一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法

摘要

一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，属于金属表面堆焊制备抗黏着磨损材料层的技术领域，采用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备工件内孔面减摩层，包括加工坡口、焊前清理、零件装夹固定、打底焊、填充焊、盖面焊、修型焊、焊后冷却、机加步骤；本发明在材质为低碳合金钢的、齿部已淬火的齿轮类零件的内孔表面，采用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层，可在保证减摩层与基体结合强度的同时，有效控制焊接时的热输入量，既可解决减摩层熔敷效率低的问题，又能保证齿部的几何尺寸、金相组织和机械性能不发生变化，且生产效率和经济效益显著提高。

权利要求

1.一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，包括采用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备齿轮类零件内孔表面减摩层，其特征是:所述的MIG电子钎焊是一种基于溶解扩散焊的低能量MIG电子钎焊方法，在所述材质为低碳合金钢的齿部已淬火的齿轮类零件的内孔表面堆焊制备减摩层时，焊丝连续送进并熔化，而齿轮类零件基体界面未熔化，熔化的焊丝在齿轮类零件基体界面形成液膜，液膜原子向齿轮类零件基体扩散，而齿轮类零件基体原子向液膜内溶解与扩散，使熔化的焊丝与齿轮类零件基体形成互溶，实现焊丝与齿轮类零件二者原子间的良好结合，待液相凝固后形成牢固的结合层，此非稳态扩散过程易在表面及晶界优先进行，温度越高扩散过程进行的越快越充分；

所述制备减摩层的具体方法，包括如下步骤：加工坡口→焊前清理→零件装夹固定→打底焊→填充焊→盖面焊→修型焊→焊后冷却→机加获取成品；

A、加工坡口：

将齿轮类零件固定，采用常规车削设备，在齿轮类零件的内孔表面加工出“︻”梯形凹槽，槽深控制在1.0mm～2.5 mm之间，其中两侧倾角控制在25°与35°之间；

B、焊前清理：

将前一步骤加工的齿轮类零件内孔面残留物进行清理，所述残留物包含加工时的毛刺、碎屑；

所述残留物的清理包含机械清理、火焰清除或化学清洗三种方式；

C、零件装夹固定：

旋转焊接变位机翻转轴，使座式焊接变位机的回转工作台面处于水平位置，然后利用三爪卡盘及垫块将待焊齿轮类零件同样呈水平状态固定于焊接变位机回转工作台上，最后再次旋转焊接变位机翻转轴，使固定于焊接变位机回转工作台上的齿轮类零件呈竖直工作状态；

D、打底焊：

使用低能量MIG电子钎焊完成减摩层的打底焊；

其中，焊高为1 mm～2 mm之间，焊接电流为110A～130A之间，焊接电压为21V～23V之间，调整焊接变位机回转转速，使焊接速度控制在280cm/min～320 cm/min之间；

进一步，焊第一道焊缝时，旋转焊接变位机翻转轴，使固定于焊接变位机回转工作台面上的齿轮类零件绕翻转轴逆时针倾斜5°～10°之间，自齿轮类零件内孔表面靠近回转工作台面的一侧“以下称之为内侧”最低点起弧，同时旋转齿轮类零件，沿齿轮类零件圆周方向焊接，此时注意观察基体表面，温度控制在1200℃～1400℃之间；

进一步，焊完内侧第一道焊缝后“也就是齿轮类零件已旋转一周”，先旋转焊接变位机翻转轴，将齿轮类零件放置为垂直，再继续使齿轮类零件绕翻转轴顺时针倾斜5°～10°之间，在齿轮类零件内孔表面远离回转工作台面的另一侧“以下称之为外侧”最低点起弧，以与前述焊第一道焊缝相同的方式，沿齿轮类零件圆周方向焊接，焊完外侧第二道焊缝；

其中，所述齿轮类零件内孔表面出现较宽“宽度在20mm以上”现象时，需在内侧、外侧焊缝之间继续堆焊；旋转焊接变位机翻转轴，将齿轮类零件放垂直焊接；自齿轮类零件内孔表面第一、二道焊缝中间最低点起弧，以与前述焊第一道焊缝相同的方式，沿齿轮类零件圆周方向焊接，焊完第三道打底焊缝；依次类推，逐步焊完打底的所有焊道，此时注意观察基体表面，保证连续性和焊接的无间隔或局部出现堆焊造成焊点过高；

E、填充焊：

使用低能量MIG电子钎焊完成减摩层中间层的熔敷；旋转焊接变位机翻转轴，将所述齿轮类零件垂直放置，使前一步骤中第一、二道焊缝起弧点的中间位置处于最低点，将电弧主要对着前两道焊缝中间熔敷层，自最低点开始，以与前述步骤中同样方式焊接中间层填充焊缝，这时要注意观察第一、二道焊缝熔敷层表面，温度控制在1200℃～1400℃之间；此步骤可适当增大焊接电流为125A～145A，焊接电压为22V～24V，焊接速度控制在260cm/min～300 cm/min之间；

F、盖面焊：

焊接方法为低能量MIG电子钎焊；减小焊接电流为120A～140A，焊接电压调整为

26V～28V，焊接速度控制在250cm/min～280 cm/min之间；旋转所述齿轮类零件，使前三道焊缝的起弧点均处于最低点；

进一步，焊盖面焊第一道焊缝；旋转焊接变位机翻转轴，使齿轮类零件绕翻转轴逆时针倾斜5°～10°之间，从步骤D）、步骤E）两道焊缝中间熔敷层最低点起弧，开始旋转所述齿轮类零件，沿所述齿轮类零件圆周方向焊接；盖面焊第一道焊缝应始终盖住打底焊第一道焊缝及其与填充焊焊缝的接缝；此时注意观察基体表面，温度控制在1200℃～1400℃之间；

