专利名称：一种大齿轮的焊接装置及其焊接方法
一种大齿轮的焊接装置及其焊接方法技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种大齿轮的焊接装置及其焊接方法，具体涉及一种三层辐板大齿轮的焊接装置及其焊接方法。背景技术：
已知的，常规的齿轮多为铸锻结构，而该结构的主要缺点就是生产成本高、加工量大，所以该结构的齿轮只适用于小型齿轮的加工，而针对一些大型的齿轮“比如直径为Φ4145的齿轮”就不能仅仅靠一套铸锻技术来满足其设计要求，目前本领域技术人员为了满足对大型的齿轮的加工，通常采用焊接的技术来获得直径更大、传动比更大的齿轮，从而节省材料及生产成本，但是焊接的齿轮是属于异种钢焊接，且母材含碳量和合金元素较高，因此在焊接过程中极易导致齿轮的焊接性差，淬硬倾向大，同时齿轮焊缝圆周上的拘束应力大，进而导致焊缝中产生冷裂纹，由于大型齿轮一般都是三层辐板结构，其焊接变形和焊接质量的控制都具有很大的难度，其中齿圈内圆焊后无法加工，若圆度超差较大，外圆加工后齿圈壁厚不均匀，则会导致齿轮运行时不平衡，因此大型齿轮在加工时必须采用合理的焊接装置和焊接方法来控制大齿轮圆度，使其达到设计和使用要求。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种大齿轮的焊接装置及其焊接方法，本发明通过利用操作机埋弧自动焊堆焊出堆焊过渡层，大大降低了劳动强度，提高焊接质量，其中堆焊过渡层降低了焊接区域的碳当量，提高了融合区的塑韧性，同时释放出了径向应力，防止焊接辐板时产生裂纹 ，同时由于齿轮在焊接时不断转动，预热时只需1/3圆周的加热器，不必为了控制变形而采用整圆的加热器，大大改善了工作环境，降低了劳动强度，由于焊缝在热处理前、后的100%无损探伤都是一次合格，避免局部返修引起焊接变形。为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案
一种大齿轮的焊接装置，包括焊接转胎和防窜机构，所述焊接转胎为长方形结构，在焊接转胎的两端分别设有向上凸起的方形凸台，在每个凸台上部面的中部分别设有滚动体，在两个滚动体的上部设有外齿圈，所述外齿圈两侧的端面分别连接防窜机构中的挡轮，所述防窜机构中的挡轮为至少三个，所述每个挡轮通过销活动设置在两支撑板之间，所述两支撑板固定在底板的上部面，所述每个底板分别固定在支撑体A和支撑体B的上端，所述支撑体A和支撑体B的下端倾斜固定在底座的上部面形成所述的大齿轮的焊接装置。所述的大齿轮的焊接装置，所述挡轮中部内孔的两端分别设有轴承，所述轴承的内圈套接在销的外缘面上。所述的大齿轮的焊接装置，所述支撑体A设置为两个，在两支撑体A的上端通过横槽钢A连接。所述的大齿轮的焊接装置，所述横槽钢A替换为圆钢或方钢或工字钢。所述的大齿轮的焊接装置，所述支撑体B设置为两个，在两支撑体B的上端通过横槽钢B连接。所述的大齿轮的焊接装置，所述横槽钢B替换为圆钢或方钢或工字钢。
所述的大齿轮的焊接装置，所述支撑体A和支撑体B的上端通过竖槽钢连接。所述的大齿轮的焊接装置，所述竖槽钢替换为圆钢或方钢或工字钢。一种大齿轮的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤
第一步，堆焊堆焊过渡层
1)、首先在中间辐板和内齿圈的外缘面上加工出K型坡口，在外齿圈的内缘面上加工出K型坡口，在上下两辐板的外缘面上加工出单V型坡口，进一步在外齿圈内圆面每层辐板的位置处加工出堆焊槽，然后将外齿圈放置在焊接转胎的上部，确保外齿圈可以在焊接转胎上转动，进一步使用操作机埋弧自动焊堆焊堆焊过渡层，在堆焊时要对外齿圈进行持续加热，层间温度控制在250 350°C ；
2)、由于外齿圈的宽和高的比值太小，外齿圈在焊接转胎上转动时，为了防止发生安全事故，在外齿圈的两侧设置防窜机构，防窜机构能有效防止外齿圈在焊接时发生窜动和倾倒，确保了安全生产，在实际操作过程中，其中的一个防窜机构中的挡轮随外齿圈一起转动，另一个防窜机构与外齿圈则保留5 15mm左右的间隙，确保外齿圈能顺利转动；
3)、加工堆焊过渡层，即对堆焊过渡层的表面进行机械加工，检验合格后进行下一步的操作；
第二步，焊接福板
I )、首先焊接中间的辐板，在焊接中间的辐板时，首先操作人员需要在操作机机头的导电机构上安装导电杆；
