摘要 ：采用光纤激光焊接方法进行重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮的焊接试验袁并进行显微组织尧力学性能尧疲劳性能和X 光无损检测与分析遥结果表明袁该接头成形性好尧无明显焊接缺陷尧力学性能和疲劳性能均较好袁接头的抗拉强度尧屈服强度尧伸长率和疲劳寿命分别达到母材的96.8%尧97.2%尧94.0%和91.5%。

      关键词：院光纤激光焊接；焊接接头；SAE8620H 钢双联齿轮；显微组织；疲劳性能

      作为一种重要的数控铣床零部件袁铣床齿轮的质量好坏袁尤其是其焊接接头的质量高低袁直接影响着数控机床的安全性尧稳定性和长期可靠性[1-2]遥因此袁提高铣床齿轮焊接接头的性能袁是铣床工程设计技术人员面临的一个重要技术课题遥光纤激光是新发展起来的一种具有更为广阔应用前景的激光技术袁它具有体积小尧电光转换效率高尧光束质量好尧泵浦源寿命长袁且在泵浦源和最终光学聚焦系统之间无需任何准直调节零件等优点[3-6]遥本文尝试采用光纤激光焊接方法进行重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮的焊接袁并对焊接接头的显微组织、拉伸性能和疲劳性能进行测试与分析。

       1 、试验材料与方法

      被焊母材为重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮袁采用EDX1800C 型X 射线荧光光谱仪和TY2000 型硫磷分析仪对母材进行化学成分测试

                表1 SAE8620H钢化学成分(质量分数袁%)

      采用IPGYLR-4000-S2 型4 kW 光纤激光器、ABB机器人进行重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮的光纤激光焊接，焊接过程中不开坡口也不需要额外填充焊丝袁主要依靠被焊母材的熔化来填充焊缝，激光束与试样法线方向的角度为10度采取氩气进行正面、背面以及高温熔池保护。重载数控铣床SAE8620H钢双联齿轮光纤激光焊接采用的主要焊接工艺参数如表2 所示遥图1所示为光纤激光焊接的重载数控铣床SAE8620H钢双联齿轮。

      采用PG-15 型金相显微镜观察焊接接头的显微组织袁并用高倍数码相机拍摄其宏观形貌；采用HT300 型X 光无损探伤设备进行内部缺陷检测；采用CMT4000 型电子万能试验机进行接头拉伸试验袁测试温度为室温袁并用JSM6510 型扫描电镜观察分析其断口形貌曰接头的疲劳试验在WPG-100KN型疲劳试验机上进行袁加载频率为50Hz的正弦波尧载荷比为0.1袁以试件完全断裂时的载荷循环数目定义为试件疲劳寿命。

   
                             表2 主要焊接工艺参数

      图1 光纤激光焊接的重载数控铣床SAE8620H钢双联齿轮

     
       2 、试验结果及讨论

       2.1 接头的宏观形貌和X光无损检测

      重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮光纤激光焊接接头的宏观形貌和X光无损检测结果分别如图2尧3 所示。可以看出：采用本试验工艺参数下的光纤激光焊接获得的重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮焊接接头成形状况较好袁无明显的孔洞、疏松、裂纹等焊接缺陷。

       
             图2 接头截面的宏观形貌

           
                              图3 接头的X 光无损检测结果

       2.2 接头的显微组织

      焊接接头的显微组织如图4 所示。可看出：SAE8620H钢双联齿轮母材的显微组织由F和P组成；其焊缝的显微组织较母材明显粗化;接头熔合区结合较好袁无明显的孔洞、裂纹等焊接缺陷。

     2.3 接头的力学性能

     重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮光纤激光焊接接头的室温力学性能测试结果院抗拉强度高达567MPa袁达到母材的96.8%袁接头效率达96.8% 屈服强度为459MPa袁达到母材的97.2%;伸长率为26.7%袁达到母材的94.0%遥由此可以看出袁在本试验工艺参数下袁重载数控铣床SAE8620H钢双联齿轮光纤激光焊接接头的成形质量高袁接头力学性能优良。

       
                                                    图4 焊接接头的显微组织

   
     图5 是母材及焊接接头的室温拉伸断口形貌SEM照片。可看出袁SAE8620H 钢双联齿轮母材及其光纤激光焊接接头的拉伸断口均由较多的细小韧窝和较少的撕裂棱组成，呈现出明显的韧性断裂特征。与母材相比袁焊接接头的部分韧窝尺寸稍有变大，撕裂棱稍多。这与接头的拉伸力学性能测试结果一致。

       
                       图5 母材及焊接接头的拉伸断口形貌SEM照片

      2.4 接头的疲劳性能
 

      SAE8620H钢双联齿轮母材及其光纤激光焊接接头的疲劳性能测试结果如图6所示遥可看出，与母材相比袁焊接接头的疲劳寿命有所降低，接头的平均疲劳寿命较母材从13400次减小至12255次，接头的疲劳寿命达到母材的91.5%，仍具有较好的疲劳性能。

       
                       图6 母材及焊接接头的疲劳性能测试结果
   

      3 、结论

     （1）采用光纤激光焊接方法袁可以使重载数控铣床SAE8620H 钢双联齿轮获得成形性好尧无明显焊接缺陷尧力学性能和疲劳性能均较好的焊接接头。
     （2）SAE8620H 钢双联齿轮光纤激光焊接接头的抗拉强度高达567MPa袁达到母材的96.8%袁接头效率达96.8%曰屈服强度为459MPa袁达到母材的97.2%曰伸长率为26.7%袁达到母材的94.0%。
     （3）虽然SAE8620H钢双联齿轮光纤激光焊接接头的疲劳寿命较母材有所降低袁但仍然高达母材的91.5%袁接头具有较好的疲劳性能。