进一步，焊盖面焊第二道焊缝；先旋转焊接变位机翻转轴，将齿轮类零件放垂直，再继续使所述齿轮类零件绕翻转轴顺时针倾斜5°～10°之间，在步骤D）、步骤E）两道焊缝中间熔敷层最低点起弧，以与盖面焊第一道焊缝为相同的方式，沿所述齿轮类零件圆周方向焊接，焊完盖面焊第二道焊缝；同样，盖面焊第二道焊缝应始终盖住打底焊第二道焊缝及其与填充焊焊缝的接缝；

G、修型焊：

采用TIG焊重熔修整焊缝表面，不加填充丝；将电弧主要对着所述齿轮类零件内孔表面熔敷层中间部位，摆动焊枪，摆幅3 mm～5 mm，保证焊高均匀，减摩层厚为5～7 mm；焊接电流为120A～140A，钨极直径φ 4mm，保护气体为纯度在99.9% 以上氩气，气体流量为

12 L/min～16 L/min；

H、焊后冷却：

上一步骤所述齿轮类零件焊接完成后，立即旋转焊接变位机翻转轴，使固定于变位机回转工作台上的所述齿轮类零件水平放置，常温空冷至室温，需要注意的是冷却期间所述齿轮类零件切勿接触水、油或任何液体；

I、机加：

用机械加工的方法将所述齿轮类零件的内径加工到零件设计的技术要求尺寸，获取所述具有减摩层的成品齿轮类零件。

2.根据权利要求1所述的用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，其特征是: 所述机械清理：使用钢丝刷和20号砂纸打磨齿轮类零件内孔待焊部位表面，去除表面氧化物及污物，以露出金属光泽为宜。

3.根据权利要求1所述的用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，其特征是:所述火焰清除：使用氧乙炔烤枪，调至中性焰或碳化焰，枪口距齿轮类零件内孔待焊部位表面100mm～200mm之间，温度控制在300℃～400℃之间，对齿轮类零件内孔面待焊部位烘烤5～10分钟之间，在齿轮类零件内孔表面由黄变蓝时停止加热，控制表面不出现严重氧化现象，空冷至少5分钟后再次加热，加热规范及方式同前，去除齿轮类零件表面潮气，并将齿轮类零件在机械加工时渗入在基体浅层的切削液“此处的切削液涵盖机械加工用的合成切削液，微乳化切削液，乳化油类物质”和水清除干净。

4.根据权利要求1所述的用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，其特征是:所述化学清洗：使用工业纯丙酮或三氯乙烯进行清洗，去除齿轮类零件内孔待焊部位表面的油污及杂质。

5.根据权利要求1所述的用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，其特征是:所述步骤D）、E）、F）中，焊丝直径φ 1.2mm，保护气体为纯度在99.9% 以上氩气，气体流量为5 L/min～20 L/min；焊接要求：通过红外测温仪控制焊接部位基体的温度为1200℃～

1400℃之间；控制齿根部温度不大于500℃；自最低点起弧时，可考虑为了削弱曲面对熔池金属流动的影响，放15mm～40mm的偏置距。

说明书

一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法

[0001] 【技术领域】

[0002] 本发明属于金属表面堆焊制备抗黏着磨损材料层的技术领域，尤其涉及一种在材质为低碳合金钢的齿部已淬火的齿轮类零件内孔表面制作减摩层的方法，具体涉及一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法。

[0003] 【背景技术】

[0004] 机械制造中，经常需要在二个相对滑动的零件表面制备减摩层，降低摩擦损耗，提高摩擦副使用效率，提高零件的工作性能，延长其使用寿命，最终保证设备的高性能运行。减摩层优化了摩擦学性能，可使摩擦因数值较低且在摩擦过程中变化幅度很小，从而得到了广泛的应用。例如，在各行业得到广泛使用的机械传动变速箱，其变速齿轮需在轴上频繁滑动以获得不同的速比，滑动轻巧平稳是保证变速轻巧稳定、低噪的重要因素之一；因此常在变速齿轮内孔表面制备减摩层，以获得良好的变速和传动效果。

[0005] 经过技术检索发现近几年，对减摩层的制备方法研究较多。目前，在齿轮类零件的内孔表面制备减摩层的方法，主要有以下两种：

[0006] A、机械装配法：

[0007] 结合说明书附图的图1或2所示结构，这种方法是制作一个外径∮2' 与齿轮（1）内孔径∮2呈过盈配合的减摩套（2），两零件宽度t一致。然后用外力及钳工装配工具将其顶入齿轮（1）内孔中，使减摩套（2）镶于齿轮零件（1）内孔，调整两零件端面平齐，最后从该装配合件的一端面a或b用数个紧定螺钉（3）沿两零件接合处δ圆周均匀分布，骑缝固定“也就是紧定螺钉（3）的螺孔分别设置在减摩套（2）外部面和齿轮（1）的内孔壁上”。

[0008] 这种方法的特点在于：全部制作过程仅涉及机械加工工艺和装配工艺，操作工技术水平的高低对产品质量的影响不大，并可批量生产，流水线作业，在实际生产中得到广泛应用。

[0009] 然而，不足之处在于：前述方法中的减摩套是作为单独设计的零件，通过机械加工获得的，且该法只适宜于齿轮内径小于等于φ 300mm的小齿轮等，齿轮内径尺寸大于φ300mm时，存在大径薄壁的减摩套难制做、装配质量难以保证，主要表现为易松动、减摩套变形，影响精度和加工质量等缺点。

