挖掘裝載機(jī)挖臂焊接變形及其控制

宋紅兵+董文華+賈吉鵬

摘 要：本新型挖臂作為挖掘裝載機(jī)的主要工作裝置，在制造過程中更易出現(xiàn)焊接變形，從而對挖臂質(zhì)量影響很大。通過分析焊接變形產(chǎn)生的原因，簡單闡述控制措施，依據(jù)實(shí)踐制定預(yù)防和變形矯正方法，從一些關(guān)鍵工藝上控制新型挖臂的精確度。

關(guān)鍵詞：挖臂；焊接變形；焊接順序

在現(xiàn)代工業(yè)社會飛速發(fā)展的今天，各種機(jī)械產(chǎn)品在不斷的更新?lián)Q代，工程機(jī)械產(chǎn)品作為工業(yè)建設(shè)的核心力量，更是加快其更新?lián)Q代的步伐。為滿足市場的要求一種新型多功能挖掘裝載機(jī)得到開發(fā)，同時其新結(jié)構(gòu)形式的挖臂的出現(xiàn)，給挖臂的焊接提出了新的課題。

一、概況

挖掘裝載機(jī)作為一種多功能機(jī)械，其挖臂結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)挖掘機(jī)挖臂結(jié)構(gòu)差異較大，在制造過程中易出現(xiàn)焊接變形，造成在裝配過程中，裝配困難，使用過程中，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。通過一定的措施保障，消除和減少上述質(zhì)量問題。

二、焊接變形原因淺析

結(jié)構(gòu)件焊接變形的原因：一方面是因?yàn)闃?gòu)件受熱不均勻引起的溫度應(yīng)力變形，即不均勻的受熱產(chǎn)生不均勻的膨脹導(dǎo)致的變形； 另一方面由于受結(jié)構(gòu)件本身的結(jié)構(gòu)要求，造成結(jié)構(gòu)件在構(gòu)成時不能一直是箱型結(jié)構(gòu)，會存在懸臂梁結(jié)構(gòu)等，造成懸臂梁部分發(fā)生彎曲變形。再一方面是殘余應(yīng)力變形，也就是當(dāng)不均勻溫度場所造成的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服極限，使局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)溫度恢復(fù)至原始均勻狀態(tài)后，就產(chǎn)生了新的內(nèi)應(yīng)力，伴隨這種內(nèi)應(yīng)力而發(fā)生了形變。

對挖臂結(jié)構(gòu)形式（簡圖如圖1所示）進(jìn)行分析：1、在挖臂左右側(cè)板外側(cè)有多個零部件（如圖2所示），這些零部件在焊接的時候，容易出現(xiàn)局部變形，從而影響到下道工序的順利進(jìn)行；2、在挖臂下端D-E段為箱型結(jié)構(gòu)形式，雖然此結(jié)構(gòu)形式焊接變形較小，在焊接中得到普遍應(yīng)用。但是，由于挖臂下端為細(xì)長結(jié)構(gòu)，由于焊縫長度較長，加上焊接過程中焊接順序和方向的控制不好，也會使整個挖臂出現(xiàn)扭曲變形。3、在挖臂的三個端點(diǎn)分別為：A、B和C三個關(guān)鍵的鉸接孔，三鉸接孔均處在懸臂位置，在焊接過程中容易出現(xiàn)變形（如圖3所示），致使開當(dāng)尺寸不易保證，造成后續(xù)鏜孔加工的難度。通過分析了解其原因所在后，我們便有的放矢地進(jìn)行重點(diǎn)控制。

三、控制焊接變形的措施

根據(jù)對挖臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接過程中容易出現(xiàn)的變形的分析，將從以下幾點(diǎn)對挖臂焊接變形進(jìn)行控制：

（一）合理安排點(diǎn)焊順序和位置

根據(jù)挖臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在挖臂左右側(cè)板外側(cè)有多個零部件。分布在三個關(guān)鍵鉸點(diǎn)孔（A、B和C）的周圍，這些零部件的焊接將直接的影響到整個挖臂的尺寸。在點(diǎn)焊時按如下步驟進(jìn)行（如圖4所示）：

