挖掘機(jī)動臂開裂與修復(fù)工藝淺析

馮華 辛興倫

摘要：焊接修復(fù)是挖掘機(jī)施工過程中結(jié)構(gòu)件維修的主要手段，由于施工現(xiàn)場條件所限，一定程度上會給有效的焊接修復(fù)帶來影響。本文主要對挖掘機(jī)動臂現(xiàn)場開裂、修復(fù)工藝進(jìn)行淺析，希望能為相關(guān)修復(fù)工作提供一些參考。

關(guān)鍵詞：動臂;修復(fù);焊接

動臂是挖掘機(jī)的主要焊接結(jié)構(gòu)之一，動臂開裂現(xiàn)象在挖掘機(jī)的施工中并不少見。動臂的開裂會嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致停工。挖掘機(jī)動臂開裂的現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)是工程人員密切關(guān)注的問題。本文將結(jié)合個人經(jīng)驗，分三個部分對挖掘機(jī)動臂開裂修復(fù)展開闡述。

一、動臂開裂原因分析

企業(yè)的質(zhì)量控制體系，確保動臂在設(shè)計、加工、檢驗等過程中的質(zhì)量，力求提升焊接性能，預(yù)防焊接缺陷，保證焊縫可靠性。但是，焊接做為“特殊過程”，其作業(yè)結(jié)果目前無法充分驗證，不能完全控制與確認(rèn)焊縫接頭達(dá)到預(yù)期的性能品質(zhì)。在挖掘機(jī)作業(yè)過程中，當(dāng)動臂受到?jīng)_擊、扭轉(zhuǎn)、拉壓與過載、惡劣環(huán)境溫度等復(fù)雜工況時，形成開裂則在所難免。因為“特殊過程”，導(dǎo)致焊接不穩(wěn)定的性能，是造成動臂開裂的基本原因。

動臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗變形能力較差，而且采用的鋼材板厚型號較多，強(qiáng)度級別較高，對焊接工藝和施工人員焊接水平要求較高，是挖掘機(jī)易開裂的焊接件。為了防止裂紋的再次發(fā)生，修補(bǔ)動臂能夠滿足設(shè)備的正常運(yùn)行，進(jìn)而保證施工進(jìn)度，修補(bǔ)過程可由裂紋產(chǎn)生的位置和形狀來分析確定。

（一）開裂形態(tài)方面

觀察裂紋出現(xiàn)于動臂的具體位置和具體形狀，分析裂紋源點產(chǎn)生于焊縫還是基體材料本身，進(jìn)而確定裂紋源點起裂后的起裂長度和延伸方向?；诹鸭y產(chǎn)生和延展的分析結(jié)果，結(jié)合設(shè)備工作負(fù)荷的具體情況，初步判斷動臂開裂是由焊接本身缺陷所引起，還是由挖掘機(jī)工作時設(shè)備過載引起。

（二）焊接工藝性方面

焊接工藝性可以通過焊縫檢測和基體材料的化學(xué)成分分析來確定?；w材料碳當(dāng)量是焊縫評估和開裂焊接修復(fù)工藝制定的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。普通動臂的基體材料一般使用Q345鋼，碳當(dāng)量為0.49，可焊性能良好。（見圖1）

二、動臂焊接修復(fù)工藝方案

動臂焊接修復(fù)工藝方案主要根據(jù)焊接件開裂程度、焊縫形式及維修場地的焊接設(shè)備、焊接材料、施工人員等條件制定。動臂修復(fù)焊縫在焊接成型后，焊縫金屬中大量存在收縮變形情況，容易產(chǎn)生較大應(yīng)力并引起焊縫裂紋，因此在進(jìn)行焊接修復(fù)時要注意焊接工藝的選擇。

（一）焊接方法

動臂焊接修復(fù)基于實際的修復(fù)情況考慮，通常選擇焊條、電弧焊或氣體保護(hù)焊。

選擇焊接材料時，應(yīng)根據(jù)動臂基體材料的強(qiáng)度要求來確定。動臂一般采用低合金鋼焊接而成，基體材料的屈服強(qiáng)度為275至345mpa，一般為Q345B，這種鋼材具有高強(qiáng)度等級，按等強(qiáng)度匹配原則選擇對應(yīng)焊材。需要注意的是，焊接材料的選擇應(yīng)保證焊接接頭的塑性、韌性，可采用低強(qiáng)度匹配。

根據(jù)選擇的焊接材料和實際施工條件，確定采用交流或直流弧焊電源。

（二）焊縫坡口制備

坡口制備是動臂修復(fù)中確保焊縫熔深的關(guān)鍵步驟。一般情況下，動臂采用的基體材料厚度均大于5mm，此種板厚下需要制備坡口以確保動臂修復(fù)后焊縫熔合良好。由于工作條件的限制（坡口加工、焊接位置等），常采用單面v形坡口和v形坡口進(jìn)行動臂修復(fù)。

