一种激光焊接差速器总成的装配方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体提供了一种激光焊接差速器总成的装配方法。

背景技术

在汽车变速箱中，差速器总成用以实现差速转弯、传递扭矩，实现汽车驱动，具体的，扭矩需要从主减速从动齿轮传递到差速器，再通过差速器传递到半轴和车轮，以此实现汽车驱动。差速器总成中，主减速从动齿轮与差速器壳体之间的装配至关重要，目前主减速从动齿轮和差速器装配主要采用螺栓拧紧配合方式，存在如下缺点：

1、差速器壳体材料常使用铸铁材料，主减速从动齿轮常使用低碳钢材料，两种材料产品采用螺栓拧紧装配时，无论人工拧紧还是自动化设备拧紧都存在一定风险，拧紧装配时存在螺栓易松动、螺栓数量较多时装配效率低、产品重量大的问题；

2、螺栓孔加工时定位误差较大，生产成本较高，存在一定的装配难度，而且在运行中，螺栓承受较大剪切力，属于易损件，维修成本和更换成本较高。

为了避免螺栓拧紧装配方式的问题，现有技术中出现了激光焊接方式来对差速器总成中的差速器壳体和从动齿轮进行装配：

1、专利号为“202221037843.5”，专利名称为“一种激光焊接差速器总成的装配方法”的实用新型专利，包括左差壳、右差壳、从动锥齿轮和齿轮传动结构，左差壳和右差壳通过激光焊接构成中空壳体结构，从动锥齿轮与右差壳通过激光焊接连接，该方案通过采用激光焊接技术连接左、右差壳和从动锥齿轮，可省去连接螺栓，具有结构紧凑、重量较轻、制造工艺简单、本较低、提高主减传动效率等优点。

2、专利号为“202310271546.X”，专利名称为“径向差速器总成、装配方法及车辆”的发明专利申请，包括第一壳体、从动齿轮、第二壳体、齿轮传动结构、第一连接部、第一焊缝、第二连接部、第二焊缝，该方案可实现径向差速器总成的轻量化，提高结构强度，降低焊缝在后续使用中发生开裂和开焊的风险。

上述现有技术虽然可通过激光焊接技术实现差速器壳体与从动齿轮间的装配，可避免螺栓连接时的问题，但结构较复杂，仍然存在整体重量较大制、制造成本较高的问题。因此，如何设计一种结构简单、轻量化、成本低、工作效率高的激光焊接差速器总成装配方法，是当下亟需解决的问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种激光焊接差速器总成的装配方法，可解决了差速器总成的轻量化问题，降低生产成本，提升工作效率和使用可靠性。

本发明提供的一种激光焊接差速器总成的装配方法，具体为：在主减速从动齿轮与差速器壳体的连接处沿轴向开设焊接坡口，通过激光填丝焊接方式在焊接坡口处将主减速从动齿轮与差速器壳体进行焊接；将焊接坡口设为非对称式结构。

进一步地，激光填丝焊接中的焊丝为镍基焊丝。

进一步地，差速器壳体的材料为球墨铸铁，球墨铸铁的碳当量公式为：CE=C*P/Ni%/10+Mn/6+Si/24；

其中，P为珠光体含量，Ni%为使用的镍基焊丝中的Ni含量，C为碳元素，Mn为锰元素，Si为硅元素；

当CE≤0.4时，球墨铸铁的焊接性能良好。

当CE≥0.5时，球墨铸铁需预热焊接，焊接的温度不低于75℃。

进一步地，镍基焊丝中的镍成分≥60%。

进一步地，将焊接坡口设为非对称式的Y型坡口；Y型坡口包括位于开口端的齿轮侧坡面和壳体侧坡面，齿轮侧坡面和壳体侧坡面在远离开口的一侧交汇成沿轴向延伸的焊接通孔，齿轮侧坡面与焊接通孔孔壁之间的夹角、壳体侧坡面与焊接通孔孔壁之间的夹角不同。