[0010] B、熔化堆焊法：

[0011] 该方法是在齿轮内孔表面用堆焊的方法制备一定厚度的减摩层，然后再用机械加工的方法将齿轮内径加工到所需的零件技术要求尺寸。

[0012] 这种方法的特点在于：熔化堆焊法可使减摩层与齿轮基体结合更可靠。目前应用主要是手工电弧焊和TIG焊。相较手工电弧焊而言，TIG焊保护效果好，可见度高，电弧稳定，飞溅小，堆焊层形状容易控制，制备的减摩层质量好。焊接时，电极和电弧区及熔化金属都处在氩气保护之中，与空气隔绝，因此基体金属与填充金属中的合金元素不易氧化烧损。TIG焊接时较低的稀释率也保证了焊接接头较好的结合性能。它是现今解决大中型铣削类齿轮零件内孔表面制备减摩层的一种有效加工方法。

[0013] 然而，不足之处在于：手工电弧焊熔化堆焊时热输入量大，控制不好易引起齿部变形，甚至于金相组织和机械性能亦发生变化；且基于降低热输入而采取的频繁的断续焊降低了生产效率。TIG焊由于熔池温度和热影响区温度高，对于齿部已淬火的齿轮类零件，极易使已淬火的齿部金相组织、加工尺寸和机械性能发生变化；同时，由于钨电极的载流能力有限，电弧功率受到限制，致使焊缝熔深浅，断续焊造成焊接速度低，甚至产生焊接缺陷，这样势必降低生产效率，且焊接质量很不稳定。

[0014] 需要进一步说明的是，上述两种焊接方法均为手工操作，焊工的操作技能水平直接影响到产品的质量，成品率不高且很难控制，最终导致生产效率及经济效益不可控。

[0015] 由上可知，上述两种在齿轮内孔表面制备减摩层的方法，虽然，在一定范围内存在着一些有益效果，也曾在实际的应用过程中作出过一些积极的贡献，但是，针对材质为低碳合金钢的、齿部已淬火的齿轮类零件的内孔表面减摩层的制备而言，如何在既能保证减摩层与基体可靠结合，又能保证在制备过程中齿部的几何尺寸、金相组织和机械性能不发生变化，同时还具有较高的生产效率，却至今未见突破，而此类零件在各个领域的使用却极为宽广，因而已成为亟待解决的难题。

[0016] 【发明内容】

[0017] 为克服背景技术不足，本发明公开了一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，本发明所述方法在材质为低碳合金钢的、齿部已淬火的齿轮类零件的内孔表面，通过采用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层方法，在保证减摩层与基体结合强度的同时，通过控制焊接时的热输入量，克服了减摩层熔敷效率低的问题，本发明所述方法保证了齿部的几何尺寸、金相组织和机械性能不发生变化，并且生产效率和经济效益显著提高。

[0018] 为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

[0019] 一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，包括采用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备齿轮类零件内孔表面减摩层，所述的MIG电子钎焊是一种基于溶解扩散焊的低能量MIG电子钎焊方法，在所述材质为低碳合金钢的齿部已淬火的齿轮类零件的内孔表面堆焊制备减摩层时，焊丝连续送进并熔化，而齿轮类零件基体界面未熔化，熔化的焊丝在齿轮类零件基体界面形成液膜，液膜原子向齿轮类零件基体扩散，而齿轮类零件基体原子向液膜内溶解与扩散，使熔化的焊丝与齿轮类零件基体形成互溶，实现焊丝与齿轮类零件二者原子间的良好结合，待液相凝固后形成牢固的结合层，此非稳态扩散过程易在表面及晶界优先进行，温度越高扩散过程进行的越快越充分。

[0020] 所述制备减摩层的具体方法，包括如下步骤：加工坡口→焊前清理→零件装夹固定→打底焊→填充焊→盖面焊→修型焊→焊后冷却→机加获取成品；

[0021] A、加工坡口：

[0022] 将齿轮类零件固定，采用常规车削设备，在齿轮类零件的内孔表面加工出“︻”梯形凹槽，槽深控制在1.0mm～2.5 mm之间，其中两侧倾角控制在25°与35°之间；

[0023] B、焊前清理：

[0024] 将前一步骤加工的齿轮类零件内孔面残留物进行清理，所述残留物包含加工时的毛刺、碎屑；

[0025] 所述残留物的清理包含机械清理、火焰清除或化学清洗三种方式；

[0026] 其中所述机械清理：使用钢丝刷和20号砂纸打磨齿轮类零件内孔待焊部位表面，去除表面氧化物及污物，以露出金属光泽为宜；

[0027] 其中所述火焰清除：使用氧乙炔烤枪，调至中性焰或碳化焰，枪口距齿轮类零件内孔待焊部位表面100mm～200mm之间，温度控制在300℃～400℃之间，对齿轮类零件内孔面待焊部位烘烤5～10分钟之间，在齿轮类零件内孔表面由黄变蓝时停止加热，控制表面不出现严重氧化现象，空冷至少5分钟后再次加热，加热规范及方式同前，去除齿轮类零件表面潮气，并将齿轮类零件在机械加工时渗入在基体浅层的切削液“此处的切削液涵盖机械加工用的合成切削液，微乳化切削液，乳化油类物质”和水清除干净；

