[发明专利]汽车变速器齿轮激光焊缝闭合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车变速器齿轮激光焊缝闭合方法，属于激光焊接领域。

背景技术

汽车变速器齿轮的设计制造过程中，为提高工艺性和生产效率、降低工艺成本，经常将复合齿轮设计成齿轮、锥体（或接合齿）独立的分体件分别加工，然后再复合形成齿轮总成。其复合连接方法主要有花键连接、电子束焊接、激光焊接。其中变速器齿轮激光焊接技术的发展较快，在变速器设计及制造中具有一定优势；齿轮连接面加工成光滑外圆柱面，锥体（或接合齿）连接面加工成光滑内圆柱面，用热压或冷压法使两个零件通过连接面压合在一起，形成端接的焊接结构。激光器输出的一定模式的激光束经导光系统中各镜片反射1、聚焦2后，成为功率密度极高的光束，照射至齿轮焊接部位，使焊缝圆周上很小的区域内金属被快速加热熔化焊接在一起；此过程中，齿轮3在激光加工机回转工作台的带动下，绕其回转轴旋转，在焊接部4位形成闭合的圆周形焊缝；齿轮激光焊缝闭合处易产生焊接缺陷，因此，齿轮激光焊缝应闭合良好，以使焊缝均匀，焊缝强度等满足一定要求。而焊逢闭合良好的关键是要控制焊缝首尾重合区尺寸，以使焊缝按要求重合，避免出现焊缝未重合、焊缝重合区尺寸不足、焊缝重合区尺寸过大等焊缝尺寸缺陷，以克服由此所造成的焊缝强度下降（焊缝未重合、焊缝重合区尺寸不足）、齿轮总成焊接变形增大（焊缝重合区尺寸过大）等弊病；目前，汽车变速器齿轮激光焊接时，一般仅从焊缝表面状态确定焊缝闭合与否，易造成偏差，影响焊接质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车变速器齿轮激光焊缝闭合方法，以克服汽车变速器齿轮激光焊缝闭合缺陷，避免其对焊接强度的不利影响；同时，有利于减小齿轮总成的焊接变形，提高齿轮总成的使用性能。

本发明的技术方案是这样实现的：汽车变速器齿轮激光焊缝闭合方法，其特征在于具体的加工步骤为：将锥体与齿轮沿连接面压装在一起，准备进行激光焊接；将上述压装件装夹在可倾数控回转工作台的定位夹具上，使齿轮在激光焊接过程中按激光束、齿轮转速和保护气合理匹配的要求进行旋转，以实现不同的焊接速度；采用反射式聚焦结构的导光系统，将聚焦后的激光束传输至齿轮焊接焊缝区中心，离焦量为-3~+1mm；激光焊接过程中，激光器输出激光功率1.5~5.5KW；焊接速度0.8~5.3m/min，焊接速率与齿轮旋转速率相同；焊接过程中采用氮气、氩气或氦气中一种及压缩空气等气体在焊接过程中对焊接熔池及光学元件进行保护，气体流量6~15L/min；根据焊缝直径及焊接速度，计算出齿轮激光焊接时间t；根据电控系统的反应时间及光闸的动作时间、激光功率密度、焊接速度、焊缝厚度、焊缝宽度、焊缝长度、焊件体积等确定时间参数t₁、t₂、t₃、t₄；计算出修正时间△t=t₁+ t₂－t₃+ t₄；齿轮总成激光焊接时间为t+△t，将此时间值输入设备控制系统中，完成齿轮总成的焊接，形成闭合良好的激光焊缝；所述的焊接时间参数的焊缝起始段时间为：焊缝起始点滞后于设备启动时间t₁，对应焊缝长度l₁；焊缝开始形成到稳定熔深的时间t₂，对应焊缝长度l₂；焊缝结尾段为：由于热累积作用，焊缝结束滞后时间t₃，对应焊缝长度l₃；焊缝熔深开始降低到焊缝终止的时间t₄，对应焊缝长度l₄；焊缝中间段时间为：均匀厚度焊缝的焊接时间（不考虑l₃，）t₀，对应焊缝长度l₀；焊缝表面首尾重合长度：理想重合长度：l₄的起始点恰好是l₂的终点，即焊缝表面的重合长度为l₂+ l₄；所述的焊缝长度即焊缝表面重合条件为： l₄起点未超过l₂终点：实际有效焊缝长度应为l = l₀+ l₃；设l₄′为l₄起点与l₂终点间的距离，则l₄′为焊缝闭合处焊缝有效厚度不足区段长度；焊缝表面重合长度l_f为l₂起点与l₄终点间的距离；l₄起点超过l₂终点： 实际有效焊缝长度为l = l₀+ l₂+ l₃－l₄′；其中l₄′为l₄起点与l₂终点间的距离，也是焊缝正常厚度重合长度（因l₄必然存在，若使焊缝无厚度不足区段，此时焊缝正常厚度重合长度应以l₂终点为起点，以l₄起点为终点）；焊缝表面重合长度为l_f = l₄+ l₄′+ l₂；所述的焊缝重合长度控制方法如下：一般变速器齿轮激光焊接都采用连续二氧化碳激光器；根据其激光功率、光束模式、聚焦光斑尺寸、离焦量、焊接速度、齿轮结构和体积、保护气种类与吹气方式等研究出控制焊缝重合长度的方法；采用时间控制：整个齿轮总成激光焊接时间：t+△t