推土機(jī)翼板焊接變形控制的工藝措施

■ 閆章建，李勇，徐宗磊，胡傳峰，李新華，王國(guó)帥，王慶

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1. 概述

翼板作為推土機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件之一，屬于推土機(jī)地板翼板總成部分，是推土機(jī)裝配關(guān)系最為復(fù)雜的幾個(gè)結(jié)構(gòu)件之一。SD16標(biāo)準(zhǔn)型推土機(jī)翼板分為左翼板和右翼板，其主體框架是板厚為6mm的薄板。薄板焊接變形具有復(fù)雜性、多元性的特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)外焊接制造的一個(gè)技術(shù)難題。本文針對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，對(duì)翼板焊接變形進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行反變形處理，優(yōu)化焊接順序，較好地解決了焊接變形的問題。

2. 焊接變形的種類

焊接過程中焊件產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。隨著溫度的下降，變形一直在進(jìn)行，直到溫度變?yōu)槭覝?，變形趨于穩(wěn)定。此時(shí)殘留的變形稱之為焊接殘余變形。焊接殘余變形我們可以分為兩大類：整體變形和局部變形。

（1）整體變形 橫向收縮變形：焊接后沿垂直焊縫軸線方向的尺寸收縮。焊接熱輸入、裝配間隙和接頭形式等是產(chǎn)生橫向收縮變形的主要影響因素。

當(dāng)兩板自由對(duì)接、焊縫不長(zhǎng)、橫向沒有約束時(shí)，橫向收縮變形量要比縱向的大得多。

縱向收縮變形：焊件沿焊縫長(zhǎng)度方向上尺寸的收縮，隨焊縫長(zhǎng)度的增加其收縮量也增加。另外，還有其他影響因素，如焊件的截面積、焊接熱輸入、焊接工藝等。

彎曲變形：如果焊件上的焊縫不位于焊件的中性軸上，并且相對(duì)于中性軸不對(duì)稱（上下、左右），則焊后焊件將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。

（2）局部變形 角變形：焊接時(shí)，因焊接區(qū)沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉(zhuǎn)變形稱為角變形。角變形的大小通常與坡口形式、焊接層數(shù)、焊接方法等有關(guān)。

波浪變形：焊后構(gòu)件產(chǎn)生形似波浪的變形稱為波浪變形。這種變形主要發(fā)生在板厚較?。?～8mm以下）的情況。薄板對(duì)接焊后，存在于板中的內(nèi)應(yīng)力，在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開焊縫較遠(yuǎn)的兩側(cè)區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力，如壓應(yīng)力較大，平板失去穩(wěn)定就產(chǎn)生波浪變形

3. 焊接變形產(chǎn)生的原因

焊接應(yīng)力影響、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、工藝制定不合理等因素都是產(chǎn)生焊接變形的原因。焊接變形量的大小受到焊接加工過程中的各種工藝流程和參數(shù)的影響，是一個(gè)十分復(fù)雜的形成過程。

（1）焊接應(yīng)力 焊接過程的不均勻溫度場(chǎng)以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理 這也是產(chǎn)生焊接件變形的一個(gè)主要原因。設(shè)計(jì)中采用較多的拼接結(jié)構(gòu)，焊縫數(shù)量多、焊縫截面大、焊縫位置不對(duì)稱等都會(huì)使焊接變形加大。

（3）工藝制定不合理 焊接工藝的制定應(yīng)充分考慮各種影響因素，如工藝參數(shù)的選擇、生產(chǎn)效率、工藝實(shí)施的難易程度、成本及質(zhì)量的可控性等。因此，焊接工藝的制定要求工藝設(shè)計(jì)者有豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)設(shè)備、操作者水平及工裝情況制定合適的工藝方案，進(jìn)而生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。