[0028] 其中所述化学清洗：使用工业纯丙酮或三氯乙烯进行清洗，去除齿轮类零件内孔待焊部位表面的油污及杂质；

[0029] C、零件装夹固定：

[0030] 旋转焊接变位机翻转轴，使座式焊接变位机的回转工作台面处于水平位置，然后利用三爪卡盘及垫块将待焊齿轮类零件同样呈水平状态固定于焊接变位机回转工作台上，最后再次旋转焊接变位机翻转轴，使固定于焊接变位机回转工作台上的齿轮类零件呈竖直工作状态；

[0031] D、打底焊：

[0032] 使用低能量MIG电子钎焊完成减摩层的打底焊；

[0033] 其中，焊高为1 mm～2 mm之间，焊接电流为110A～130A之间，焊接电压为21V～23V之间，调整焊接变位机回转转速，使焊接速度控制在280cm/min～320 cm/min之间；

[0034] 进一步，焊第一道焊缝时，旋转焊接变位机翻转轴，使固定于焊接变位机回转工作台面上的齿轮类零件绕翻转轴逆时针倾斜5°～10°之间，自齿轮类零件内孔表面靠近回转工作台面的一侧“以下称之为内侧”最低点起弧，同时旋转齿轮类零件，沿齿轮类零件圆周方向焊接，此时注意观察基体表面，温度控制在1200℃～1400℃之间；

[0035] 进一步，焊完内侧第一道焊缝后“也就是齿轮类零件已旋转一周”，先旋转焊接变位机翻转轴，将齿轮类零件放置为垂直，再继续使齿轮类零件绕翻转轴顺时针倾斜5°～10°之间，在齿轮类零件内孔表面远离回转工作台面的另一侧“以下称之为外侧”最低点起弧，以与前述焊第一道焊缝相同的方式，沿齿轮类零件圆周方向焊接，焊完外侧第二道焊缝；

[0036] 其中，所述齿轮类零件内孔表面出现较宽“宽度在20mm以上”现象时，需在内侧、外侧焊缝之间继续堆焊；旋转焊接变位机翻转轴，将齿轮类零件放垂直焊接；自齿轮类零件内孔表面第一、二道焊缝中间最低点起弧，以与前述焊第一道焊缝相同的方式，沿齿轮类零件圆周方向焊接，焊完第三道打底焊缝；依次类推，逐步焊完打底的所有焊道，此时注意观察基体表面，保证连续性和焊接的无间隔或局部出现堆焊造成焊点过高；

[0037] E、填充焊：

[0038] 使用低能量MIG电子钎焊完成减摩层中间层的熔敷；旋转焊接变位机翻转轴，将所述齿轮类零件垂直放置，使前一步骤中第一、二道焊缝起弧点的中间位置处于最低点，将电弧主要对着前两道焊缝中间熔敷层，自最低点开始，以与前述步骤中同样方式焊接中间层填充焊缝，这时要注意观察第一、二道焊缝熔敷层表面，温度控制在1200℃～1400℃之间；此步骤可适当增大焊接电流为125A～145A，焊接电压为22V～24V，焊接速度控制在260cm/min～300 cm/min之间；

[0039] F、盖面焊：

[0040] 焊接方法为低能量MIG电子钎焊；减小焊接电流为120A～140A，焊接电压调整为26V～28V，焊接速度控制在250cm/min～280 cm/min之间；旋转所述齿轮类零件，使前三道焊缝的起弧点均处于最低点；

[0041] 进一步，焊盖面焊第一道焊缝；旋转焊接变位机翻转轴，使齿轮类零件绕翻转轴逆时针倾斜5°～10°之间，从步骤D）、步骤E）两道焊缝中间熔敷层最低点起弧，开始旋转所述齿轮类零件，沿所述齿轮类零件圆周方向焊接；盖面焊第一道焊缝应始终盖住打底焊第一道焊缝及其与填充焊焊缝的接缝；此时注意观察基体表面，温度控制在1200℃～1400℃之间；

[0042] 进一步，焊盖面焊第二道焊缝；先旋转焊接变位机翻转轴，将齿轮类零件放垂直，再继续使所述齿轮类零件绕翻转轴顺时针倾斜5°～10°之间，在步骤D）、步骤E）两道焊缝中间熔敷层最低点起弧，以与盖面焊第一道焊缝为相同的方式，沿所述齿轮类零件圆周方向焊接，焊完盖面焊第二道焊缝；同样，盖面焊第二道焊缝应始终盖住打底焊第二道焊缝及其与填充焊焊缝的接缝；

[0043] G、修型焊：

[0044] 采用TIG焊重熔修整焊缝表面，不加填充丝；将电弧主要对着所述齿轮类零件内孔表面熔敷层中间部位，摆动焊枪，摆幅3 mm～5 mm，保证焊高均匀，减摩层厚为5～7 mm；焊接电流为120A～140A，钨极直径φ 4mm，保护气体为纯度在99.9% 以上氩气，气体流量为12 L/min～16 L/min；

[0045] H、焊后冷却：

[0046] 上一步骤所述齿轮类零件焊接完成后，立即旋转焊接变位机翻转轴，使固定于变位机回转工作台上的所述齿轮类零件水平放置，常温空冷至室温，需要注意的是冷却期间所述齿轮类零件切勿接触水、油或任何液体；

