某型裝備下臂變幅上絞點貼板焊道開裂問題的分析及整改

2022-01-01 00:00:00孔小明孔凡相張茂晴

工程機械與維修 2022年1期

摘要：某型裝備在做可靠性試驗時，下臂變幅上絞點貼板焊道出現開裂現象。對該現象進行了問題定位，提出了相應改進措施，并結合有限元方法對改進后的裝備進行了受力分析，經過試驗測試，焊道開裂現象得到了有效解決。

關鍵詞：絞點;焊道開裂;有限元;測試

1" "故障概述

某型裝備在做可靠性試驗做到100次時，下臂變幅上鉸點貼板焊道出現開裂現象。焊道開裂狀況如圖1所示。

2" "故障定位

經分析，造成此部位焊道開裂，可能由以下兩種原因：一是鉸點結構設計強度不足;二是焊縫強度不足。具體見故障樹圖2。依據開裂方式和開裂部位，結合故障樹所列出原因對故障進行分析如下。

2.1" "鉸點結構設計強度不足

開裂部位鋼板材料均為Q460，屈服強度為460MPa，抗拉強度為640MPa，許用應力約為345.9MPa。對開裂部位進行最惡劣工況進行有限元受力分析，約束與加載見圖3，分析結果見圖4。分析結果顯示，開裂部位存在應力集中現象，最大峰值集中點應力達到1012.71MPa，超過此處鋼板的屈服強度。

2.2" "焊縫強度不足

焊縫強度不足主要可能有以下3點：一是母材焊接性不好，二是焊絲選擇不當，三是焊接存在缺陷。

2.2.1" "母材焊接性不好

開裂部位鋼板材料均為Q460，其屬于低合金高強度鋼，含碳量≤0.20%，具有良好的焊接性。軸套20CrMo與Q460板材焊接性也較好。材料焊接易操作，熔合性好，不易出現裂紋等缺陷。由此可以排除，母材焊接性不好導致焊道開裂的可能性。

2.2.2" "焊絲選擇不當

采用金橋MG50-Ti（50級）焊絲進行焊接，設計焊縫強度高于母材強度。焊絲強度是和母材強度匹配的，由此可以排除焊絲選擇不當導致焊道開裂的可能性。

2.2.3" "焊接存在缺陷

引起焊接缺陷主要可能有2點：一是焊接工藝性不足，二是人為操作不當，下面對二者分別分析。

開裂處焊縫為焊腳高度5mm的角焊縫，在不拼焊前后封板的情況下，內側折彎角處5mm焊腳可以焊接，外側標注焊縫也都可以焊接，為此焊接可達性沒有問題。

分析認為，貼板為兩道折彎，與之貼合的臂體也是兩道折彎，若貼板與臂體貼合較長，便容易造成其與臂體貼合不實。不同的兩個結構件，加強板貼合狀況不一，如圖5所示。如果貼合不實很容易出現焊接缺陷，導致焊縫強度不足，產生應力集中，長時間則會沿焊接缺陷點發生疲勞斷裂。結構件拼焊質量還會受人為操作因素的影響。通過觀察發現，焊道確實存在氣孔和凹坑不飽滿等現象。

通過以上分析判斷，焊接缺陷是由下臂變幅上鉸點設計強度不足、貼板與臂體貼合不實及人為操作不當綜合導致的。

3" "整改措施

針對臂變幅上鉸點設計強度不足、貼板與臂體貼合不實及人為操作不當等三種故障原因，分別采取以下對應措施進行整改。

3.1" "增加貼板與加強筋

針對下臂變幅上鉸點設計強度不足，在變幅鉸點前部和后部分別增加貼板，兩側面增加加強筋，如圖6所示。對修改后的模型進行受力分析，應力分析結果見圖7。根據圖7所示的應力分析結果可以看出，原開裂位置應力集中點約286.387MPa，最大應力也位于此位置，應力小于母材鋼板的許用應力，滿足設計要求。

3.2" "貼板上開長圓孔并增加焊道

針對貼板與臂體貼合不實問題，對貼板進行改進。在貼板上開長圓孔，使貼板在與臂體拼點時能充分貼合，并增加焊道，分擔受力。我公司采取上述措施，對現場一臺實物進行了整改，經驗證確認方案可行，整改效果如圖8所示。

3.3" "嚴控焊縫焊接質量

針對此處焊縫安排專人負責，全面檢測此處焊縫質量，有缺陷的打磨掉重新焊接，焊接24h后，對焊縫進行滲透檢測，有缺陷進行打磨重新焊接，焊接后再次進行檢測。

4" "整改措施驗證

按照上述方案對這一產品進行了整改，并做了1000次可靠性試驗，均均未再出現故障，證明此整改方案可行有效。

5" "結語