2)、将中间辐板与外齿圈和内齿圈点焊固定后置于平面转胎的上部面上，确保齿轮中心与平面转胎同心，并 将齿轮用固定板固定在平面转胎上；
3)、将齿轮找正后开始焊接，焊接时先焊内齿圈I与辐板的环缝，待环缝的坡口焊满后再焊满辐板与外齿圈的环缝；
4)、将齿轮翻面，以工步3)的焊接顺序焊接另一面内齿圈和外齿圈与辐板之间的环
缝；
5)、焊接时焊接材料选用H08MnA+HJ431，焊丝直径为Φ4，预热温度为100°C，预热时采用1/3齿圈圆周长的钢管每隔200_左右钻一个Φ5左右的孔，热曲后制成加热器，所述加热器连接加热源；
6)、在焊接时，首先进行打底，打底时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在400 550安，电压控制在27 28伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在300 350mm/min，热输入(30KJ/cm ;进一步对焊缝进行填充，填充时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在500 650安，电压控制在27 30伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在280 320mm/min，热输
39KJ/cm ;最后对焊缝进行盖面，盖面时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在500 600安，电压控制在27 30伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在280 320mm/min，热输入(39KJ/cm ；
7)、去掉导电杆，利用操作机机头的导电机构将齿轮上下的两个辐板进行焊接，焊接方法同上，待焊接完成后即完成了一次对齿轮的焊接过程。所述的大齿轮的焊接方法，所述导电杆为至少两节，所述每两节导电杆分别通过端部设置的内螺纹和外螺纹丝接在一起，在导电杆的中部设有贯通的内孔。采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性本发明所述的一种大齿轮的焊接装置及其焊接方法，本发明利用操作机埋弧自动焊堆焊出堆焊过渡层，大大降低了工人的劳动强度，提高了焊接质量，同时堆焊过渡层能够大大降低焊接区域的碳当量，提高融合区的塑韧性，进一步释放径向的应力，防止了在焊接辐板时产生裂纹，更进一步本发明通过导电杆实现在平面转胎上采用焊接操作机埋弧自动焊焊接齿轮中间辐板的环向焊缝，代替了传统的埋弧焊小车焊接，使焊接过程更加稳定，预热方法更加简单，由于大齿轮在平面转胎上不断转动，预热只需1/3圆周的加热器，不必为了控制变形而采用整圆的加热器，改善工作环境，降低了劳动强度，由于焊缝在热处理前、后的100%无损探伤都是一次合格，所以避免局部返修引起的焊接变形，本发明结构简单，操作方便适合大范围的推广和应用。
图1是本发明的焊接过程示意 图2是本发明中防窜机构结构示意 图3是本发明中导电杆的结构示意 图4是本发明中挡轮的结构示意 在图中1、内齿圈；2、外齿圈；3、辐板；4、加热器；5、平面转胎；6、焊丝盘；7、导电杆；
8、堆焊过渡层；9、操作机；10、挡轮；11、竖槽钢；12、支撑体A ;13、支撑体B ;14、焊接转胎；15、底座；16、内螺纹；17、外螺纹；18、内孔；19、底板；20、销；21、支撑板。具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合附图2和4所述的一种 大齿轮的焊接装置，包括焊接转胎14和防窜机构，所述焊接转胎14为长方形结构，在焊接转胎14的两端分别设有向上凸起的方形凸台，在每个凸台上部面的中部分别设有用于外齿圈2滚动的滚动体，在两个滚动体的上部设有外齿圈2，所述外齿圈2两侧的端面分别连接防窜机构中的挡轮10，所述防窜机构中的挡轮10为至少三个，其中优选为四个，所述每个挡轮10通过销20活动设置在两支撑板21之间，或在所述挡轮10中部内孔的两端分别设有轴承，所述轴承的内圈套接在销20的外缘面上，所述两支撑板21固定在底板19的上部面，所述每个底板19分别固定在支撑体A12和支撑体B13的上端，所述支撑体A12和支撑体B13的下端倾斜固定在底座15的上部面形成所述的大齿轮的焊接装置。