小型挖掘機(jī)底架推土支座焊接變形的控制方法

唐德國(guó)，陸本興，徐國(guó)正

（柳工常州機(jī)械有限公司，江蘇 常州 213168）

從2017 年開始，柳工E 系列挖掘機(jī)在結(jié)構(gòu)件廠的生產(chǎn)量逐步提升，預(yù)計(jì)2019 年E 系列將全部取代D 系列產(chǎn)品。然而，由于E 系列底架上的推土支座形式為分體式（如圖1），與D 系列整體式（如圖2）結(jié)構(gòu)差異大，且制造工藝不同（E 系列為散件機(jī)加后焊接），導(dǎo)致部件焊接變形難以控制，變形量達(dá)約2mm，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法裝配使用，需整體拆除返修，單臺(tái)返修約2 小時(shí)，合格率僅為70%，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部品質(zhì)量和生產(chǎn)效率影響巨大，急需改進(jìn)。

圖1 E 系列分體式推土支座

圖2 D 系列整體式推土支座

1 課題分析

1.1 焊接變形的控制分析

焊接變形是焊接過(guò)程中被焊件受到不均勻溫度場(chǎng)的作用而產(chǎn)生形狀尺寸變化。焊接變形分為縱向和橫向收縮，角變形，彎曲變形，扭曲變形，波浪變形等。控制焊接變形具體措施有：

（1）設(shè)計(jì)方面。在設(shè)計(jì)焊接構(gòu)件時(shí)，如尺寸，自重允許的條件下，適當(dāng)提高構(gòu)件的剛度，減少焊接引起的變形量。合理選擇焊縫尺寸：在保證焊接質(zhì)量和滿足結(jié)構(gòu)承載能力的前提下，盡量減少焊縫尺寸，如：①V 型破口改成U 型破口；②長(zhǎng)焊縫改成斷續(xù)焊縫；③保證焊透的情況下，盡量減小焊縫間隙。合理設(shè)計(jì)焊縫位置：①焊縫設(shè)計(jì)成對(duì)稱于焊接構(gòu)件截面的中心軸或使縫接近中心軸，這樣焊接應(yīng)力對(duì)稱互相抵消，大大減少焊接變形（特別是彎曲變形）；②焊縫不要過(guò)密；③盡可能避免交叉焊縫。

（2）工藝方面。合理裝配焊接順序，對(duì)于復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，裝配順序相當(dāng)重要，一般截面和焊縫對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，先裝配成總體，然后再分部對(duì)稱焊接。對(duì)于不對(duì)稱的復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，可先將其分成若干簡(jiǎn)單部件分別施焊，然后再總裝焊接。

（3）反變形法。反變形法是預(yù)置反方向的變形量，以抵消（補(bǔ)償）焊接變形，這種方法關(guān)鍵是反變形量的確定，總的來(lái)說(shuō)主要依照經(jīng)驗(yàn)値，引起角變形和彎曲變形的場(chǎng)合應(yīng)用較多。

（4）剛性固定法。剛性固定法是焊前對(duì)焊件外加剛性拘束，強(qiáng)制焊件在焊接時(shí)不能自由變形。比如焊接構(gòu)件在夾具中施焊，比較有效減少焊接變形。剛性固定法與反變形法有機(jī)結(jié)合起來(lái)使用，能達(dá)到事半功倍的效果。

（5）錘擊法。錘擊法是用帶球形的尖錘，輕而密地敲擊焊縫，松弛焊縫表面漲力，減少焊接應(yīng)力，從而減小變形。如果工作量大，也可使用電錘或氣錘。

（6）熱處理法。對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱，既可減少焊件加熱部分與未加熱部分的溫差，又可減低焊件的冷卻速度，達(dá)到減少內(nèi)應(yīng)力和焊件變形，一般加熱溫度：碳鋼250～450℃，鑄鐵400～500℃，鋁材200～300℃。對(duì)焊件進(jìn)行焊后退火，回火處理：將焊件放入爐中或保溫材料中加熱保溫一定時(shí)間后緩冷，一般加熱600～670℃。能減少工件內(nèi)應(yīng)力，以達(dá)到減小焊接變形。

1.2 推土支座結(jié)構(gòu)形式行業(yè)內(nèi)對(duì)比

對(duì)比同行業(yè)其他公司小型機(jī)推土支座結(jié)構(gòu)形式其推土支座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高，且焊縫位置較為分散，避免焊縫過(guò)于集中，焊接熱輸入過(guò)大，增大焊接變形。

1.3 存在問(wèn)題

（1）推土支座傾斜。推土支座焊后變形大，裝配推土鏟時(shí)出現(xiàn)喇叭口，導(dǎo)致接觸面積過(guò)小，加速支座磨損，無(wú)法滿足裝配需求，需更換返修。

（2）左右推土支座開檔尺寸超差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)推土支座焊接過(guò)后均向內(nèi)收縮，理論要求開檔尺寸745mm，實(shí)測(cè)僅739.5mm，無(wú)法裝配。

