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1）為防止焊接裂紋，主要采取以下工藝措施：
(1)預熱 預熱是防止裂紋的有效措施，預熱溫度的確定主要考慮鋼材的焊接性，焊前應做如下試驗。
a)根據(jù)鋼材化學成分計算其碳當量。
b)用剛性拘束試驗方法測定鋼材裂紋敏感性。
c)不同熱輸入條件下測定焊接接頭的力學性能(主要是沖擊韌度)，熱影響區(qū)金相組織及硬度分析。
通過上述綜合試驗結果確定焊接預熱溫度及焊接工藝參數(shù)，中碳合金結構鋼預熱溫度參考值見表39。
表39 中碳合金結構鋼預熱溫度推薦值
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鋼號 |
最低預熱溫度 |
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厚度<20mm |
厚度=20～50mm |
厚度>50mm |
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20CrNiMoH |
90 |
150 |
200 |
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40CrNiMoH |
280 |
320 |
370 |
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42CrMnMoH |
280 |
320 |
370 |
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30CrMoH |
150 |
180 |
200 |
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20CrNi2MoH |
150 |
180 |
200 |
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40CrMnMoH |
260 |
320 |
370 |
(2)焊接方法選擇 根據(jù)結構型式、尺寸以及生產(chǎn)的具體條件，按表40選擇焊接方法，
表40 焊接方法比較
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焊接方法 |
優(yōu) 點 |
缺 點 |
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手工電弧焊 |
操作靈活，運用于小型齒輪焊接 |
焊接接頭多，焊縫續(xù)不均勻，勞動條件差，效率低。 |
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埋弧自功焊 |
焊縫成形美觀，效率高，適用于大型齒輪焊接 |
可見度差、熱影響區(qū)性能偏低 |
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O2氣體保護焊 |
熔深大、效率高、價格便宜易于實現(xiàn)機械化、自動化 |
飛濺大，焊縫成形差 |
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藥芯焊絲CO2氣體保護焊 |
效率高，焊縫成形美觀、接頭塑、韌性高 |
煙塵大 |
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Ar80%十CO220%合氣體保護焊 |
形美觀，接頭塑、韌性高 |
需增加配比器、氬氣價格高 |
(3)焊接材料選擇 焊接齒坯主環(huán)縫共兩種，—種為輪緣與腹板的連接焊縫(對接或角接)，該焊縫是由碳合金結構鋼(輪緣)和低合金鋼〔腹板〕焊接而成；另一種環(huán)焊縫為腹板與輪緣連接焊縫，該焊縫是由低合金鋼(16Mn)和35或ZG35焊接而成。以上兩種焊縫均可采用與16Mn等強度的結構鋼焊接材料，既保證焊接接頭無裂紋，又可得到塑韌性好的焊縫，保證焊縫在動載情況下具有良好的承載能力。此外，在選擇焊接材料時（焊條，焊劑等)應優(yōu)先考慮用堿性焊條，并嚴格控制熔敷金屬中碳，硫、磷含量及擴散氫含量，以保證焊縫金屬具有優(yōu)良的韌性和抗裂件，