[0047] I、机加：

[0048] 用机械加工的方法将所述齿轮类零件的内径加工到零件设计的技术要求尺寸，获取所述具有减摩层的成品齿轮类零件。

[0049] 进一步，所述步骤D）、E）、F）中，焊丝直径φ 1.2mm，保护气体为纯度在99.9% 以上氩气，气体流量为5 L/min～20 L/min；

[0050] 进一步，焊接要求：通过红外测温仪控制焊接部位基体的温度为1200℃～1400℃之间；控制齿根部温度不大于500℃；自最低点起弧时，可考虑为了削弱曲面对熔池金属流动的影响，放15mm～40mm的偏置距。

[0051] 由于采用以上所述的技术方案，本发明可达到以下有益效果：

[0052] 1、本发明所述的一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，由于采用了基于溶解扩散焊的低能量MIG电子钎焊技术，有效减少了焊接热应力，降低了热输入量与变形，可保证已加工好的齿轮、特别是齿部的金相组织、机械性能和几何尺寸不发生变化；

[0053] 2、本发明所述的一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，将齿轮内孔加工“︻”梯形凹槽坡口，焊前清理待焊区域，焊接时将齿轮倾斜一定角度（类似船形焊），在焊接过程中通过调节焊接规范，使制备出来的减摩层形状易控制，成型饱满，并与基体结合牢固；

[0054] 3、本发明所述的一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，采用低能量MIG电子钎焊技术进行堆焊，可有效控制焊接时的热输入量；且由于用焊丝作电极，可采用高密度电流，因而填充金属熔敷速度快，且熔敷效率高，实际应用证明可进行连续焊接操作，在此基础上采用自动控制，可用于大批量生产，生产效率比TIG焊高至少提高2倍以上，经济效益亦显著提高，具有可推广的价值。

[0055] 【附图说明】

[0056] 图1为现有齿轮压装减摩套结构示意图；

[0057] 图2 为图1的A向视图；

[0058] 图3为本发明齿轮工艺槽加工示意图；

[0059] 图4为图3的B向视图；

[0060] 图5为本发明齿轮固定于焊接变位机回转工作台面示意图；

[0061] 图6为图5的C向视图；

[0062] 图7为本发明齿轮向内侧倾斜焊接位置示意图；

[0063] 图8为图7的局部Ⅰ放大图；

[0064] 图9为本发明齿轮向外侧倾斜焊接位置示意图；

[0065] 图10为图9的局部Ⅱ放大图；

[0066] 图11为本发明齿轮堆焊减摩层示意图；

[0067] 图12为图11的 D-D剖视图。

[0068] 图中：1、齿部已淬火齿轮；2、减摩套；3、紧定螺钉；4、已加工工艺槽齿轮；5、座式焊接变位机；5a、焊接变位机翻转轴；6、焊接变位机回转工作台；7、三爪卡盘；8、卡爪；9、垫块；10、焊接变位机控制箱；11、铝青铜焊丝；12、减摩材料堆焊层；12a、第一道焊缝；12b、第二道焊缝；12c、第三道焊缝；12d、第四道焊缝；12e、第五道焊缝；12f、TIG焊重熔修整层。

[0069] 为了更清楚的解释图中术语，所述：∮1、表示减摩套内径尺寸；∮2、表示机械装配法齿轮内径尺寸；∮3、表示齿轮外径尺寸；∮4、表示堆焊法齿轮内径尺寸； ∮2'、表示减摩套外径尺寸；t、表示齿轮宽度尺寸；h1、表示工艺槽槽深；h2、表示打底焊焊高；h3、表示减摩层厚度；γ、表示工艺槽倾角；α、β、表示分别为齿轮焊接时倾斜角；θ、η、表示分别为表示变位机工作台倾斜方向；λ、ω、表示分别为变位机工作台回转方向；δ、表示齿轮与减摩套接合处；a、b表示分别为齿轮端面；Q、表示齿轮内孔表面；Q1、表示熔敷层表面；Z、表示齿轮Z向中心轴；O、表示焊缝起弧最低点；O1、O2、O3、O4、O5、表示分别为各道焊缝起弧点标记。

[0070] 进一步：图中∮1为拥有减摩层的齿轮内径尺寸，即不论用何种方法在齿轮内孔表面制备减摩层后，与另一零件相配套达到工作状态所需的技术要求尺寸；

[0071] 进一步：图中∮2 /∮2' 为机械装配法时，齿轮内径尺寸∮2和与其呈过盈配合的减摩套外径尺寸∮2' ，两尺寸公称尺寸相同，公差为过盈公差。

[0072] 【具体实施方式】

[0073] 公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。通过下面的实施实例可以更详细的解释本发明。

[0074] 结合附图3～10中所述的用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，用低能量MIG电子钎焊及TIG焊复合制备齿轮内孔表面减摩层，具体涉及：已加工坡口齿轮4、座式焊接变位机5、焊接变位机翻转轴5a、焊接变位机回转工作台6、三爪卡盘7、卡爪8、垫块9、焊接变位机控制箱10。

[0075] 需要说明的是，下述实施例中以齿轮作为工件给出一个实施例，但是本发明下述的齿轮并不是对于本发明的限定，仅作为可行的实施例作为本领域对于本发明所述方法的理解。

[0076] 下面以齿轮作为对象进行解释本发明的步骤，工作时的前期准备工序，先将三爪卡盘7固定于焊接变位机回转工作台6上，再用卡爪8将已加工坡口齿轮4卡紧；垫块9置于卡爪8与已加工坡口齿轮4的齿之间，防止已加工坡口齿轮4的齿被卡损坏；通过焊接变位机控制箱10来操纵座式焊接变位机5，使所述置于其回转工作台6上的已加工坡口齿轮4可绕焊接变位机翻转轴5a倾斜，形成最佳施焊角度；同时，控制已加工坡口齿轮4回转速度，保证焊接质量。

