從現(xiàn)階段火熱的新能源雙離合變速箱到傳統(tǒng)的AT自動(dòng)變速箱，汽車(chē)變速箱傳動(dòng)技術(shù)一直以來(lái)都是汽車(chē)行業(yè)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。汽車(chē)變速器內(nèi)中心軸回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的焊接總成通常包含：齒輪轂件、齒輪離合器件、中心軸齒轂總成、中心套齒轂總成、雙聯(lián)齒輪總成件、差速器總成件等核心傳動(dòng)部件。

由于機(jī)加工技術(shù)的局限性，變速器中形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的回轉(zhuǎn)類(lèi)零件很難甚至無(wú)法整體加工成單件。同時(shí)為了減少重量和體積、降低加工難度、節(jié)省原材料以節(jié)約成本，提高工藝性和生產(chǎn)效率，通常采用的是通過(guò)成兩個(gè)或兩個(gè)以上的單件經(jīng)焊接工藝組合成一個(gè)組件的制造方式進(jìn)行加工，焊接后要求強(qiáng)度高、變形小,且不破壞原材料性能。已經(jīng)應(yīng)用的焊接工藝包括：電阻焊、感應(yīng)焊、電子束焊、激光焊等。其中電阻焊和感應(yīng)焊的初始成本及維護(hù)成本低，但生產(chǎn)的零件笨重，且焊后精度不高，不易于實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化；對(duì)于電子束焊，雖然焊接質(zhì)量高且可以實(shí)現(xiàn)零件的輕量化，但是設(shè)備初始成本和維護(hù)成本高，焊接需要真空環(huán)境，零件焊接節(jié)拍太長(zhǎng)，增加制造成本。

與上述焊接工藝相比，激光焊接齒輪無(wú)需在真空中進(jìn)行，設(shè)備初始成本低于電子束焊，而且設(shè)備維護(hù)成本低，由于熱輸入量低，可實(shí)現(xiàn)零件的焊后高精度要求，保證了焊接后的零件無(wú)需再進(jìn)行精加工，減少制造工序，節(jié)約零件制造成本，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)零件的輕量化。激光焊接還可使焊縫深寬比高達(dá)10:1，且可以保證焊縫處的綜合機(jī)械性能相當(dāng)或優(yōu)于母材的綜合機(jī)械性能，保證了此類(lèi)回轉(zhuǎn)零件可以平穩(wěn)地傳遞較大的扭矩。因設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)如今，激光焊接在此類(lèi)高要求的焊接應(yīng)用方面，已成為當(dāng)今發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。目前世界各大汽車(chē)制造廠競(jìng)相采用激光焊接變速器復(fù)合齒輪以提高產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。此前，國(guó)內(nèi)的變速器內(nèi)的回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的焊接產(chǎn)線幾乎被德國(guó)EMAG和TRUMPF等公司壟斷，2016年華工激光提供在汽車(chē)變速箱焊接領(lǐng)域的激光加工解決方案，打破國(guó)外壟斷，已經(jīng)陸續(xù)為神龍集團(tuán)、格特拉克集團(tuán)、青山集團(tuán)等國(guó)內(nèi)外專(zhuān)業(yè)變速箱制造公司提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

華工激光提供的汽車(chē)變速器內(nèi)的回轉(zhuǎn)零件的焊接解決方案的核心工序有：

1.焊前清洗：該清洗工序一般采用激光清洗，焊前由激光清洗機(jī)處理需焊接及周?chē)课?，可以清除零件表面的油污與顆粒等雜物，這樣在焊接時(shí)就可以避免產(chǎn)生由雜質(zhì)引起的爆孔等現(xiàn)象，進(jìn)而避免此類(lèi)缺陷。在小批量生產(chǎn)時(shí)，可以采用酒精擦拭零件表面，同樣可以達(dá)到激光清洗的效果。

2.壓裝：對(duì)于此類(lèi)傳動(dòng)部件，為確保動(dòng)力的輸出可靠，需要對(duì)焊縫相對(duì)于兩個(gè)零件中線的偏移量有嚴(yán)格的規(guī)定，一般為0.01mm，而且激光束聚焦后的聚焦光斑很小,能量的傳輸面積小，所以焊縫需要有很高的精度定位要求,否則零件會(huì)焊接失效，導(dǎo)致進(jìn)入報(bào)廢流程。兩對(duì)接平面之間高度差太大，則會(huì)使激光束的能量大量反射出去,影響焊接的深度和均勻性，而且兩零件的平面在機(jī)械圖紙中，往往有精度要求，故需焊接的幾種零件往往采用是過(guò)盈配合，清洗后的零件通過(guò)壓裝工序加工（壓裝是通過(guò)壓機(jī)把需要焊接的兩個(gè)零件壓配后緊密結(jié)合在一起），而在壓裝后，一般要求平面差小于0.01mm，端面跳動(dòng)小于0.02mm。