4. 推土機(jī)翼板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于左右翼板結(jié)構(gòu)類似，我們以SD16標(biāo)準(zhǔn)型左翼板為例進(jìn)行分析。左翼板由24個(gè)零件組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，圖1為SD16標(biāo)準(zhǔn)型左翼板的三維模型。

5. 翼板控制焊接變形的工藝措施

（1）焊前控制 下料應(yīng)盡量避免采用火焰切割，采用等離子切割時(shí)應(yīng)在滿足質(zhì)量要求的前提下選擇盡量快的切割速度。如果條件允許，可以采用激光切割，由于激光切割能量更為集中，相比于其他兩種熱切割方式，可大大減少變形程度。

薄板件切割完畢后、成形前必須進(jìn)行校平，提前釋放內(nèi)應(yīng)力，以防止后道工序中應(yīng)力累加或釋放而產(chǎn)生變形。折彎時(shí)應(yīng)注意刀具和下模的選用和調(diào)整，以減少因刀具、下模本身彎曲、不匹配而造成的波浪變形。

圖1 翼板三維模型

（2）工裝剛性固定 搭焊平臺(tái)：框架結(jié)構(gòu)承受焊接變形的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于平面結(jié)構(gòu)，因此采用單件間點(diǎn)焊的方式使工件形成一個(gè)牢固的框架結(jié)構(gòu)，這樣可以大大提高剛性進(jìn)而提高抗變形能力。翼板也是如此，點(diǎn)固完成框架結(jié)構(gòu)后，選擇合適尺寸的方管、槽鋼、板條等做工藝筋進(jìn)行固定。

變位機(jī)：焊接變位機(jī)可以根據(jù)需要改變工件的空間位置，使焊縫處于最佳焊接狀態(tài)，在大大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還可以保證焊縫質(zhì)量和焊接工藝性。圖2是推土機(jī)翼板在焊接時(shí)所使用的焊接變位機(jī)模型。

夾具：為了保證位置的固定不變，還需要有效地夾緊，以提高工件抵抗變形的能力。因此推土機(jī)翼板在生產(chǎn)中還需使用各種通用夾具（如C形夾、F鉗）和專用夾具，保證焊接的精確性和可靠性。

（3）反變形措施 此種方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先判斷焊接變形趨勢(shì)，在焊接前制造一個(gè)變形，使得這個(gè)變形量與焊后的變形方向相反且變形量基本相等。經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，翼板在圖1中A、B、C三處L形筋板附近變形較嚴(yán)重，形成波浪變形，難以校形，故采取反變形措施加以控制：A、B處墊上6mm墊塊，C處墊上12mm墊塊，通過弓形夾固定，如圖3所示。

圖2 推土機(jī)翼板焊接變位機(jī)

（4）焊接順序優(yōu)化 翼板是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，整體呈L型，輔以6個(gè)L型筋板、腹板、蓋板以及一些小件，焊縫縱橫交錯(cuò)、截面大，特別是幾個(gè)L型筋板對(duì)焊接變形影響較大。經(jīng)過多次試驗(yàn)，把L型翼板分為A、B兩面。焊接時(shí)先焊A面（見圖4），焊接要求從左至右依次焊接，焊接筋板時(shí)僅焊接筋板與A面結(jié)合處；然后通過變位機(jī)旋轉(zhuǎn)工件至圖5所示位置，然后從右往左依次焊接各件，焊接筋板時(shí)僅焊接筋板與B面結(jié)合處。最后剩余各處按照?qǐng)D樣要求焊接。這樣安排焊接順序最大程度減小焊接變形，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，平面度基本控制在2mm以內(nèi)，達(dá)到了圖樣要求。

圖3 翼板反變形位置

圖4 筋板的焊接

圖5 筋板的焊接

6. 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)下料、成形等過程的控制，并結(jié)合工裝保證焊前尺寸精度；通過采取反變形及優(yōu)化焊接順序等工藝措施有效地控制焊接變形，保證產(chǎn)品較高的合格率，減少了焊后校形時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。