所述的大齿轮的焊接装置，所述支撑体A12设置为两个，在两支撑体A12的上端通过横槽钢A连接，所述横槽钢A替换为圆钢或方钢或工字钢。所述的大齿轮的焊接装置，所述支撑体B13设置为两个，在两支撑体B13的上端通过横槽钢B连接，所述横槽钢B替换为圆钢或方钢或工字钢。所述的大齿轮的焊接装置，所述支撑体A12和支撑体B13的上端通过竖槽钢11连接，所述竖槽钢11替换为圆钢或方钢或工字钢。结合附图1和3所述的一种大齿轮的焊接方法，所述焊接方法包括如下步骤 第一步，堆焊堆焊过渡层8:1)、首先在中间辐板3和内齿圈I的外缘面上加工出K型坡口，在外齿圈2的内缘面上加工出K型坡口，在上下两辐板3的外缘面上加工出单V型坡口，进一步在外齿圈2内圆面每层辐板3的位置处加工出堆焊槽，然后将外齿圈2放置在焊接转胎14的上部，确保外齿圈2可以在焊接转胎14上转动，进一步使用操作机埋弧自动焊堆焊堆焊过渡层8，在堆焊时要对外齿圈2进行持续加热，层间温度控制在250 350°C ；
2)、由于外齿圈2的宽和高的比值太小，外齿圈2在焊接转胎14上转动时，为了防止发生安全事故，在外齿圈2的两侧设置防窜机构，防窜机构能有效防止外齿圈2在焊接时发生窜动和倾倒，确保了安全生产，在实际操作过程中，其中的一个防窜机构中的挡轮10随外齿圈2 一起转动，另一个防窜机构与外齿圈2则保留5 15mm左右的间隙,确保外齿圈2能顺利转动；
3)、加工堆焊过渡层8，即对堆焊过渡层8的表面进行机械加工，检验合格后进行下一步的操作；
第二步，焊接福板3
I )、首先焊接中间的辐板3，在焊接中间的辐板3时，首先操作人员需要在操作机9机头的导电机构上安装导电杆7;
2)、将中间辐板3与外齿圈2和内齿圈I点焊固定后置于平面转胎5的上部面上，确保齿轮中心与平面转胎5同心，并将齿轮用固定板固定在平面转胎5上；
3)、将齿轮找正后开始焊接，焊接时先焊内齿圈I与辐板3的环缝，待环缝的坡口焊满后再焊满辐板3与外齿圈2的环缝； 4)、将齿轮翻面，以工步3)的焊接顺序焊接另一面内齿圈I和外齿圈2与辐板3之间的环缝；
5)、焊接时焊接材料选用H08MnA+HJ431，焊丝直径为Φ4，预热温度为100°C，预热时采用1/3外齿圈圆周长的钢管每隔200_左右钻一个Φ5左右的孔，热曲后制成加热器4，所述加热器4连接加热源；
6)、在焊接时，首先进行打底，打底时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在400 550安，电压控制在27 28伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在300 350mm/min，热输入(30KJ/cm ;进一步对焊缝进行填充，填充时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在500 650安，电压控制在27 30伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在280 320mm/min，热输
39KJ/cm ;最后对焊缝进行盖面，盖面时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在500 600安，电压控制在27 30伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在280 320mm/min，热输入(39KJ/cm ；
7)、去掉导电杆7，利用操作机9机头的导电机构将齿轮上下的两个辐板3进行焊接，焊接方法同上，待焊接完成后即完成了一次对齿轮的焊接过程。所述的大齿轮的焊接方法，所述导电杆7为至少两节，所述每两节导电杆7分别通过端部设置的内螺纹16和外螺纹17丝接在一起，在导电杆7的中部设有贯通的内孔18。现将本发明结合具体产品作出具体的阐述
其中需要焊接的齿轮外形尺寸为1270ΧΦ4145，三层辐板结构，外齿圈2的材质为30CrNiMo8,内齿圈I的材质为34CrMo4，辐板3的材质为S355JR，厚度均为60mm，中间辐板3与内齿圈I和外齿圈2的坡口为“K”型坡口，外侧辐板3坡口为单“V”型坡口 ；1、堆焊堆焊过渡层8，改善其性能