进一步地，齿轮侧坡面与焊接通孔孔壁之间、壳体侧坡面与焊接通孔孔壁之间均通过圆弧过渡。

进一步地，齿轮侧坡面的开口处、壳体侧坡面的开口处均设有导向面，导向面从焊接坡口的内侧朝向外侧向远离焊接坡口中线L的一侧倾斜设置。

进一步地，齿轮侧坡面与焊接坡口的中线L之间的距离为d1，壳体侧坡面与焊接坡口的中线L之间的距离为d2，焊接坡口（3）的总距离为d，d1+d2=d，d1＞d2且d1=0.55d至0.9d。

进一步地，镍基焊丝的直径为K，d=0.8K至1.2K。

进一步地，壳体侧坡面一侧的导向面与焊接坡口中线L之间的夹角为β，齿轮侧坡面一侧的导向面与焊接坡口中线L的夹角为α，20°＜α＜80°、20°＜β＜80°。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

1、本方案的差速器总成中差速器壳体与主减速从动齿轮的装配采用激光填丝焊接技术，将球墨铸铁（差速器壳体的材质）和低碳钢（主减速从动齿轮的材质）两种不同材料焊接组合为整体，焊接方式为轴向焊接，坡口设置在轴向方向，焊接深度及宽度均可满足一般乘用车的使用要求，通用性强，可降低生产成本，实现轻量化，提升工作效率和使用可靠性。

2、由于差速器壳体材料的球墨铸铁具体牌号或种类较多，同一牌号的化学成分和组织成分也不完全相同，会造成差速器壳体侧焊接性能有明显差异，通常低合金钢焊接过程中使用碳当量来评价焊接性能，由于球墨铸铁的C含量明显高于低碳钢，同时采用镍基焊丝填丝焊，原有的碳当量计算公式不适用于球墨铸铁，本方案中球墨铸铁的碳当量公式是根据焊接性能得出的，可提高焊接性能，降低成本。

3、本方案中的焊接坡口为非对称的Y型坡口，与传统的对称式Y型坡口或V型坡口相比，可减小焊接变形，提高焊接效率，降低焊接成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的差速器总成的整体结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的差速器总成中差速器壳体与主减速从动齿轮的激光焊接结构示意图；

图3是碳当量计算数据表。

其中的附图标记包括：主减速从动齿轮1、差速器壳体2、焊接坡口3、齿轮侧坡面4、壳体侧坡面5、焊接通孔6、导向面7、差速器8、行星轴9、排气槽10、排气孔11。

具体实施方式

在下文中，将参考附图1-3描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1所示，差速器总成包括差速器8、差速器壳体2、主减速从动齿轮1等，差速器8内包括半轴齿轮、行星齿轮和行星轴9，图1中S所示即为行星轴9的中轴线，下述的轴向即为中轴线S的方向。

一种激光焊接差速器总成的装配方法，其中激光焊接的位置如图1中H处所示，激光焊接差速器总成的装配方法具体为：如图1、图2所示，在主减速从动齿轮1与差速器壳体2的连接处沿轴向开设焊接坡口3，通过激光填丝焊接方式在焊接坡口3处将主减速从动齿轮1与差速器壳体2进行焊接，激光填丝焊接中的焊丝为镍基焊丝，镍基焊丝中的镍成分≥60%。

差速器壳体2的材料为球墨铸铁，主减速从动齿轮1的材料为低碳钢，球墨铸铁的C含量高于低碳钢，同时采用Ni基焊丝填丝焊，原碳当量计算公式不适用于球墨铸铁，根据球墨铸铁的焊接性能总结出了新的碳当量公式为：CE=C*P/Ni%/10+Mn/6+Si/24，其中，P为珠光体含量，Ni%为使用的镍基焊丝中的Ni含量，C为碳元素，Mn为锰元素，Si为硅元素，当CE≤0.4时，球墨铸铁的焊接性能良好，当CE≥0.5时，球墨铸铁需预热焊接，焊接的温度不低于75℃。