[0077] 所述的一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，采用低能量MIG电子钎焊及TIG焊复合制备齿轮内孔表面减摩层，步骤如下：

[0078] 1）、加工坡口，见附图3和4中给出的实施例，用机械加工的方法，在齿轮内孔表面Q加工“︻”梯形凹槽，槽深h1为2mm，倾角γ为30°，形成已加工坡口齿轮4； [0079] 2）、焊前清理，将上一步骤获取的所述已加工坡口齿轮4的内孔表面Q待焊部位及其周围进行清理，所述清理步骤包含机械清理、火焰清除和化学清洗等多种方式，下面列举三种仅作为参考清理实施例；

[0080] 2.1）、其中机械清理：即用钢丝刷和20号砂纸打磨已加工坡口齿轮4的内孔待焊部位表面Q，去除表面氧化物等污物，露出金属光泽；

[0081] 2.2）、火焰清除：使用氧乙炔烤枪，调至中性焰或碳化焰，枪口距已加工坡口齿轮4的内孔待焊部位表面100mm～200mm之间，温度控制在300℃～400℃之间，对已加工坡口齿轮4内孔面Q待焊部位烘烤5～10分钟，在已加工坡口齿轮4的内孔待焊部位表面由黄变蓝时停止加热，控制表面不出现严重氧化现象，空冷5分钟后再次加热，加热规范及方式同前，去除已加工坡口齿轮4的内孔待焊部位潮气，并将已加工坡口齿轮4在机械加工时渗入在基体浅层的切削液“此处的切削液涵盖机械加工用的合成切削液，微乳化切削液，乳化油类”和水等液体清除；

[0082] 2.3）、化学清洗：即用工业纯丙酮或三氯乙烯清洗，彻底去除已加工坡口齿轮4内孔待焊部位表面Q的油污、氧化皮、锈蚀等污垢及杂质；

[0083] 3）、零件装夹固定，将上一步骤清理后的已加工坡口齿轮4结合附图5和6中给出的实施例，旋转焊接变位机翻转轴5a，使座式焊接变位机5的回转工作台6处于水平位置，使用三爪卡盘7及垫块9将待焊的已加工坡口齿轮4同样呈水平状态固定于变位机回转工作台6上，最后再次旋转焊接变位机翻转轴5a，使固定于变位机回转工作台6上的已加工坡口齿轮4呈竖直工作状态；

[0084] 4）、打底焊，将固定于焊接变位机回转工作台6上的已加工坡口齿轮4用低能量MIG电子钎焊完成减摩层的打底焊；焊高h2约为1 mm～2 mm；结合附图7和8中给出的实施例，旋转焊接变位机翻转轴5a，使已加工坡口齿轮4沿θ方向倾斜α角度，即5°～10°，自已加工坡口齿轮4内孔表面靠近焊接变位机回转工作台6的一侧“以下称为内侧”最低点O1起弧，同时旋转已加工坡口齿轮4，沿λ或ω圆周方向焊接，此时需要注意观察已加工坡口齿轮4基体表面Q，温度控制在即将产生镜面效果即可；焊完内侧第一道焊缝
12a后，旋转焊接变位机翻转轴5a，先将已加工坡口齿轮4放垂直，再继续使所述已加工坡口齿轮4沿η方向倾斜β角度，同样为5°～10°，结合附图9和10中给出的实施例，在已加工坡口齿轮4内孔表面远离焊接变位机回转工作台6的一侧“以下称为外侧”最低点O2起弧，以与第一道焊缝12a相同的方式，沿λ或ω圆周方向焊接，焊完外侧第二道焊缝
12b；其中，焊接电流为110A～130A，焊接电压为21V～23V，齿轮旋转速度为0.33rpm～
0.37rpm；

[0085] 5）、填充焊，将上一步骤经过打底焊的已加工坡口齿轮4用低能量MIG电子钎焊完成减摩层中间层的熔敷；结合附图5、6和12中给出的实施例，将已加工坡口齿轮4垂直放置，使所述步骤4）中的第一、二道焊缝起弧点O1 、O2均处于最低点，将电弧主要对着前两道焊缝12a、12b中间熔敷层，自最低点O3开始，以与步骤4）中同样方式焊接第三道焊缝12c，这时要注意观察第一、二道焊缝熔敷层表面Q1，温度控制在即将产生镜面效果；此步骤可适当增大焊接电流为125A～145A，焊接电压为22V～24V，已加工坡口齿轮4旋转速度则降为0.30rpm～0.35rpm；

[0086] 6）、盖面焊，将上一步骤经过打底焊、填充焊的已加工坡口齿轮4使用低能量MIG电子钎焊的焊接方法；减小焊接电流为120A～140A，焊接电压调整为26V～28V，已加工坡口齿轮4旋转速度调整为0.29rpm～0.33rpm；结合附图7、8和12中给出的实施例，旋转已加工坡口齿轮4，使前三道焊缝12a、12b、12c的起弧点均处于最低点，旋转焊接变位机翻转轴5a，使已加工坡口齿轮4沿θ方向倾斜α角度，即5°～10°，从第一道焊缝12a、第三道焊缝12c的中间熔敷层最低点O4起弧，开始圆周焊，第四道焊缝12d应始终盖住第一道焊缝12a及其与第三道焊缝12c的接缝；焊完一周后，旋转焊接变位机翻转轴5a，结合附图9、10和12中给出的实施例，使已加工坡口齿轮沿η方向倾斜β角度，同样为5°～10°，在第二道焊缝12b、第三道焊缝12c的中间熔敷层最低点O5起弧，开始圆周焊第五道焊缝12e；同样，第五道焊缝12e应始终盖住第二道焊缝12b及其与第三道焊缝12c的接缝；
第四道焊缝12d、第五道焊缝12e需要注意堆焊出两端面所需的棱角；