①在外齿圈2内圆每层辐板3位置处加工深25x宽75的堆焊槽，堆焊槽能够降低堆焊难度，保证堆焊质量，堆焊的软过渡层能够降低焊接区域的碳当量，提高融合区的塑韧性，可以释放径向应力，防止焊接辐板时产生裂纹，由于堆焊时要持续加热，层间温度达到250 350°C，操作环境非常恶劣，我们采用操作机埋弧自动焊堆焊堆焊过渡层8，降低劳动强度和操作难度，并提高了焊接质量；
②由于外齿圈2的宽和高比太小，在焊接转胎14上转动，安全系数很低，需要增加防窜机构，防止外齿圈2在焊接时发生窜动感和倾倒，确保安全生产，其中防窜机构由槽钢组焊而成，两侧分别装焊四个挡轮10，防止外齿圈2窜动，一侧挡轮10随外齿圈2 —起转动，另一侧保留IOmm左右间隙,确保外齿圈2能顺利转动；
③加工过渡层，待堆焊槽堆满后，对堆焊层表面进行机械加工，粗糙度和圆度达到设计要求后才能装焊辐板3 ；
2、焊接福板3
①由于中间辐板3距大齿轮端面625mm，机头导电机构无法直接施焊，参考相关标准，我们将导电杆7分两段制作，中间螺纹连接，达到长度要求，同时将导电杆7安装到导电机构上，同时将盘在焊丝盘6上的焊丝连接导电杆；
②中间辐板3与外齿圈2和内齿圈I点焊固定后置于平面转胎5上，确保齿轮中心与平面转胎5同心，并将5齿轮用固定板固定在平面转胎5上；
③齿轮找正后开始焊接，焊接时先焊内齿圈I与辐板3的环缝(内圆环缝)，内侧环缝的坡口焊满后再焊满辐板3与外齿圈2的环缝(外圆环缝)；
④将齿轮翻个，同样的焊接顺序焊接辐板3另一面内、外环缝；
⑤焊接材料H08MnA+HJ431，焊丝直径Φ4，预热100°C，采用1/3外齿圈2圆周长的钢管每隔200_钻Φ 5孔，热曲后制成加热器4，所述加热器4连通热源；
⑥焊接参数如下表
权利要求
1.一种大齿轮的焊接装置，包括焊接转胎(14)和防窜机构，所述焊接转胎(14)为长方形结构，在焊接转胎(14)的两端分别设有向上凸起的方形凸台，在每个凸台上部面的中部分别设有滚动体，在两个滚动体的上部设有外齿圈(2)，其特征是所述外齿圈(2)两侧的端面分别连接防窜机构中的挡轮(10)，所述防窜机构中的挡轮(10)为至少三个，所述每个挡轮(10 )通过销(20 )活动设置在两支撑板(21)之间，所述两支撑板(21)固定在底板(19 )的上部面，所述每个底板(19)分别固定在支撑体A (12)和支撑体B (13)的上端，所述支撑体A (12)和支撑体B (13)的下端倾斜固定在底座(15)的上部面形成所述的大齿轮的焊接装置。
2.根据权利要求1所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述挡轮(10)中部内孔的两端分别设有轴承，所述轴承的内圈套接在销(20)的外缘面上。
3.根据权利要求1所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述支撑体A(12)设置为两个，在两支撑体A (12)的上端通过横槽钢A连接。
4.根据权利要求3所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述横槽钢A替换为圆钢或方钢或工字钢。
5.根据权利要求1所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述支撑体B(13)设置为两个，在两支撑体B (13)的上端通过横槽钢B连接。
6.根据权利要求5所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述横槽钢B替换为圆钢或方钢或工字钢。
7.根据权利要求1所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述支撑体A(12)和支撑体B (13)的上端通过竖槽钢(11)连接。
8.根据权利要求7所述的大齿轮的焊接装置，其特征是所述竖槽钢(11)替换为圆钢或方钢或工字钢。
