推薦用於反應中、低合金鋼的淬硬和冷冽傾向的碳當量公式：
ceq=c+mn/6+(cr+mo+v)/5+(ni+cu)/15 根據公式計算35crmo的碳當量
0.587%～0.8167%（平均為0.702%）。根據以前做過的實驗結果得知：當碳當量
≤0.40%時，焊接時無淬硬傾向，焊接性良好；當碳當量在0.40%～0.50%範圍時，
淬硬傾向不太明顯，焊接性尚可；當碳當量在0.50%～0.60%範圍時，淬硬傾向
逐漸明顯，冷裂紋傾向隨之增加，焊接性較差；當碳當量在≥0.60%時，屬於高
淬透性的鋼，冷裂紋傾向進一步的增加，可焊性較差。因此，可見35crmo的焊
接性較差。
㈡40鋼的化學成分及效能（gb699-88）
40鋼有較高的強度，加工性良好冷變形時塑性中等。焊接性差，焊接前需要預熱，焊接後需要熱處理。
㈢q235的化學成分和力學效能（gb700-88）
q235鋼是普通結構碳素鋼，屬於珠光體鋼，它的碳當量約為0.2%，鋼材的淬
硬性傾向很小，焊接性好，焊接時不需要熱處理。但對於q235作為母材本身
也有應注意的問題：冷裂紋，脆化等。
二、材料焊接性的分析
在材料的化學成分和效能分析中，已經得出結論，知道了35crmo和40鋼的焊接性較差，而q235碳素鋼的焊接性好，不需要焊接前的預熱和焊接後的熱處理。
因此現只對焊接性差的35crmo中碳調質鋼和40正火鋼做詳細的焊接性分
析：2.1中碳調質鋼35crmo焊接性問題
㈠ 焊縫中的熱裂紋
中碳鋼的含碳量及合金元素含量較高，焊縫凝固結晶時，固-液相溫度區間大，結晶偏析傾向嚴重，焊接時易於產生結晶裂紋，具有較大的熱裂紋敏感性。為了防止產生熱裂紋，要求採用低碳低矽焊絲，焊接時，應考慮到可能出現熱裂紋的問題，盡可能選用碳含量低以及含s、p雜質少的焊接材料。在焊接工藝上應注意填滿弧坑和保證良好的焊縫成形。
因為熱裂紋容易出現在未填滿的弧坑處，特別是在多層焊時第一層焊道煩人弧坑中以及焊縫的凹陷部位。
㈡ 淬硬性和冷裂紋
3crmo中碳調質鋼的淬硬傾向十分明顯，焊接熱影響區容易出現硬脆的馬氏體組織，增大了焊接接頭去的冷裂紋傾向。母材含碳量越高，淬硬性越大，焊接冷裂紋傾向也越大。中碳調質鋼比低碳調質鋼對冷裂紋更敏感的原因，除過淬硬傾向大外，還由於ms點較低，在低溫下形成的馬氏體難以產生「自回火」效應。
由於馬氏體中的碳含量較高，有很大的過飽和度，點陣畸變更嚴重，因而硬度和脆性更大，冷裂紋敏感性也更突出。
焊接35crmo時，為了防止冷裂紋，應盡量降低焊接接頭的含氫量，除了焊接前採取預熱措施外，憨厚須及時進行回火處理。此外，為了降低焊接接頭可能出現的應力腐蝕開裂傾向，應採用熱量集中的焊接方法和較小的焊接熱輸入，避免焊件表面的焊接缺陷和劃傷。
㈢ 熱影響區的脆化和軟化
1 haz脆化
35crmo鋼由於碳含量較高（wc=0.3%～0.4%），合金元素較多，有相當大的淬硬傾向，馬氏體轉變溫度（ms）低（一般低於400℃），無「自回火」過程，因而在焊接熱影響區容易產生大量脆硬的馬氏體組織（尤其是高碳、粗大的馬氏體），導致熱影響區脆化。
生成的高碳馬氏體越多，脆化越嚴重。
為了減少熱影響區脆化，從減少淬硬傾向出發，本應採用大熱輸入才有利。但由於這種鋼的淬硬性強。僅通過增大熱輸入還難以避免馬氏體的形成，相反卻增大了奧氏體的過熱，促使形成粗大的馬氏體，反而是熱影響區過熱區的脆化更為嚴重。