3.預(yù)熱：為了有效改善焊接裂紋，根據(jù)零件材料及加工狀態(tài)及激光器種類(lèi)，部分零件需要在焊接前對(duì)焊縫附近進(jìn)行預(yù)熱，使零件的焊縫附近在焊接時(shí)能達(dá)到特定溫度，特別是對(duì)含碳量高或經(jīng)過(guò)熱處理滲碳淬火后的零件。該工序一般采用中頻加熱裝置，該裝置以非接觸式加熱，在3s內(nèi)可以把零件由常溫加工至150℃-250℃，節(jié)省節(jié)拍。

4.激光焊接：采用固體光纖激光器或者CO2氣體激光器對(duì)變速器內(nèi)回轉(zhuǎn)類(lèi)零件進(jìn)行焊接，為了滿足焊后的高精度要求，焊接工藝采用小功率分段預(yù)焊一圈之后再大功率深熔焊一圈，此過(guò)程往往配以Ar氣為保護(hù)氣體。CO2氣體激光器焊接產(chǎn)生的飛濺較小，且不易產(chǎn)生裂紋缺陷，但光路及激光器維護(hù)復(fù)雜，固體光纖激光器產(chǎn)生飛濺較大，激光由光纖傳輸，光路及激光器維護(hù)簡(jiǎn)單。

5.焊后除渣：雖然在焊接過(guò)程中，除焊縫附近區(qū)域，增設(shè)了焊接保護(hù)，不會(huì)掉入焊渣，同時(shí)還設(shè)有抽吸除塵裝置，吸走大部分焊渣和焊接灰塵，但是焊縫部分無(wú)法設(shè)計(jì)防護(hù)，會(huì)掉入焊渣，還會(huì)產(chǎn)生氧化皮附著在表面，需要后續(xù)工序清除焊縫附近的氧化皮和焊渣，故有此設(shè)計(jì)焊后除渣工序。除渣靠固定零件的卡爪與焊縫接觸的刷頭反向快速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件焊縫位置的除渣工作。該工位下方設(shè)有焊渣收集機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)焊渣收集的功能，達(dá)到設(shè)備干凈整潔的目的。

6.激光打標(biāo)：除渣完成后，可以進(jìn)行激光打標(biāo)，在零件表面雕刻DataMatrix（工業(yè)用）碼，可以為生產(chǎn)提供溯源功能，同時(shí)具有保密性。

7.焊后檢測(cè)：一般將焊縫切開(kāi)進(jìn)行顯微觀察，用以確定熔深及熔寬是否達(dá)到要求，熔深還可以配備PRECITEC的IDM進(jìn)行非破壞性的在線檢測(cè)，也能采用超聲波探傷檢測(cè)，確定焊縫內(nèi)部有無(wú)裂紋缺陷。目視檢查要求零件表面無(wú)飛濺，無(wú)劃傷，焊縫表面平順，無(wú)凹陷等缺陷，也可以通過(guò)視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)焊縫表面質(zhì)量。

在焊接過(guò)程中，一些功率參數(shù)對(duì)焊縫質(zhì)量和焊縫尺寸起著決定性作用：

功率密度：是激光焊接中關(guān)鍵的參數(shù)之一,它與激光器輸出功率成正比,與有效光斑直徑的平方成反比。激光焊接與激光功率密度密切相關(guān)，一般當(dāng)激光功率密度不高于106W/cm2時(shí),激光焊接屬于熱傳導(dǎo)焊接的范疇,激光功率密度高達(dá)106W/cm2時(shí)，材料蒸發(fā)速率很大，高壓蒸氣的壓力使熔池下凹形成小坑；繼續(xù)作用使小孔加深，直到金屬蒸氣的壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力達(dá)到平衡而成一穩(wěn)定深度的小孔——“小孔效應(yīng)”。激光束沿小孔壁進(jìn)入孔底，可得很大的焊接深度。小孔是一個(gè)溫度特別高的吸收源,熱量從小孔向周?chē)鷤鬟f,從而在小孔周?chē)纬梢粋€(gè)稱(chēng)之為熔池的熔化區(qū)。隨著光束相對(duì)工件的移動(dòng),熔化的金屬充填小孔、固化而形成焊縫?！靶】仔?yīng)”與激光功率密度密切相關(guān),功率密度越低,“小孔效應(yīng)”越不穩(wěn)定甚至無(wú)法形成,熔池也小。為了使焊接后的零件能傳遞較大的扭矩,就必須使焊縫強(qiáng)度高于母材強(qiáng)度，也就是進(jìn)行深熔焊接。但在高功率激光深熔焊接過(guò)程中，會(huì)在熔池上方產(chǎn)生等離子體，它會(huì)對(duì)入射激光產(chǎn)生吸收、散射和反射等現(xiàn)象，大大衰減了入射激光的能量——“等離子體屏蔽效應(yīng)”。可以通過(guò)用輔助吹氣（Ar，He，N2，CO2等）抑制等離子體。

