淺談控制裝載機后車架尾板焊接變形幅度的方法

李江崟，梁為國，馬順高

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

裝備應用技術

淺談控制裝載機后車架尾板焊接變形幅度的方法

李江崟，梁為國，馬順高

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

主要敘述了影響某型號后車架尾板焊接變形的各種因素，通過分析并制定相應改進措施，以及改進措施的落實和驗證，后車架尾板的焊接變形符合性得到了提高，為提高后車架制造精度提供有力依據，也為其他類型構件提高焊接變形符合性改進工作提供參考。

焊接變形；裝載機后車架；焊接工藝優化

隨著我國社會經濟的快速發展，用戶對裝載機產品的價格、質量和品種的要求也越來越高。后車架是裝載機的重要部件之一，后車架尾部由腹板、尾板、電瓶箱底板、電瓶箱圍板等多個關鍵零部件組成，許多功能部件都是安裝在后車架尾部上，具體結構如圖1所示。由于是框架式結構，焊接容易產生焊接變形，改進前，后車架尾板配重安裝合格率僅有30%，而其中尾板安裝孔位置尺寸超差為不合格的主要原因。

導致尾板配重安裝孔偏的原因有兩個：

一是，在零部件鉆孔的時候產生偏差，該原因主要是人為引起，占反饋的比重較少，約為5%；

二是，左右尾板在焊接后發生應力變形，使得上面的兩個配重安裝孔隨著尾板變形而發生偏移，當變形量超過了允許的尺寸后，會導致配重無法安裝，占反饋的95%，該情況為主要原因。

通常情況下，車間會對焊后變形嚴重的車架進行火焰加熱校正，即對電瓶箱前端的腹板用撐桿撐開，并利用火焰加熱，使車架尾端產生反向塑性變形，待冷卻后將撐桿拆開，加熱部分產生一定的收縮，可使尾板矯正至符合裝配要求的尺寸。但是火焰校正不但操作難度大，還嚴重影響裝載機的配重裝配效率和后車架機加工效率，并且還有很大的局限性。本文將通過分析尾板焊后變形的原因并制定改善措施及效果驗證來提高后車架的焊后尺寸合格率。

1 問題概述

通過對10臺某系列后車架進行跟蹤檢測（表1、圖3、圖4），并結合后車架尾板的產品結構特點，其焊接變形尺寸超差的表現形式可分為：

（1）后車架的左右腹板開檔焊接變形尺寸L1偏小，通過對比數據，L1比標準值大概偏小10 mm左右，遠遠小于允許的±3 mm的偏差；

（2）中間尾板與左右尾板平面間距形尺寸L2及L3超差，通過以下的圖表可以知道，L2與L3絕大部分都是超出標準偏差值±3 mm的，但是L2與L3呈現不規則變化，即變化方向不定，且變形尺寸大部分超過標準的極限偏差。

L1、L2、L3標注見圖2.

表1 改進前焊后尺寸測量數據

圖3 L1尺寸焊后變化分布圖

圖4 L2、L3尺寸焊后變化分布圖

2 原因分析

根據調研情況及后車架制造工藝分析，影響后車架焊接變形尺寸的因素很多，也很復雜，焊接變形不僅與后車架的厚度、長度尺寸和結構有關，還與焊縫坡口形式、焊接順序、熱輸入、環境溫度以及焊前預熱等因素有關。但只要在后車架制造過程中采取一定的措施，控制好材料、結構和制造過程中的各種技術因素，就可以有效的預測和控制焊接變形。影響后車架焊接變形的主要因素如下[1]：

（1）左右腹板開檔尺寸L1焊前拼搭工藝要求開檔尺寸為（1034±3）mm，對L1變形有主要影響主要有兩個方面：

一是，在焊接過程中，腹板與中間尾板的焊縫受腹板剛性約束，變形不能自由收縮，腹板的熱伸長被阻，腹板產生壓應變和壓應力，其值隨溫度升高沿鉸接方向增大，L1尺寸向外撐開，由于受電瓶箱圍板拘束，L1基本不產生往外的變形如表1所示。焊縫在冷卻過程中，腹板開始反向收縮，出現了拉伸應力，隨溫度下降，表現為壓應力開始松弛，腹板與中間尾板的焊縫受腹板剛性約束，收縮只能沿腹板往鉸接方向增大，由于沿鉸接方向收縮過程不受任何阻礙，故腹板向內收縮，導致尺寸L1偏小；

二是，電瓶箱圍板與腹板焊縫，由于焊接區沿腹板方向不均勻的橫向收縮，使腹板在電瓶箱圍板焊縫中心線處發生彎曲變形，腹板與電瓶箱圍板焊縫焊接應力向內自由收縮，尾板與腹板焊縫焊接應力受尾板拘束，2條焊縫生產的應力變形疊加，最后造成左右腹板開檔收縮，尺寸L1偏小。