9.实施权利要求1 8任一权利要求所述的一种大齿轮的焊接装置的一种大齿轮的焊接方法，其特征是所述焊接方法包括如下步骤 第一步，堆焊堆焊过渡层(8): 1)、首先在中间辐板(3)和内齿圈(I)的外缘面上加工出K型坡口，在外齿圈(2)的内缘面上加工出K型坡口，在上下两辐板(3)的外缘面上加工出单V型坡口，进一步在外齿圈(2)内圆面每层辐板(3)的位置处加工出堆焊槽，然后将外齿圈(2)放置在焊接转胎(14)的上部，确保外齿圈(2)可以在焊接转胎(14)上转动，进一步使用操作机埋弧自动焊堆焊出堆焊过渡层(8)，在堆焊时要对外齿圈(2)进行持续加热，层间温度控制在250 350°C ； 2)、由于外齿圈(2)的宽和高的比值太小，外齿圈(2)在焊接转胎(14)上转动时，为了防止发生安全事故，在外齿圈(2)的两侧设置防窜机构，防窜机构能有效防止外齿圈(2)在焊接时发生窜动和倾倒，确保了安全生产，在实际操作过程中，其中的一个防窜机构中的挡轮(10)随外齿圈(2) —起转动，另一个防窜机构与外齿圈(2)则保留5 15mm左右的间隙，确保外齿圈(2)能顺利转动； 3)、加工堆焊过渡层(8)，即对堆焊过渡层(8)的表面进行机械加工，检验合格后进行下一步的操作； 第二步，焊接福板(3) I )、首先焊接中间的辐板(3)，在焊接中间的辐板(3)时，首先操作人员需要在操作机(9)机头的导电机构上安装导电杆(7)； ·2)、将中间辐板(3)与外齿圈(2)和内齿圈(I)点焊固定后置于平面转胎(5)的上部面上，确保齿轮中心与平面转胎(5)同心，并将齿轮用固定板固定在平面转胎(5)上； ·3)、将齿轮找正后开始焊接，焊接时先焊内齿圈(I)与辐板(3)的环缝，待环缝的坡口焊满后再焊满辐板(3)与外齿圈(2)的环缝； ·4)、将齿轮翻面，以工步3)的焊接顺序焊接另一面内齿圈(I)和外齿圈(2)与辐板(3)之间的环缝； ·5)、焊接时焊接材料选用H08MnA+HJ431，焊丝直径为Φ4，预热温度为100°C，预热时采用1/3外齿圈(2)圆周长的钢管每隔200mm左右钻一个Φ5左右的孔，热曲后制成加热器(4 )，所述加热器(4 )连接加热源；·6)、在焊接时，首先进行打底，打底时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在400 550安，电压控制在27 28伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在300 350mm/min，热输入(30KJ/cm ;进一步对焊缝进行填充，填充时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在500 650安，电压控制在27 30伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在280 320mm/min，热输 ·39KJ/cm ;最后对焊缝进行盖面，盖面时的焊接方法为埋弧焊，电流控制在500 600安，电压控制在27 30伏，电流种类选择DCEP，焊接速度控制在280 320mm/min，热输入(39KJ/cm ； · 7 )、去掉导电杆(7)，利用操作机(9)机头的导电机构将齿轮上下的两个福板(3)进行焊接，焊接方法同上，待焊接完成后即完成了一次对齿轮的焊接过程。
10.根据权利要求9所述的大齿轮的焊接方法，其特征是所述导电杆(7)为至少两节，所述每两节导电杆(7)分别通过端部设置的内螺纹(16)和外螺纹(17)丝接在一起，在导电杆(7)的中部设有贯通的内孔(18)。
全文摘要
一种大齿轮的焊接装置及其焊接方法，涉及焊接技术领域，本发明通过利用操作机埋弧自动焊堆焊出堆焊过渡层，大大降低了劳动强度，提高焊接质量，其中堆焊过渡层降低了焊接区域的碳当量，提高了融合区的塑韧性，同时释放出了径向应力，防止焊接辐板时产生裂纹，同时由于齿轮在焊接时不断转动，预热时只需1/3圆周的加热器，不必为了控制变形而采用整圆的加热器，大大改善了工作环境，降低了劳动强度，由于焊缝在热处理前、后的100%无损探伤都是一次合格，避免局部返修引起焊接变形，本发明具有结构简单，操作方便等特点，适合大范围的推广和应用。
文档编号B23K9/18GK103056495SQ20121057369
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者赵朝辉, 肖德政, 段世新 申请人:中信重工机械股份有限公司