因此，為防止熱影響區脆化的工藝措施主要是採用小熱輸入，同時採取預熱、緩冷和後熱等措施。因為採用小冷卻速度，這對改善熱影響區的效能是有利的。
2 haz軟化
焊前為調質狀態的剛才焊接時，被加熱到該鋼調質處理的回火溫度以上時，焊接熱影響區將出現強度、硬度低於母材的軟化區。如果焊後不再進行調質處理，該軟化區可能成為降低接頭區強度的薄弱區。因此，在調質狀態下焊接時應考慮熱影響區的軟化問題。
母材焊接前所處的熱處理狀態不同，軟化區的溫度範圍和軟化程度有很大差別。低溫回火問的鋼材，熱影響區軟化區的溫度範圍越大，相對於母材的軟化程度也越大。從韌性方面出發，過熱區是接頭中最薄弱的環節；而從強度方面考慮，軟化去是接頭中最薄弱的環節。
中碳調質鋼熱影響區軟化最明顯的部位，是溫度處於ac1～ac3之間的區段，這與該區的不完全淬火過程有密切關係。因為不完全淬火區的奧氏體成分遠未達到平衡濃度。鐵素體和碳化物均為充分溶解，冷卻時奧氏體發生分解，造成這個區段的組織強度和硬度都較低，其中在ac1附近失強最大。
熱影響區軟化程度和軟化區的寬度與焊接熱輸入、焊接方法等有很大關係。焊接熱輸入越小，加熱和冷卻速度越快，軟化區的寬度越窄，焊接熱源越集中，對減少軟化越有利。
㈣ 小結：對於35crmo鋼焊接中存在的問題，焊接時應該採取諸如以下的一些保護措施。
1 針對熱裂紋問題，選用低含碳量以及s、p雜質少的焊材。
2 針對冷裂紋問題，採取焊前預熱，焊後及時回火處理的工藝。
3 針對可能存在的應力腐蝕開裂問題，選用熱量集中的焊接方法和較小的熱輸入。
4 針對haz脆化問題，採用小的熱輸入避免奧氏體過熱，同時採取預熱、緩冷和後熱等措施。
5 針對haz軟化問題，選用焊接熱源集中地焊接方法，減少軟化。
2.2 40鋼的焊接性問題
1、中碳鋼含碳量為0.3%～0.6%，當含碳量接近0.
3%而含錳量不高時，焊接性良好。隨著含碳量的增加焊接性逐漸變差，如果含碳量為0.5%左右而仍按焊接低碳鋼常用的工藝施焊，則熱影響區可能產生硬脆的馬氏體組織，易於開裂。
當焊接材料和焊接過程控制不好時，甚至焊縫亦如此。
焊接時，相當數量母材會熔化進入焊縫，使其含碳量增高，容易產生熱裂紋。特別是硫的雜質控制不嚴時，更易顯示出來。這種熱裂紋在弧坑處更為敏感，此外由於含碳量的增高，氣孔敏感性也增大。
2、大多數情況下，中碳鋼需要預熱和層間溫度，以降低焊縫和熱影響區的冷去速度，從而防止產生馬氏體，通常40鋼預熱溫度在150～250攝氏度。
焊後最好立即消除應力熱處理，特別是大厚度工件。消應力回火溫度一般為600～650攝氏度。
三、焊接方法的選擇
在主傳動齒輪的焊接生產整個過程中，共涉及3類焊接，16條環焊縫：一、齒圈（35crmo/齒圈最小厚度δmin=22mm）和支撐板（q235/板厚δ=10mm）的焊接，其中包含2條角接環焊縫；二、支撐板（q235/δ=10mm）和無縫鋼管（q235/管壁厚δ=6mm）的焊接，其中包含12條對接環焊縫；三、中心套（40鋼/中心套最小厚度δ>30mm）和支撐板（q235/δ=10mm）的焊接，其中包含2條角接環焊縫。
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