焊接速度與激光功率共同影響著焊接區(qū)域的熱輸入,因而對(duì)焊縫的形狀和尺寸有較大的影響。深熔焊接時(shí),在一定的激光功率下,焊接熔深幾乎與焊接速度成反比。焊接速度越快,越難以形成“小孔效應(yīng)”,以致金屬未熔化和自淬速度過(guò)快,焊縫強(qiáng)度降低,而且焊縫中的有害氣體如N2，H2，O2及CO來(lái)不及逸出，使焊縫內(nèi)部氣孔增多，容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，影響抗彎強(qiáng)度和焊縫外觀。所以，確定焊接速度的上限是為了防止金屬未熔透和自淬速度過(guò)快以致不能流動(dòng)和融合。否則，熔化金屬會(huì)趨向與僅沿著被焊工件頂端形成焊珠；而焊接速度過(guò)慢時(shí)，過(guò)量的熱傳導(dǎo)引起的焊道向側(cè)向擴(kuò)展，熱影響區(qū)過(guò)熱而擴(kuò)大，焊縫金相組織晶粒粗大，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重影響了焊接質(zhì)量，但當(dāng)焊速到達(dá)低限時(shí)，過(guò)多的功率吸收還會(huì)引起局部蒸發(fā)損失，出現(xiàn)凹陷，同時(shí)增加了零件制造的時(shí)間成本。

作用于工件表面的激光功率密度除了和激光束的焦斑功率密度有關(guān)外,還取決于工件表面與焦斑的相對(duì)位置(離焦量)。當(dāng)焦平面位于工件表面之上時(shí)稱(chēng)為正離焦,反之為負(fù)離焦。離焦量越大，作用在零件表面的光斑直徑越大，能量越分散，越容易形成熔寬較寬、熔深較淺的小深寬比焊縫；反之，零件表面的光斑直徑越小，能量越集中，越容易形成熔寬較窄、熔深較深的大深寬比焊縫。變速箱內(nèi)回轉(zhuǎn)零件的焊縫深寬比大部分在1.5:1至2:1之間。

神龍集團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)

目前，華工激光提供的解決方案包括：神龍集團(tuán)齒輪激光焊接生產(chǎn)線、格特拉克集團(tuán)雙聯(lián)齒輪激光焊接生產(chǎn)線、天汽模公司齒輪轂焊接生產(chǎn)線和藍(lán)黛傳動(dòng)齒輪轂焊接系統(tǒng)等。

神龍集團(tuán)齒輪激光焊接生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線包括自動(dòng)化搬運(yùn)、自動(dòng)壓裝、自動(dòng)焊接及上下料庫(kù)工位。環(huán)形料道的齒圈與上料庫(kù)中的齒環(huán)經(jīng)過(guò)右桁架搬運(yùn)機(jī)械手夾取搬運(yùn)至壓機(jī)待料工位，壓機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)齒圈、齒環(huán)進(jìn)入壓機(jī)工位壓裝，壓裝后壓機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)搬運(yùn)齒輪至壓機(jī)下料工位，由左桁架搬運(yùn)機(jī)械手夾取搬運(yùn)至雙工位焊機(jī)待料工位，焊機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度搬運(yùn)齒輪進(jìn)入焊接工位進(jìn)行焊接，焊后焊機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度搬運(yùn)齒輪至焊后下料工位，由左桁架搬運(yùn)機(jī)械手夾取搬運(yùn)至成品下料庫(kù)，便于下料。壓機(jī)和成品下料庫(kù)之間還設(shè)有廢料落料架，便于壓裝或焊接后的不合格品下料，用于區(qū)分合格品和不合格品。

該生產(chǎn)線采用德國(guó)ROFIN的CO2氣體激光器，產(chǎn)線待料位還配備視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行防錯(cuò)，確保所選擇的程序與需焊接產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)，避免人為的操作失誤導(dǎo)致設(shè)備故障或來(lái)料報(bào)廢狀況的發(fā)生。該條產(chǎn)線的所有搬運(yùn)動(dòng)作都在同一條線上，其它工位分布在搬運(yùn)桁架兩側(cè)，各工位獨(dú)立工作，互不干擾，節(jié)省節(jié)拍。