（二）合理安排焊縫的位置

安排焊縫盡可能對稱于截面中性軸，或使焊縫接近中性軸，這樣對減少梁、柱類結(jié)構(gòu)部位的撓曲變形有良好的效果. 焊縫對稱于中性軸有可能使焊縫所引起的撓曲變形相抵消。同時在焊接的時候，避開兩條焊縫的疊加焊接。由于挖臂結(jié)構(gòu)的需要（剖面如圖5-1所示）。所以，在焊接時先焊焊縫少的一側(cè)。先對稱地焊接1和1焊縫（如圖5-2所示），此時將產(chǎn)生較大的下?lián)蠌澢冃尾⒃黾觿傂裕侔磮D（如圖5-3所示）位置焊接焊縫2和2，產(chǎn)生上拱彎曲變形，最后按圖（如圖5-4所示）的位置焊接筋板和兩側(cè)板的焊縫3和3，焊縫4和4，產(chǎn)生另一個上拱變形，這樣通過下?lián)虾蜕瞎皟烧咧g的相互反向作用，使彎曲變形基本抵消。

（三）合理選擇焊接方法和焊接工藝參數(shù)（表1）

選用線能量較低的焊接方法，可有效防止焊接變形。再挖臂點(diǎn)焊時采用φ1.2實(shí)心氣保焊＼n絲（ER50-6）＼n氣體（C02+Ar）焊高4，電流190-210A，電壓20-24V；焊接加強(qiáng)板時采用焊高8，電流260-280 A，電壓25-30 V；在整體滿焊時采用焊高10，電流260-280A和240-260 A，電壓25-30 V。點(diǎn)焊時一般只起到對工件的初步的固定和定位作用，進(jìn)行定位焊時，在保證焊實(shí)的情況下，盡量減少能量的熱輸出，這樣有利于減小在零部件還未固定時造成的局部變形，當(dāng)工件逐漸的得到固定時，在進(jìn)一步提高相應(yīng)得焊接參數(shù)，以滿足焊接的熔透和強(qiáng)度，將各部件焊接牢固。從而保證挖臂強(qiáng)度的需求和產(chǎn)品質(zhì)量。

（四）選擇合理的焊接順序

焊接時按照圖6中1～4 的順序，在焊接過程中構(gòu)件的慣性矩基本上保持不變，上下對角焊縫所產(chǎn)生的撓曲度變形可以抵消，構(gòu)件保持平直。同時有利于熱輸入量的平衡，大大減小變形的發(fā)生。

（五）采用剛性固定法

由于挖臂三個關(guān)鍵鉸接點(diǎn)都處在容易變形懸臂梁的部位，造成開當(dāng)不一致的現(xiàn)象，而這一部位采用其它方法均不好控制其變形，所以采用沒有反變形情況下，將構(gòu)件兩端開當(dāng)處增加工藝?yán)钸M(jìn)行固定（如圖7），來限制焊接變形。 待工件冷卻時效處理過后，再拆除工藝?yán)?。這樣就有效的保證了尺寸要求。

（六）工作事前、事中、事后的檢測控制

為了保證焊接的正確性，在焊接之前，首先要對結(jié)構(gòu)下料件的尺寸和平整度等進(jìn)行檢查，看是否滿足要求，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在組焊過程中要時刻關(guān)注部件的各項(xiàng)尺寸要求，對其中心線、標(biāo)高、長度等情況進(jìn)行檢測、校正。施焊過程中要隨時觀察、檢測，發(fā)現(xiàn)問題，立即采取措施補(bǔ)救。 施焊后，要對其再次測量、矯正。

四、矯正焊接變形措施

焊接后發(fā)現(xiàn)構(gòu)件出現(xiàn)變形，應(yīng)進(jìn)行矯正，其方法有：

（一）機(jī)械矯正

利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相抵消。 對挖臂主要采用10mm 以下的厚板材，用錘擊法可以延展焊縫及其周圍壓縮塑性變形區(qū)域的金屬，達(dá)到消除一定焊接變形的目的。

（二）火焰矯正法

利用火焰局部加熱所產(chǎn)生的壓縮塑性變形，使較長的金屬在冷卻后收縮，來達(dá)到矯正的目的。由于挖臂的三個鉸接點(diǎn)的開當(dāng)尺寸不易保證，雖然經(jīng)過剛性固定方法防止變形，但是，由于冷卻時效處理時間不夠，當(dāng)拆除工藝?yán)詈?，仍然出現(xiàn)變形，這時就可采用火焰矯正法在A、B和C三個區(qū)域進(jìn)行矯正（如圖8）。

五、結(jié)論

實(shí)踐表明，通過以上的預(yù)防控制措施和矯正修復(fù)，能使挖臂符合要求，滿足產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫云飛，徐武彬，花慶寶，王俊梁，李冰.裝載機(jī)動臂焊后變形矯正影響因素研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2016（01）：49-50.