（2）左右尾板相對于中間尾板整體平行間距尺寸（L2及L3），對其變形有主要影響主要體現在四個方面：

一是，從整體上看，電瓶箱底板與腹板、尾板和圍板形成一個開放式的箱型結構，電瓶箱底板與其他鏈接的焊縫可以認為是聯系焊縫，焊接后形成一個局部的整體，其左右尾板變形的方向不可控，導致L2及L3尺寸偏大或偏小；

二是，焊前拼搭工藝要求尺寸為（80±3）mm，由L1因素分析知道，腹板與中間尾板的焊縫在焊后，腹板間向內收縮，帶動左、右尾板向鉸接方向傾斜，導致L2及L3尺寸偏大；

三是，左、右尾板與腹板的坡口焊縫在焊接時，由于是對稱坡口焊縫，焊接時變形自由，如果沒有制定焊接順序和方向，左、右尾板將往第一條焊縫方向傾斜，導致L2及L3尺寸偏大或偏小；

四是，在焊接過程中，腹板與中間尾板的焊縫、左右尾板與腹板的坡口焊縫，如果沒有考慮焊縫溫度過高導致熱應力對焊接變形的影響，變形不一致且相互制約而產生的應力，當峰值超過屈服強度，產生塑性變形，在焊接結束并冷卻后，左、右尾板變形的方向不可控，導致L2及L3尺寸偏大或偏小。

（3）在原先焊接過程中，為節約焊接時間，工件翻轉后所有焊縫全部焊完，再次翻轉工件也是全部焊完，沒有考慮焊接方向、順序對焊接變形的影響，導致尺寸L1，L2及L3尺寸偏大或偏小；

（4）由于焊后使用了火焰矯正，后車架在存放和后續加工過程中，應力產生蠕變和應力松弛，焊接殘余應力隨時間延長而釋放應力，導致尺寸L1偏小，L2及L3尺寸偏大或偏小。

3 改進措施及驗證

針對上述的原因分析，制定改善措施并在現場進行驗證，具體內容如下[2]：

（1）腹板與中間尾板的焊縫為防止腹板向內收縮，采用了先焊外部焊縫，再焊內部焊縫，左右對稱施焊，統一了焊接方向和順序，使其L1尺寸變形能相互抵消一部分；

（2）根據圖紙工藝要求，左右腹板拼搭后開檔尺寸L1為（1034±3）mm，為控制L1尺寸變形，給員工配備固定支撐桿，在電瓶箱圍板與腹板連接處中間位置放置固定支撐桿，采用預制反變形法撐大6 mm，留出焊縫自由收縮的余量，使電瓶箱圍板與腹板焊縫焊后能夠在松開支撐后在一定程度上收縮，以抵消焊接殘余變形，經過驗證，使L1尺寸能夠控制在1 034 mm±3 mm以內。

為控制L2及L3尺寸，把原來箱型結構改變焊接順序，底板、圍板和腹板的焊縫先進行焊接，其變形量可以受固定支撐桿控制，左右尾板與腹板的坡口焊縫變形就可以單獨進行控制。

左、右尾板與腹板的坡口多層多道焊焊縫在焊接時，采用了左右對稱施焊，控制焊接溫度，使焊接過程中產生的不均勻溫度場以及引起的局部塑性變形和熱應力得到有效控制，盡量的降低熱應力對工件的影響，極大地改善焊后工件的變形量，使焊后L2及L3變形量控制在工藝范圍內（表2）。

表2 改善后焊接變形數據表

制作了對應的作業指導書，統一了焊接方向和順序，由于通過以上的控制措施，并經過先后對10臺后車架進行驗證，得到結果如表2所示。證明L2及L3尺寸得到了有效控制，可以取消焊后火焰矯正工序。

4 結束語

采用上述控制措施，在后車架的制造過程中取得了良好的效果，有效地控制了后車架的焊接變形，提高了后車架配重安裝孔的尺寸合格率。同時，取消了后期火焰矯正工序，縮短了產品產生周期，降低了生產成本。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]王宗杰.焊接工程綜合實驗教程[M].北京：機械工業出版社，2012.Brief Introduction of Method of Welding Distortion Range Control of End Plate of Rear Frame of a Wheel Loader

LI Jiang-yi，LIANG Wei-guo，MA Shun-gao
（Guangxi Liugong Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 540005，China）

This article mainly states various factors which have influence on welding distortion of end plate of rear frame of a wheel loader. Via analysis and implementation of counter -measures，range of welding distortion get well -controlled and is within given specification. That not only creates condition for increase of the rear frame manufacturing accuracy，but also provides reference for welding distortion control of fabrications of the other rear frames.

welding distortion；rear frame of wheel loader；welding process optimization

T H243

B

1672-545X（2016）09-0135-03

2016-06-08

李江崟（1975-），男，廣西上林人，本科，工程師，主要從事裝載機結構件制造工藝研究及產品質量控制工作；梁為國（1973-），男，廣西柳州人，專科，焊接高級技師、企業培訓師、特種設備焊接操作技能教師、高級焊接專業考評員，主要從事結構件焊接的指導工作；馬順高（1985-），男，廣西南寧人，本科，助理工程師，主要從事結構件新產品工作。