图3示出了碳当量计算时的部分数据表，如图3所示，当CE=0.399375时，球墨铸铁的焊接性能良好，可进行焊接操作；当CE=0.41475时，根据实际情况决定是否球墨铸铁需预热焊接；当CE=0.502778时，球墨铸铁需预热焊接，焊接的温度不低于75℃。

如图2所示，将焊接坡口3设为非对称式结构，具体设为非对称式的Y型坡口，Y型坡口包括位于开口端的齿轮侧坡面4和壳体侧坡面5，齿轮侧坡面4和壳体侧坡面5在远离开口的一侧交汇成沿轴向延伸的焊接通孔6，焊接通孔6的末端连通有排气槽10，排气槽10连通有与外界连通的排气孔11，以便于将焊接过程中产生的热气排出，可减小焊接变形。

齿轮侧坡面4与焊接通孔6孔壁之间的夹角、壳体侧坡面5与焊接通孔6孔壁之间的夹角不同，以使得齿轮侧坡面4与壳体侧坡面5形成非对称式结构。齿轮侧坡面4与焊接通孔6孔壁之间、壳体侧坡面5与焊接通孔6孔壁之间均通过圆弧过渡，具体如图2中P处所示，齿轮侧坡面4与焊接通孔6孔壁之间、壳体侧坡面5与焊接通孔6孔壁之间均包括圆弧倒角R，由于球墨铸铁中珠光体含量较高，当激光能量聚焦在珠光体上时，化学组织极易转变成脆性渗碳体或莱氏体，形成裂纹，P处所示的两个弧倒角R可防止应力集中、防止碳集中，可避免或减小上述裂纹情况的发生。

如图2所示，齿轮侧坡面4的开口处、壳体侧坡面5的开口处均设有导向面7，导向面7从焊接坡口3的内侧朝向外侧向远离焊接坡口3中线L的一侧倾斜设置，导向面7的设置可有效降低珠光体组织的转变，进一步防止裂纹情况的发生。如图2所示，壳体侧坡面5一侧的导向面7与焊接坡口3中线L之间的夹角为β，齿轮侧坡面4一侧的导向面7与焊接坡口3中线L的夹角为α，20°＜α＜80°、20°＜β＜80°，α、β优选45°。

如图2所示，齿轮侧坡面4与焊接坡口3的中线L之间的距离为d1，壳体侧坡面5与焊接坡口3的中线L之间的距离为d2，焊接坡口3的总距离为d，d1+d2=d，d1＞d2，d1=0.55d至0.9d，焊接时，激光光斑主要集中在主减速从动齿轮1一侧，如若d为1cm，可设置d1为0.65mm，d2为0.35mm，也可设置d1为0.7mm，d2为0.3mm；若d为1.5cm，d1可设为0.9mm，d2为0.6mm，但不局限此比例的非对称坡口。同时，若镍基焊丝的直径为K，d=0.8K至1.2K，本实施例中，为了获得更好的焊接效果，将d设置成与镍基焊丝的直径K相同。本领域技术人员也可根据实际需求设置其他比例的非对称坡口。焊接坡口3的焊接深度d3为3-8mm，该焊接深度可满足一般乘用车的使用要求，具有较高的通用性。

同时，激光焊接时，采用轴向环槽激光焊接，焊接过程中定位工装同轴度≤0.1mm。焊接过程中有防护罩，防止飞溅进入差速器8内部或吸附到产品表面。焊接过程中采用氩气气体保护，保护气流量15L/min。主减速从动齿轮1与差速器壳体2定心过盈配合，以保证齿轮精度，主减速从动齿轮1与差速器壳体2焊接后再进行磨齿，可以进一步更好的保证齿轮精度。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。