挖掘機動臂開裂與修復工藝淺析

馮華 辛興倫

摘要：焊接修復是挖掘機施工過程中結構件維修的主要手段，由于施工現場條件所限，一定程度上會給有效的焊接修復帶來影響。本文主要對挖掘機動臂現場開裂、修復工藝進行淺析，希望能為相關修復工作提供一些參考。

關鍵詞：動臂;修復;焊接

動臂是挖掘機的主要焊接結構之一，動臂開裂現象在挖掘機的施工中并不少見。動臂的開裂會嚴重影響設備的正常運行，甚至導致停工。挖掘機動臂開裂的現場修復技術是工程人員密切關注的問題。本文將結合個人經驗，分三個部分對挖掘機動臂開裂修復展開闡述。

一、動臂開裂原因分析

企業的質量控制體系，確保動臂在設計、加工、檢驗等過程中的質量，力求提升焊接性能，預防焊接缺陷，保證焊縫可靠性。但是，焊接做為“特殊過程”，其作業結果目前無法充分驗證，不能完全控制與確認焊縫接頭達到預期的性能品質。在挖掘機作業過程中，當動臂受到沖擊、扭轉、拉壓與過載、惡劣環境溫度等復雜工況時，形成開裂則在所難免。因為“特殊過程”，導致焊接不穩定的性能，是造成動臂開裂的基本原因。

動臂結構復雜，抗變形能力較差，而且采用的鋼材板厚型號較多，強度級別較高，對焊接工藝和施工人員焊接水平要求較高，是挖掘機易開裂的焊接件。為了防止裂紋的再次發生，修補動臂能夠滿足設備的正常運行，進而保證施工進度，修補過程可由裂紋產生的位置和形狀來分析確定。

（一）開裂形態方面

觀察裂紋出現于動臂的具體位置和具體形狀，分析裂紋源點產生于焊縫還是基體材料本身，進而確定裂紋源點起裂后的起裂長度和延伸方向。基于裂紋產生和延展的分析結果，結合設備工作負荷的具體情況，初步判斷動臂開裂是由焊接本身缺陷所引起，還是由挖掘機工作時設備過載引起。

（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成分分析來確定?；w材料碳當量是焊縫評估和開裂焊接修復工藝制定的重要基礎數據。普通動臂的基體材料一般使用Q345鋼，碳當量為0.49，可焊性能良好。（見圖1）

二、動臂焊接修復工藝方案

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

（一）焊接方法

動臂焊接修復基于實際的修復情況考慮，通常選擇焊條、電弧焊或氣體保護焊。

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

根據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中確保焊縫熔深的關鍵步驟。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形坡口進行動臂修復。

根據開裂的位置和長度，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。制備坡口的斜角應大于1500需要注意的是，在清除動臂裂紋之前，應在裂紋延展方向處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）焊接修復質量關鍵點

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

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

b.當動臂開裂部位出現變形時，應在焊接修復前進行校形處理?？赏ㄟ^火焰校形和機械校形的方式對變形進行修正。采用火焰校形時，加熱溫度應控制在600至800℃范圍內，同一加熱位置的加熱次數應控制在2次以內，且應避開藍脆溫度（250-500℃）施力校形。機械校形時，不得在低于-12℃的環境溫度下執行。

c.檢查焊接材料、焊接氣體等是否滿足焊縫修復要求。使用焊條時，應根據受潮的情況進行干燥處理和保溫處理。

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

e.焊接應加熱后盡快進行。焊接引弧應在起弧板或坡口處進行。在不需要預熱的情況下，多層焊接時要注意控制層間溫度。使用堿性焊條進行焊接修復時，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修復處動臂基材中較薄板厚度的5倍進行控制，間距通常不應超過300mm。定位焊的位置不得出現于焊縫交叉處。定位焊縫的起收弧應平滑過渡，焊縫一旦出現裂紋、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，發現問題及時打磨或氣刨后重新修復，避免出現裂紋、燒穿、熔合不良等缺陷。

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