（3）推土支座異響。在焊接變形較大的情況下，導(dǎo)致推土支座不同軸，裝配后推土鏟動(dòng)作時(shí)發(fā)生異響。返修耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，影響整機(jī)入庫(kù)。

1.4 三坐標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題

（1）三坐標(biāo)檢測(cè)效率低，須兼顧其他部件檢測(cè)，從送檢三坐標(biāo)到整理數(shù)據(jù)發(fā)出，一般需要45 分鐘，檢測(cè)周期長(zhǎng)，影響部件流轉(zhuǎn)效率；

（2）部件送檢及回流均需使用叉車流轉(zhuǎn)，叉車油耗較高，且尾氣排放污染環(huán)境。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化夾緊方案，改進(jìn)壓緊裝置形式

改進(jìn)前左、右推土支座拼搭時(shí)定位接觸面小，定位不穩(wěn)定。

（1）在工裝上增加左右限位卡槽，利用壓板將物料壓緊，保證與側(cè)向定位面充分貼合，提高拼搭質(zhì)量；

（2）在推土支座內(nèi)側(cè)增加壓板。在推土支座正前方增加壓緊裝置，保證物料定位穩(wěn)定，防止拼焊過(guò)程物料松動(dòng)。

2.2 優(yōu)化定位焊工藝，確定焊接工藝

拼搭工藝要求定位焊尺寸為30～50mm，為了減少焊接變形，直接在工裝上進(jìn)行打底焊接，同時(shí)優(yōu)化焊接順序，先焊接推土鏟外側(cè)，再焊接推土鏟內(nèi)側(cè)，拼搭焊接順序。

2.3 改進(jìn)工藝?yán)瓧l工藝，減少焊后尺寸變形

（1）焊接時(shí)，利用“一長(zhǎng)一短”兩根拉條來(lái)進(jìn)行控制。長(zhǎng)拉條限制左右推土支座的整體變形，短拉條用于保證推土支座的小開檔尺寸。

（2）工藝?yán)瓧l改為下道工序拆除，以保證部件充分冷卻后再拆除，減少焊后余熱影響。

2.4 優(yōu)化焊接工藝，調(diào)整焊接順序

跟蹤實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，焊接完成之后推土支座向內(nèi)收縮，故結(jié)合部件焊后尺寸變化情況，調(diào)整部件焊接順序以及工藝參數(shù)，減少焊接變形量。

2.5 設(shè)計(jì)制作推土支座焊后檢測(cè)工裝

通過(guò)對(duì)推土支座關(guān)鍵拼焊尺寸整理，并結(jié)合推土鏟結(jié)構(gòu)特點(diǎn)功能，依據(jù)裝配要求。三坐標(biāo)檢測(cè)所需時(shí)間為45 分鐘/臺(tái)，工裝檢測(cè)所需時(shí)間為20 分鐘/臺(tái)，縮短檢測(cè)時(shí)間，工裝設(shè)計(jì)圖。

3 方案驗(yàn)證

3.1 推土支座檢測(cè)工裝檢測(cè)驗(yàn)證

利用檢測(cè)工裝對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各部件進(jìn)行復(fù)檢，通過(guò)優(yōu)化工裝定位夾緊方案，改進(jìn)定位焊接工藝，改進(jìn)拉條剛性固定工藝等幾種預(yù)防控制措施的應(yīng)用后，檢測(cè)合格率100%。

3.2 三坐標(biāo)數(shù)據(jù)檢測(cè)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)，對(duì)改進(jìn)后9075E 底架的推土支座變形量進(jìn)行三坐標(biāo)數(shù)據(jù)跟蹤，推土支座焊接最大變形量≤0.35mm，平均變形量由改進(jìn)前的約2mm 下降至0.23mm，滿足使用要求，具體數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 三坐標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 改進(jìn)措施實(shí)施效果

減少總裝裝配反饋，提高結(jié)構(gòu)件廠產(chǎn)品合格率，提高推土支座焊后質(zhì)量；減少叉車流轉(zhuǎn)時(shí)燃油消耗，降低油耗；減少返修時(shí)工具的消耗。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)家“工業(yè)4.0”時(shí)代的加速來(lái)臨，工程機(jī)械行業(yè)迎來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。要提升加工手段，提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，這一切預(yù)示著機(jī)器人應(yīng)用及發(fā)展前景空間巨大。隨著技術(shù)的發(fā)展，焊接機(jī)器人的價(jià)格不斷下降，性能不斷提升；另一方面，勞動(dòng)力成本不斷上在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件焊接過(guò)程中，高質(zhì)量、高效率的將焊接機(jī)器人應(yīng)用于焊接生產(chǎn)線已迫在眉睫，而這首先取決于焊接機(jī)器人高素質(zhì)的管理人員、技術(shù)人員和操作人員，一個(gè)企業(yè)焊接機(jī)器人使用的好壞，很大程度在于人，因此首先要保證有一支穩(wěn)定的工作隊(duì)伍，其次要加強(qiáng)技術(shù)人員的技能培訓(xùn)，只有這樣才能充分發(fā)揮焊接機(jī)器人的作用，全面提升結(jié)構(gòu)件焊接的質(zhì)量。