[0087] 7）修型焊，将上一步骤经过打底焊、填充焊和盖面焊的已加工坡口齿轮4采用TIG焊重熔修整焊缝表面12f，不加填充丝；结合附图11和12中给出的实施例，将电弧主要对着已加工坡口齿轮4内孔表面熔敷层中间部位，摆动焊枪，摆幅3 mm～5 mm，保证焊高均匀，减摩合金层厚h3为5mm～7 mm；焊接电流为120A～140A，钨极直径φ 4mm，保护气体为纯度大于99.9% 氩气，气体流量为12 L/min～16 L/min；

[0088] 8）焊后冷却，将上一步骤所述已加工坡口齿轮4经过打底焊、填充焊、盖面焊和修型焊的焊后齿轮，需要立即旋转焊接变位机翻转轴5a，使固定于变位机回转工作台6上的所述焊后齿轮水平放置，常温空冷至室温，需要注意的是冷却期间所述齿轮4切勿接触水、油或任何液体；

[0089] 9）机加，用机械加工的方法将所述焊后齿轮内径加工到零件技术要求尺寸∮1，获取所述具有减摩层的工件。

[0090] 其中前述步骤的步骤4）、5）、6）中，焊丝直径φ 1.2mm，保护气体为纯度大于99.9% 氩气，气体流量为5 L/min～20L/min；焊接要求：通过红外测温仪控制焊接部位基体的温度为1200℃～1400℃之间；控制齿根部温度不大于500℃；自最低点起弧时，可考虑为了削弱曲面对熔池金属流动的影响，放15mm～40mm的偏置距。

[0091] 下面给出另一实施例；继续以附图例形式说明本发明所述一种用MIG电子钎焊及TIG焊复合制备减摩层的方法，用低能量MIG电子钎焊及TIG焊复合制备齿轮内孔表面减摩层。

[0092] 型号ZBXG160A-43卧式双面组合铣床削头齿轮，齿轮材质：20CrMnTi；齿轮外径∮3：φ 360 mm；内径∮4：φ 265 mm，宽度t：20 mm；齿部已渗碳淬火，硬度：HRC56～HRC62；齿轮内径最终技术要求尺寸∮1：φ 260 mm；

[0093] 本发明另一实施方式为在齿轮内孔表面用铝青铜焊丝S214堆焊5mm～7 mm厚减摩合金材料层12。此时，焊丝直径φ 1.2mm，保护气体为纯度大于99.9% 氩气，气体流量为6 L/min～8 L/min；

[0094] 检查所选用配套工装设备，及已经安装好三爪卡盘7的座式焊接变位机5连接正确，完好无误；开启电源，旋转所述座式焊接变位机5的焊接变位机翻转轴5a，使所述焊接变位机回转工作台6处于水平位置；

[0095] 本发明的下述实施例中所选用焊机为德国克鲁斯焊接技术有限公司设计制造的一款集焊接电源/送丝机于一体的全数字化逆变式脉冲MIG/MAG多功能冷弧焊机GLC333MC4“气保焊机”，焊枪是该焊机专配的MIG焊枪；运用该焊机的“冷弧焊”技术进行低能量MIG电子钎焊，用在齿轮类零件内孔表面堆焊制备减摩合金层，其结合强度和各项机械性能指标足以满足齿轮类零件的工作性能要求；由于所述全数字化逆变式脉冲MIG/MAG多功能冷弧焊机GLC333MC4的焊接电弧较为稳定，热量集中、飞溅少、可见度好、堆焊层形状容易控制，本发明作为首选，但是本发明不排除类似的进口国国产机型；

[0096] 具体步骤如下：

[0097] 1）、加工坡口，结合附图见图3或4，用机械加工的方法，在齿轮内孔表面Q加工“︻”梯形凹槽，此例中建议槽深h1为2mm，倾角γ为30°；加工“︻”梯形凹槽坡口可使已加工坡口齿轮4堆焊层两边“齿轮端面”成型饱满；

[0098] 2）、焊前清理，即对已加工坡口齿轮4的内孔表面Q待焊部位及其周围进行清理；焊前清理待焊区域，可保证减摩合金层与基体结合牢固；

[0099] 2.1）、机械清理：即用钢丝刷和20号砂纸打磨已加工坡口齿轮4内孔待焊部位表面Q，去除表面氧化物及污物，露出金属光泽；

[0100] 2.2）、火焰清除：使用氧乙炔烤枪，调至中性焰或碳化焰，枪口距已加工坡口齿轮4内孔待焊部位表面100mm～200mm之间，温度控制在300℃～400℃之间，对已加工坡口齿轮4内孔面Q待焊部位烘烤5～10分钟，在已加工坡口齿轮4内孔待焊部位表面Q由黄变蓝时停止加热，控制表面不出项严重氧化现象，空冷5分钟后再次加热，加热规范及方式同前，去除已加工坡口齿轮4内孔待焊部位潮气，并将已加工坡口齿轮4在机械加工时渗入在基体浅层的切削液、水等清除；