(4)焊接線能量及焊道排列 采用較小的線能量可防止母材中的碳熔入焊縫中，以防止焊縫增碳而導致產(chǎn)生裂紋，同時可防止熱影響區(qū)之高溫回火區(qū)軟化引起的強度、硬度降低。
采用多層多道焊接方法可改善熱影響區(qū)組織和性能，這種方法尤其適宜用氣體保護焊。
(5)后熱 焊后及時進行250～300℃／(1～2h)消氫處理，然后緩冷至室溫；
(6)焊后消除應力熱處理
2)減少焊接變形的工藝措施
(1)輪緣、腹板、輪毅三大零件加1：精度和配合公差均進行了標準化，世界各國有各自的標準，如美國某公司生產(chǎn)的挖掘機低速重載焊接齒輪裝配公關要求如腹板的外徑應比輪緣的內(nèi)徑小l.6mm，其公差為0.8mm，即輪緣與腹板焊前裝配聞隙為0.8～16mm。
腹板的內(nèi)徑等于輪毅外徑加上0.8～1.0mm。
由此可見，齒輪的裝配間隙比一般焊接件的裝配間隙小得多，這是防止變形的關鍵措施。
(2)裝配、焊接胎具化，在精度較高的胎具上進行裝配，并實現(xiàn)自動焊，可防止焊件變形，并具有提高生產(chǎn)效率和保證質(zhì)量的作用。
3)減少焊接應力的工藝措施
一、焊接應力 焊接過程中產(chǎn)生應力的主要原因與溫度梯度，應力與板材厚度和結構剛度有關,板材越厚，結構剛度越大，夾緊力或緊固力越高，內(nèi)應力越大。
應力的存在，易使焊接區(qū)產(chǎn)牛裂紋，并影響機械加工精度和尺寸穩(wěn)定性，對齒輪嚙合質(zhì)量和使用壽命是不利的。因此對精度要求高的齒輪構件降低焊接應力是十分重要的。焊接應力的消除應進行600℃高溫回火，而輪緣先凋質(zhì)后焊接的齒輪。焊后回火溫度只能低于調(diào)質(zhì)回火溫度30～50℃。否則會影響材料性能下降，達不到強度和硬度要求。故減少應力的辦法除焊后熱處理外，重要的是從焊接工藝措施上設法將應力降低到最低值。工藝措施如下：
(1)預熱和保溫狀態(tài)下焊接，可以防止因溫差造成的焊接應力，焊后緩冷同樣可達到減少應力效放果。
(2)固定齒輪的夾緊裝置，剛度要適中．以減少焊接應力。
(3)采用埋弧焊和氣體保護焊焊接方法，通過胎具化固定焊件及焊接機頭，焊件由變位器帶動旋轉(zhuǎn)，在給定的焊絲對中位置，焊接電流、電弧電壓和焊接速度的條件下，減少了引弧收弧停頓時間及可能引起的接頭處焊縫缺陷．使整條環(huán)形焊逢均勻一致．減少由于焊縫不均勻造成的收縮應力，
(4)每焊完一道環(huán)縫要及時進行敲渣并錘擊焊縫．以減少焊接應力。
(5)防止咬邊及搭接焊縫之間存在溝槽、避免局部應力集中
二、異種鋼相焊以及封閉焊縫所引起的應力 輪緣與腹板及腹板與輪轂之間焊縫均為厚板封閉焊縫,且被焊雙方材質(zhì)的化學成分、力學性能及線脹系數(shù)存在差異，在剛性拘束條件下焊接，易產(chǎn)生應力，導致焊接區(qū)開裂。生產(chǎn)中常用的方法有：
(1)焊前將線脹系數(shù)小的金屬(中碳合金鋼)預熱。
(2)加中間金屬過渡層的措施
故在齒輪焊接生產(chǎn)中，輪緣與腹板的焊接根據(jù)輪緣材料的碳當量、焊接性、力學性能及產(chǎn)品結構的不同分別選擇以下兩種不同的接頭型式:
a)在輪緣上堆焊過渡層，當輪緣材料含碳量較高，焊接性較差時，應先在輪緣上堆好 一層與腹板材料性能接近的熔敷金屬，這樣便把性能相差較大的異種鋼焊接改變?yōu)樾阅茌^為接近的兩種材料焊接．從而消除了焊接應力。
具體做法是堆焊的對輪緣進行預熱，預熱溫度參見表39及材料焊接性試驗結果而定．堆焊材料選用J507、H 08M r2SiA、H 08MnA等，堆焊方法優(yōu)先選用氣體保護焊及埋弧焊。
堆焊完成后，進行磁粉探傷及中間熱處理(該溫度比輪緣回火溫度低30℃～50℃，中間熱處理后，通過圓周8個點的位置測定堆焊層內(nèi)徑是否有加工余量，確認無誤后，對堆焊面進行機械加工，用砂輪打磨焊邊及焊瘤，堆焊表面機械加工后進行超聲波探傷及磁粉探傷檢查。檢查合格后的輪緣即可與腹板進行組裝焊接。
b)在輪緣上不進行堆焊，當輪緣材料含碳量較低，焊接性較好時，可不設置堆焊層，直接與腹板組裝焊接。
腹板與輪轂的焊接因其性能相差較小，故不必設置堆焊層，直接組焊即可。 | 
