大噸位汽車起重機(jī)臂體焊接變形及控制

摘要：作為大噸位汽車起重機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，起重臂影響著它的起重性能。目前，起重臂的焊接變形是我公司面臨的重大技術(shù)難題，它主要是由臂體兩側(cè)長(zhǎng)焊縫的焊接及附屬件的焊接造成的。臂體焊接變形量的大小直接影響吊臂的承載能力、結(jié)構(gòu)的尺寸精度和外觀。本文通過(guò)對(duì)起重臂焊接變形產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，總結(jié)出對(duì)起重臂焊接變形進(jìn)行控制的幾種方法。

關(guān)鍵詞：汽車起重機(jī)；焊接變形；控制；矯形

起重臂是起重機(jī)最重要的工件之一，其占整機(jī)質(zhì)量的15%-20%，并且起重機(jī)噸位的越大，起重臂所占質(zhì)量比重會(huì)越高，因此起重臂的設(shè)計(jì)制造直接影響著起重性能。怎么保證起重性能并且減輕臂體重量，是設(shè)計(jì)臂體面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，業(yè)內(nèi)常采用方法有：臂體采用高強(qiáng)度材料，采用多邊形甚至大圓弧替代四邊形吊臂。以上兩種方法能解決保證起重性能且減輕重量的問(wèn)題，但也帶來(lái)焊接變形難以控制的問(wèn)題。以我司生產(chǎn)的50T汽車起重機(jī)橢圓形高強(qiáng)鋼臂體舉例，其采用BS700的鋼材，下彎板部分為橢圓弧形，整體截面形狀為U形。上下彎板之間縱焊縫長(zhǎng)度大于10m。由于板厚較厚，焊縫采用多層多道焊。整個(gè)結(jié)構(gòu)在焊接后出現(xiàn)了嚴(yán)重的內(nèi)凹外鼓波浪形，嚴(yán)重影響了起重機(jī)的起重性能和外表美觀。因此。因此，研究分析并控制焊接變形、焊后矯形迫在眉睫。

1臂體焊后變形類型

我司的50T起重機(jī)臂體結(jié)構(gòu)截面如圖1所示，焊后出現(xiàn)主要變形有波浪變形和扭曲變形同時(shí)還帶有小的角變形和彎曲變形。這些變形會(huì)導(dǎo)致焊縫周圍凸凹不平、臂體整體上下或左右彎曲以及臂體兩端相對(duì)于中軸線扭斜。出現(xiàn)以上種種變形均會(huì)導(dǎo)致起重臂的安裝、伸縮困難，以及載重時(shí)的穩(wěn)定性。

2焊接變形影響因素

起重機(jī)臂筒焊接過(guò)程，由于臂筒焊縫長(zhǎng)度較長(zhǎng)，焊接過(guò)程實(shí)則是臂筒局部加熱后冷卻凝固的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，臂筒溫度場(chǎng)不均勻，出現(xiàn)不均勻的膨脹和收縮，內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力導(dǎo)致不同發(fā)生變形。常見的焊接應(yīng)力有縱向和橫向兩種。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生變形的因素有以下幾種。

2.1焊前材料內(nèi)應(yīng)力

組成臂筒的高強(qiáng)鋼鋼板鋼板內(nèi)部存在有未釋放的內(nèi)應(yīng)力，在切割下料過(guò)程中鋼板內(nèi)部又會(huì)產(chǎn)生切割殘余內(nèi)應(yīng)力，如果不進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力消除直接折彎，彎板內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生更為復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致變形。