格特拉克集團(tuán)雙聯(lián)齒輪激光焊接生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線包括搬運(yùn)機(jī)器人、焊前清洗、自動(dòng)壓裝、自動(dòng)焊接及焊后除渣工位。兩個(gè)上料道的齒環(huán)和齒圈分別由清洗機(jī)的機(jī)械手和搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)至清洗工位進(jìn)行激光清洗，齒環(huán)和齒圈清洗后分別由壓機(jī)的機(jī)械手和搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)至壓裝工位進(jìn)行壓裝，壓后由搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)齒輪至焊接工位焊接，焊后則由搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)齒輪至焊后除渣工位進(jìn)行自動(dòng)除渣操作，除渣完成后，由搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)齒輪至成品下料道下料。除渣工位旁還設(shè)有廢料落料架，便于機(jī)器人對(duì)壓裝或焊后的不合格品下料，用于區(qū)分合格品和不合格品。

該生產(chǎn)線采用德國(guó)ROFIN的光纖激光器，產(chǎn)線上料位還配備視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行防錯(cuò)，確保所選擇的程序與需焊接產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)，避免人為的操作失誤導(dǎo)致設(shè)備故障或來(lái)料報(bào)廢狀況的發(fā)生。該產(chǎn)線采用環(huán)形分布，極大地提高了機(jī)器人的利用率，各工作站結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，各工作站獨(dú)立工作，互不干擾。

天汽摸集團(tuán)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)

天汽模集團(tuán)齒輪轂焊接生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線包括全自動(dòng)桁架搬運(yùn)、自動(dòng)壓裝、預(yù)熱、自動(dòng)焊接及激光打標(biāo)等核心工位。產(chǎn)線采用左右雙線布局，兩條產(chǎn)線可同時(shí)上下料，兩條產(chǎn)線之間增設(shè)一條料道，用于過(guò)渡，可用于三個(gè)零件的一次焊接，自動(dòng)化程度高。左側(cè)來(lái)料通過(guò)托盤(pán)上料，借助左側(cè)搬運(yùn)桁架機(jī)械手搬運(yùn)，經(jīng)過(guò)壓機(jī)、焊機(jī)，齒輪轂進(jìn)入焊機(jī)后，再依次進(jìn)入預(yù)熱、焊接工位，焊后通過(guò)左側(cè)搬運(yùn)桁架機(jī)械手搬運(yùn)至下料線進(jìn)行激光打標(biāo)與下料，若是三個(gè)零件的一次焊接，焊后則通過(guò)左側(cè)搬運(yùn)桁架機(jī)械手搬運(yùn)至中間過(guò)渡料線，與右側(cè)料線一起上料，依次在經(jīng)過(guò)壓裝、預(yù)熱、焊接加工，通過(guò)右側(cè)搬運(yùn)桁架機(jī)械手搬運(yùn)至右側(cè)料線打標(biāo)、下料。整個(gè)過(guò)程皆是自動(dòng)化，人工只需進(jìn)行上下料操作，且產(chǎn)線還預(yù)留有除渣機(jī)與清洗機(jī)位置，客戶可根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)清洗或除渣工位。產(chǎn)線上料位還配備視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行防錯(cuò)，確保所選擇的程序與需焊接產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)，避免人為的操作失誤導(dǎo)致設(shè)備故障或來(lái)料報(bào)廢狀況的發(fā)生。該產(chǎn)線采用環(huán)形分布，極大地提高了機(jī)器人的利用率，各工作站結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，各工作站獨(dú)立工作，互不干擾。

總結(jié)

●在現(xiàn)代汽車(chē)變速箱制造領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)越來(lái)越重要。

●在高達(dá)十檔的自動(dòng)變速器及雙離合自動(dòng)變速箱的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工程師們的創(chuàng)造力沒(méi)有極限。

●緊湊的結(jié)構(gòu)上需要承受的轉(zhuǎn)矩越來(lái)越大，因此常常出現(xiàn)鋼板成型件和軸類(lèi)件組合在一起的形式，它們通過(guò)激光焊接變形很小。

●激光能量的好處是它的能量密度極高，受熱影響的關(guān)聯(lián)區(qū)域有限。

●通過(guò)透鏡可使激光照射源應(yīng)用非常靈活，如點(diǎn)焊、線焊、深度焊，可同時(shí)對(duì)多個(gè)工件部位進(jìn)行焊接。

●鑒于用光纖導(dǎo)光很容易，在華工激光奧凱系列齒輪激光焊接設(shè)備上基本全部采用固體激光器。固體激光在光束質(zhì)量、功率和壽命等方面表現(xiàn)突出。