大型电动机幅板轴焊接工艺的改进

马超飞

（沈阳远大环境工程有限公司 辽宁 沈阳 110000）

1 幅板轴概述

幅板轴的材质选择上也是有要求的，需要材料满足设计要求，需要有较高的强度和韧性，同时需要在高温下有高的蠕变强度与持久强度，35CrMoA这种材料就可以满足这些，它还可以满足焊接性能，对于那些在车辆和汽轮发动机上使用的幅板轴，作为主轴或者转子它还能承受高负荷和高载荷。

采用异步电动机采用幅板轴焊接结构选用35CrMoA。大件焊接时质量不容易控制，相比较35CrMoA轴焊接性较差，幅板焊接性好，在焊接的时候对焊件的拘束度大，在时间焊接的时候就会产生应力集中。在对材料进行焊接时候，焊接的工艺和焊接方法选择不正确，就会使焊接的部位出现裂纹焊缝等，还会产生残余变形，无法保证零件精度。

幅板轴焊接质量要求高，焊缝金属熔敷量大，承受交变载荷，所所以选定气体保护焊和埋弧焊。

2 材质的焊接性分析

对焊接材料进行材质的焊接分析，通过分析焊接性能，分析方法采用碳当量，当低合钢的焊接材料的碳含量在0.18%以上的时候，可以通过国际焊接协会（IIW）中的碳当量分析公式进行分析，判定材料的焊接性是否满足要求。

幅板轴的力学性能和化学成分如下：

公式如下：

经计算35CrMoA钢的CE为0.72，表明该钢种焊接性较差。

焊接方法为低氢型焊的时候，35CrMoA材质的钢有可能会出现冷裂纹倾向和热裂纹敏感性，为了降低冷却速度，增大氢扩散时间，在焊接工艺上需要采用焊前预热和焊后热处理等工艺措施。

在焊后热处理的再热过程中，易出现再热裂纹，35CrMoA钢含碳量高并含有Cr、Mo等强化元素的低合钢，其热裂纹可以根据国际焊接协会推荐的公式进行评定：

当ΔG'＞2时，再热裂纹敏感，易裂。

根据上边的计算公式，将需要化学成分代入ΔG'，计算的数值为3.43。而要求是不大于2，所以可以判定35CrMoA钢在焊接的时候会产生热裂纹敏感性，为了降低再热裂纹倾向，在焊接的时候要注意焊接工艺，从根本上减少焊接残余应力。

3 焊接工艺确定

(a)焊前预热

为了防止在焊接的时候出现裂纹，可以再焊接前将材料进行预热，预热的温度通过以下公式计算得到：

式中Pw—冷裂纹敏感指数

[H0]—熔敷金属中扩散氢含量（mL/100g），低氢型焊材取值为4.0mL/100g；

δ—工件有效厚度；

Pcm—碳当量，按下式计算：

计算得出：Pcm为0.592，T0为460℃。

通过计算公式得到的数值进行分析，预热的温度过高，焊接时候所处的环境会变得恶劣，通过采用预热的方法减低焊接中冷裂缝的出现，同时还要控制冷裂纹的产生，在实际工作中，200℃～300℃预热温度，160℃～300℃的间层温度。

(b)焊接材料的选用

在焊接的时候，材料本身界面和厚度的因素，会影响焊接，对幅板轴的焊接采用坡口处理，坡口的形状为单边V形。

(c)焊接参数

3.1 打底焊、端头封焊

采用MIG焊（保护气体Ar80%，CO220%），焊丝规格Φ1.0。

也可以采用其他的焊接方法，例如手弧焊，应用它进行焊接的时候，焊条为E5015，规格Φ3.2。将寒天在300℃下进行烘焙，要求时间为1h。

在焊接过程中打底焊后，材料焊接的要求温度过低，需要进行电阻炉对其进行加热。

3.2 点固焊

点固焊采用焊丝与施焊焊丝材质相同，采用MIG焊（保护气体Ar80%，CO220%）。焊缝长度20mm～30mm，间距200mm～250mm，焊缝余高不大于焊缝宽度的1/3。

3.3 填充焊

采用埋弧焊接，焊丝规格Φ4，焊剂SJ101，直流反接。

3.4 热处理

在350℃～400℃保温3小时，焊件在焊接之后，将其放入电阻炉中进行热处理。

4 现场焊接工艺

4.1 焊前准备

焊件焊接之前需要对随幅板轴进行坡口，设备采用机加设备，进行单边V形坡口。同时还需要将焊件的焊接处两端30mm平面内进行打磨，将内部金属呈现出来，同时还要着色检验、裂纹检测，保证焊件没有缺陷，焊前用丙酮清洗。

4.2 工艺过程

为减小幅板焊接焊缝的残余应力和残余变形，采用焊件进电阻炉整体加热方式预热，焊接工艺路线要正确，工艺措施图如上图，焊接的顺序是：第一步纵向焊缝打底焊；第二步是对幅板与轴间纵向焊缝完成填充与盖面焊接，焊机为双头埋弧焊机；最后采用MIG的方法对端头焊缝进行焊接。

在焊接工艺中采用MIG进行打底焊和端头封焊接，打底层厚度不少于3mm，其余焊层厚度3～5mm，单道焊缝摆宽8mm≤b≤10mm。通过红外仪器对焊接过程中的温度进行控制，焊接完成之后立即对焊缝进行清理，在焊接完成之后对焊件的焊缝进行放大检测，放大倍数10倍，焊接处不要有裂纹、夹渣、气孔等缺陷。焊后立即进行后热处理。

5 结语

幅板轴焊接节省了大量的工时和费用，提高了生产效率。并为公司以后同类型的电机轴制造工艺累积了宝贵经验。

[1] 中国机械工程学会焊接学会主编.焊接手册（第2版）[Z].北京：机械工业出版社，2001：196-249.

[2] 陈祝年主编.焊接工程师手册[Z].北京：机械工业出版社，2002：345-441.