挖掘裝載機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的主要工作裝置，在制造過程中更易出現焊接變形，從而對挖臂質量影響很大。通過分析焊接變形產生的原因，簡單闡述控制措施，依據實踐制定預防和變形矯正方法，從一些關鍵工藝上控制新型挖臂的精確度。

關鍵詞：挖臂；焊接變形；焊接順序

在現代工業社會飛速發展的今天，各種機械產品在不斷的更新換代，工程機械產品作為工業建設的核心力量，更是加快其更新換代的步伐。為滿足市場的要求一種新型多功能挖掘裝載機得到開發，同時其新結構形式的挖臂的出現，給挖臂的焊接提出了新的課題。

一、概況

挖掘裝載機作為一種多功能機械，其挖臂結構較傳統挖掘機挖臂結構差異較大，在制造過程中易出現焊接變形，造成在裝配過程中，裝配困難，使用過程中，出現開裂現象。通過一定的措施保障，消除和減少上述質量問題。

二、焊接變形原因淺析

結構件焊接變形的原因：一方面是因為構件受熱不均勻引起的溫度應力變形，即不均勻的受熱產生不均勻的膨脹導致的變形； 另一方面由于受結構件本身的結構要求，造成結構件在構成時不能一直是箱型結構，會存在懸臂梁結構等，造成懸臂梁部分發生彎曲變形。再一方面是殘余應力變形，也就是當不均勻溫度場所造成的內應力達到鋼材的屈服極限，使局部區域產生塑性變形，當溫度恢復至原始均勻狀態后，就產生了新的內應力，伴隨這種內應力而發生了形變。

對挖臂結構形式（簡圖如圖1所示）進行分析：1、在挖臂左右側板外側有多個零部件（如圖2所示），這些零部件在焊接的時候，容易出現局部變形，從而影響到下道工序的順利進行；2、在挖臂下端D-E段為箱型結構形式，雖然此結構形式焊接變形較小，在焊接中得到普遍應用。但是，由于挖臂下端為細長結構，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扭曲變形。3、在挖臂的三個端點分別為：A、B和C三個關鍵的鉸接孔，三鉸接孔均處在懸臂位置，在焊接過程中容易出現變形（如圖3所示），致使開當尺寸不易保證，造成后續鏜孔加工的難度。通過分析了解其原因所在后，我們便有的放矢地進行重點控制。

三、控制焊接變形的措施

根據對挖臂結構特點和焊接過程中容易出現的變形的分析，將從以下幾點對挖臂焊接變形進行控制：

（一）合理安排點焊順序和位置

根據挖臂結構特點，在挖臂左右側板外側有多個零部件。分布在三個關鍵鉸點孔（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。在點焊時按如下步驟進行（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、柱類結構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。由于挖臂結構的需要（剖面如圖5-1所示）。所以，在焊接時先焊焊縫少的一側。先對稱地焊接1和1焊縫（如圖5-2所示），此時將產生較大的下撓彎曲變形并增加剛性，再按圖（如圖5-3所示）位置焊接焊縫2和2，產生上拱彎曲變形，最后按圖（如圖5-4所示）的位置焊接筋板和兩側板的焊縫3和3，焊縫4和4，產生另一個上拱變形，這樣通過下撓和上拱兩者之間的相互反向作用，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（表1）

選用線能量較低的焊接方法，可有效防止焊接變形。再挖臂點焊時采用φ1.2實心氣保焊＼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。點焊時一般只起到對工件的初步的固定和定位作用，進行定位焊時，在保證焊實的情況下，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，當工件逐漸的得到固定時，在進一步提高相應得焊接參數，以滿足焊接的熔透和強度，將各部件焊接牢固。從而保證挖臂強度的需求和產品質量。

（四）選擇合理的焊接順序

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

（五）采用剛性固定法

由于挖臂三個關鍵鉸接點都處在容易變形懸臂梁的部位，造成開當不一致的現象，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，將構件兩端開當處增加工藝拉筋進行固定（如圖7），來限制焊接變形。 待工件冷卻時效處理過后，再拆除工藝拉筋。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，首先要對結構下料件的尺寸和平整度等進行檢查，看是否滿足要求，達到標準。在組焊過程中要時刻關注部件的各項尺寸要求，對其中心線、標高、長度等情況進行檢測、校正。施焊過程中要隨時觀察、檢測，發現問題，立即采取措施補救。 施焊后，要對其再次測量、矯正。

四、矯正焊接變形措施

焊接后發現構件出現變形，應進行矯正，其方法有：

（一）機械矯正

利用外力使構件產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域的金屬，達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生的壓縮塑性變形，使較長的金屬在冷卻后收縮，來達到矯正的目的。由于挖臂的三個鉸接點的開當尺寸不易保證，雖然經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，當拆除工藝拉筋后，仍然出現變形，這時就可采用火焰矯正法在A、B和C三個區域進行矯正（如圖8）。

五、結論

實踐表明，通過以上的預防控制措施和矯正修復，能使挖臂符合要求，滿足產品質量的標準。

參考文獻：

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