根據(jù)開裂的位置和長度，采用鑿削、磨削或火焰切割的方法來清理開裂部位，清除開裂部位和開裂兩端30至60mm長度的焊縫和基體材料。制備坡口的斜角應(yīng)大于1500需要注意的是，在清除動臂裂紋之前，應(yīng)在裂紋延展方向處60mm外打上止裂孔。使用氧一乙炔火焰切割時，必須清潔坡口表面上的切割渣，并用砂輪拋光氧化物，直到露出金屬光澤。

（三）焊接修復(fù)質(zhì)量關(guān)鍵點

在選擇焊接工藝時，應(yīng)考慮焊接接頭處基體材料的性能。在進(jìn)行焊接維修之前，需要進(jìn)行過程評估以確定合理的過程參數(shù)。主要要求有以下幾點：

a.在修復(fù)開裂動臂之前，應(yīng)清潔焊件的破裂部分，且徹底清潔和拋光附著在開裂60mm范圍內(nèi)的泥沙、水、鐵銹、油漆和其他污垢，直至露出金屬光澤。

b.當(dāng)動臂開裂部位出現(xiàn)變形時，應(yīng)在焊接修復(fù)前進(jìn)行校形處理。可通過火焰校形和機(jī)械校形的方式對變形進(jìn)行修正。采用火焰校形時，加熱溫度應(yīng)控制在600至800℃范圍內(nèi)，同一加熱位置的加熱次數(shù)應(yīng)控制在2次以內(nèi)，且應(yīng)避開藍(lán)脆溫度（250-500℃）施力校形。機(jī)械校形時，不得在低于-12℃的環(huán)境溫度下執(zhí)行。

c.檢查焊接材料、焊接氣體等是否滿足焊縫修復(fù)要求。使用焊條時，應(yīng)根據(jù)受潮的情況進(jìn)行干燥處理和保溫處理。

d.焊接前預(yù)熱，如條件允許的情況下，使用紅外溫度計測量溫度。當(dāng)基體材料的焊接性較差、板材厚度尺寸大、低溫環(huán)境施工時需預(yù)熱，預(yù)熱溫度在100至150℃之間，以保證焊接接頭性能。如基體材料的碳當(dāng)量大于0.45，板材厚度大于80mm，焊接環(huán)境溫度小于10℃或相對濕度大于85%，均需預(yù)熱。預(yù)熱時，加熱區(qū)域應(yīng)大于100mm，位于焊接坡口兩側(cè)。

e.焊接應(yīng)加熱后盡快進(jìn)行。焊接引弧應(yīng)在起弧板或坡口處進(jìn)行。在不需要預(yù)熱的情況下，多層焊接時要注意控制層間溫度。使用堿性焊條進(jìn)行焊接修復(fù)時，采用短弧焊。

f.焊接時，坡口對接處的間隙通常為1至3mm，角焊縫組對的間隙控制為0至2mm。

g.定位焊的長度可以根據(jù)修復(fù)處動臂基材中較薄板厚度的5倍進(jìn)行控制，間距通常不應(yīng)超過300mm。定位焊的位置不得出現(xiàn)于焊縫交叉處。定位焊縫的起收弧應(yīng)平滑過渡，焊縫一旦出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷，必須清除焊縫重新焊接，直至焊縫合格。

三、焊后檢查

焊后將焊縫起止處、焊縫銜接處打磨光滑以避免應(yīng)力集中，焊縫外觀力求均勻平滑，焊渣飛濺清除干凈。所有焊縫都需要檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時打磨或氣刨后重新修復(fù)，避免出現(xiàn)裂紋、燒穿、熔合不良等缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1]李道斌，姚景霖，楊麗群.中型挖掘機(jī)動臂焊接工藝[J].工藝與新技術(shù)2014（8）：34-36.

[2]左延紅.挖掘機(jī)動臂焊接變形及其控制方法[J].現(xiàn)代制造工程，2012（6）：88-91.

[3]鐘玉柱，劉永軍.防變形措施在挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件焊接中的應(yīng)用[J].加工制造，2011（9）：111-114.

[4]董世忠.挖掘機(jī)動臂支座結(jié)構(gòu)及焊接工藝的改進(jìn)[J].應(yīng)用與維修，2013（9）：166-167.

[5]徐昆鵬.20t挖掘機(jī)動臂焊接變形的控制[J].機(jī)械工程師，2013（12）：49-50.

[6]畢永泗.裝載機(jī)挖掘機(jī)動臂焊接應(yīng)力焊接變形控制研究及應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2004（5）.