[0101] 2.3）、化学清洗：即用工业纯丙酮清洗或三氯乙烯清洗，彻底去除已加工坡口齿轮4内孔待焊部位表面Q的油污、氧化皮、锈蚀等污垢及杂质；

[0102] 3）、装夹已加工坡口齿轮4，结合附图5或6，将已加工坡口的齿轮4水平放置于座式焊接变位机5同样呈水平状态的回转工作台6面上，用三爪卡盘7夹紧所述已加工坡口齿轮4,并使用垫块9置于卡爪8与已加工坡口齿轮4的齿之间，防止已加工坡口齿轮4的齿被卡损坏；再次旋转焊接变位机翻转轴5a，使固定于变位机回转工作台6上的已加工坡口齿轮4呈竖直工作状态；使用座式焊接变位机5，并用三爪卡盘7固定所述已加工坡口齿轮4，是与低能量MIG电子钎焊技术可进行连续焊接操作相适应，易于实现自动化焊接；

[0103] 4）、打底焊，即用低能量MIG电子钎焊完成减摩材料堆焊层12的打底焊；焊高h2约为1 mm～2 mm；具体见附图7、8给出的方式，旋转焊接变位机翻转轴5a，使所述已加工坡口齿轮4沿θ方向倾斜α角度，本例为5°～10° ，自已加工坡口齿轮4内孔表面靠近焊接变位机回转工作台6的一侧“以下称为内侧”最低点O1起弧，同时旋转已加工坡口齿轮4，沿λ或ω圆周方向“需要说明的是此旋转方向按操作工的施焊方式而定，应使保护气体对高温焊道进行保护”焊接，此时注意观察基体表面Q，温度控制在即将产生镜面效果即可；焊完内侧第一道焊缝12a后“此时齿轮4应已旋转一周”，旋转焊接变位机翻转轴5a，先将齿轮放垂直，再继续使已加工坡口齿轮4沿η方向倾斜β角度，同样为5°～10°，具体见附图9、图10，在已加工坡口齿轮4内孔表面远离焊接变位机回转工作台6的一侧“以下称为外侧”最低点O2起弧，以与第一道焊缝12a相同的方式，沿λ或ω圆周方向焊接，焊完外侧第二道焊缝12b；其中，焊接电流为110A～130A，焊接电压为21V～23V，已加工坡口齿轮4的旋转速度为0.33rpm～0.37rpm；焊接时将已加工坡口齿轮4沿θ或η方向倾斜α或β角度，类似船形焊，可使堆焊层两边“齿轮端面”成型饱满； [0104] 5）、填充焊，继续以小规范焊接的方式，使用低能量MIG电子钎焊完成减摩合金层中间层的熔敷；将已加工坡口齿轮4垂直放置，结合附图5、6和12，使步骤4）中第一、二道焊缝起弧点O1 、O2均处于最低点，将电弧主要对着前两道第一道焊缝12a和第二道焊缝12b的中间熔敷层，自最低点O3开始，以步骤4）同样方法焊接第三道焊缝12c，这时要注意观察第一、二道焊缝熔敷层表面Q1，温度控制在即将产生镜面效果；此步骤可适当增大焊接电流为125A～145A，焊接电压为22V～24V，已加工坡口齿轮4旋转速度则降为0.30rpm～0.35rpm；

[0105] 6）、盖面焊，焊接方法为低能量MIG电子钎焊；减小焊接电流为120A～140A，焊接电压调整为26V～28V，已加工坡口齿轮4旋转速度调整为0.29rpm～0.33rpm；旋转所述已加工坡口齿轮4，使前三道焊缝所述的第一道焊缝12a、第二道焊缝12b、第三道焊缝12c的起弧点均处于最低点，结合附图7、8和12，旋转焊接变位机翻转轴5a，使已加工坡口齿轮4沿θ方向倾斜α角度，本例为5°～10°，从第一道焊缝12a和第三道焊缝12c的中间熔敷层最低点O4起弧，开始圆周焊，第四道焊缝12d应始终盖住第一道焊缝12a及其与第三道焊缝12c的接缝；一周焊完后，结合附图9、10和12，旋转焊接变位机翻转轴5a，使所述已加工坡口齿轮4沿η方向倾斜β角度，同样为5°～10°，在第二道焊缝12b、第三道焊缝12c的中间熔敷层最低点O5起弧，开始圆周焊第五道焊缝12e；同样，第五道焊缝12e应始终盖住第二道焊缝12b及其与第三道焊缝12c的接缝；第四道焊缝12d、第五道焊缝12e要注意堆焊出两端面所需的棱角；

[0106] 7）、修整焊缝成型；结合附图11、12，采用TIG焊重熔修整焊缝表面12f，不加填充丝；将电弧主要对着已加工坡口齿轮4内孔表面熔敷层中间部位，摆动焊枪，摆幅3 mm～5 mm，保证焊高均匀，减摩合金层厚h3为5mm～7 mm；焊接电流为120A～140A，钨极直径φ4mm，保护气体为纯度大于99.9% 氩气，气体流量为12 L/min～16 L/min；TIG焊重熔修整焊缝表面，不加填充丝，焊接时采用合理摆枪、快速焊接等工艺措施，可保证堆焊层的厚度及成型均匀；

[0107] 8）、焊后冷却，将上一步骤所述已加工坡口齿轮4经过打底焊、填充焊、盖面焊和修型焊的焊后齿轮，需要立即旋转焊接变位机翻转轴5a，使固定于变位机回转工作台上的焊后齿轮水平放置，空冷，冷至室温前切勿接触水、油等液体；

[0108] 9）、机加，用机械加工的方法将焊后齿轮内径加工到零件设计要求尺寸∮1获取所述具有减摩层的工件。

[0109] 为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

[0110] 本发明未详述部分为现有技术。