2.2上下彎板厚度不一

為了減輕臂體重量，上下彎板采用的不同厚度鋼板，這樣就會(huì)造成焊縫距離筒體截面形心有一定距離，這樣會(huì)殘生彎曲和扭曲變形。

2.3臂筒內(nèi)空

在機(jī)械手焊接過(guò)程中，由于臂筒內(nèi)空無(wú)支撐，在自身重量影響下，兩側(cè)焊縫往中間收縮形成彎曲變形。

2.4臂筒上零部件組焊順序

起重臂筒體自動(dòng)焊后，為了增強(qiáng)吊臂的局部強(qiáng)度及鋼度，在筒體周圍增加一些零部件件，例如如加強(qiáng)板、加強(qiáng)槽鋼等，這些零部件件是由手工二保焊操作完成的，各個(gè)零部件的位置、焊接順序直接影響起重臂的成形。所以良好的組對(duì)質(zhì)量和合理的焊接順序是控制起重臂焊接變形的最重要環(huán)節(jié)。

3控制起重臂變形的工藝方法

3.1焊前材料預(yù)處理

通過(guò)拋丸和軋制校平可以消除材料本身的氧化皮、鐵銹和軋制內(nèi)應(yīng)力。因此原材料預(yù)處理順序：拋丸一軋制校平—等離子切割一軋制校平一折彎。通過(guò)這個(gè)順序，折彎后的旁彎量最大為15mm，通過(guò)錘擊方法控制旁彎量在8mm左右。

3.2焊前采用反變形法處理

在組對(duì)上下蓋板過(guò)程中，由于上下蓋板焊縫處的旁彎位置不確定，完全保證嚴(yán)密的組對(duì)焊縫是幾乎不可能的。為保證組對(duì)嚴(yán)密與組對(duì)電焊過(guò)程不變形，在臂筒空腔內(nèi)部加入支撐桿，支撐桿間隔1000mm安放一個(gè)（直至所有零部件焊完以后再去除）。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，撐桿長(zhǎng)度要較臂筒內(nèi)尺寸大5-8mm。通過(guò)這種反變形抵消焊接過(guò)程收縮量。加撐相對(duì)于不加撐臂筒變形小3-5mm。

3.3采用合理的工藝參數(shù)

合理的工藝參數(shù)是減少焊接應(yīng)力和控制焊接變形的常用方法，對(duì)控制焊接變形有重要作用。針對(duì)該50T大臂的焊接，盡量采用熱輸入小的焊接方法，并且結(jié)合跳焊法、逆向分段退焊法等方法，可有效減小焊接變形；根據(jù)不同的材質(zhì)、板厚、焊接位置和焊縫類型合理選用焊接工藝參數(shù)，盡可能將焊接電流控制在下限值，以減小熱輸入。

3.4采用合理的焊接順序

合理的焊接順序可以減小焊接變形：盡量采用先內(nèi)后外、從中間到兩端、先短后長(zhǎng)、長(zhǎng)焊縫同方向焊接的對(duì)稱焊接方法，使工件受熱均勻，減小焊接應(yīng)力的產(chǎn)生。對(duì)于臂筒上面的零部件先拼焊再進(jìn)行滿焊，相較與不采取措施的臂筒焊接，起重臂彎曲變形量減小4-8mm，波浪變形量減小3-5mm。

3.5焊后矯正（內(nèi)加千斤頂、外加液壓機(jī)）

以上所有方法使用完以后臂體焊縫兩側(cè)仍然不可避免出現(xiàn)凸凹不平，罪域凸起來(lái)超過(guò)圖紙尺寸要求的通過(guò)液壓機(jī)加壓校正，對(duì)于凹陷超過(guò)圖紙尺寸5mm以上的，通過(guò)人工內(nèi)置千斤頂，利用火焰加熱（火焰加熱溫度不能超過(guò)450℃）構(gòu)件延長(zhǎng)的特性，等冷卻以后再去除千斤頂防止其收縮的方法校正凹陷。最后，焊縫處的平面度能夠保證在+2mm以內(nèi)。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大噸位起重機(jī)臂體焊接變形的原因分析，結(jié)合實(shí)踐過(guò)程中對(duì)工藝方法的優(yōu)化，可以知道：通過(guò)制定合理的工藝參數(shù)，安排合理的焊接順序，以及焊后采用機(jī)械和火焰校正等方法，可以有效的控制焊接變形。