关于掘进机铲板部焊接变形问题的研究

樊志家 王晓燕

摘 要：掘进机铲板部是掘进机运输部分的源头，在掘进机进行作业时又起到支撑作用，所以对它的整体性能要求很高。它的焊接结构零件多、结构复杂，尺寸公差和形位公差不容易保证，焊接变形突出。为了减少不合格品率，文章对减少焊接变形进行了研究，通过安排合理的焊接顺序及焊接方式来减少焊后残余应力，在保证焊接强度的前提下，尽可能的减少焊接变形量，对生产实际具有重要的指导意义。

关键词：铲板；焊接结构；二氧化碳气体保护焊

掘进机铲板主要由左、右侧铲板、主铲板、驱动装置、从动轮装置等组成，通过2个液压马达驱动星轮，把截割下来的物料装到第一运输机内。铲板顶尖在铲板油缸作用下可实现向上抬起，向下卧底。其中左、右侧铲板、主铲板为焊接结构件，他们的焊接强度及几何尺寸稳定性直接影响铲板部的整体使用性能。掘进机铲板部结构如图1所示。

图1 铲板部结构示意图

1 焊接顺序对铲板焊接变形的影响

采用合理的焊接顺序，能够有效的降低结构件焊接残余应力，不同的焊接结构为减少焊接残余应力而运用的最佳焊接顺序也不一样，常见的类型有以下几种。

1.1 单条焊缝焊接结构

对于单条焊缝，在焊缝较长时，需采用分段焊接，有利于减小焊接变形及残余应力。在分段焊接中，将焊缝危险区域作为优先焊接段，可以有效降低焊接危险区域的残余应力。主要因为后焊接段对先焊接段有一定的焊后热处理作用。

对于单条环形焊缝的焊接，相当于一道焊和分段对称焊，焊接方法如图2，其焊接顺序1→2→3→4，所获得的焊接残余应力和变形为最低。主要原因为前段焊接对后段焊接的预热与后段焊接对前段焊接的焊后热处理作用。

图2 单条环形焊缝的焊接方法

1.2 具有多条焊缝的焊接结构

在具有多条焊缝的焊接结构中，主要依靠减少刚性约束，最大程度的让焊缝自由变形，从而降低焊接残余应力。典型焊缝为T形焊缝，正确的焊接顺序应是“先焊支缝，后焊干缝”。如图3所示。减小焊接残余应力，可以有效地防止焊接变形记焊后的焊缝断裂等现象。

1.3 多道焊焊接结构

在实施多道焊接时，每道焊都具有2个焊接方向，若每道焊接都采用一个焊接方向，会造成焊接应力的叠加，而增加多道焊的残余应力，所以在多道焊接过程中，乡里的焊道之间采用首尾相接的方式，减小焊接残余应力。

1.4 多层焊焊接结构

对于多层焊，图4所示为对接焊缝的分层示意图。焊接时在其厚度方向上的温度分布不均匀，因此在焊接过程中应采用对称焊接的方法。在图4中，较好的焊接顺序是：1→2→3→4，即保证了对称焊接，同时焊缝之间有一定程度的预热与焊后热处理，减少焊后变形。

图4 对接焊缝分层焊接方法

2 焊接装配对铲板焊接变形的影响

由于主铲板结构复杂，一次焊接不能够实现结构的整体性，所以采用多遍焊接装配，即对于一些小件采用了分部焊接装配，并使一些大件成为了主要框架结构，增加了整体刚性，减小了焊接变形。主铲板采用了多次焊接装配，焊接装配及焊接单件的遍数多达六遍，合理安排各遍焊接的装配顺序，增加焊接整体结构的强度及稳定性，减少无法焊接或焊接不足位置，满足了主铲板结构的设计要求。

3 结束语

对于多零件复杂机构件而言，多遍焊接相比一次焊接成型，整体变形量小，结构尺寸更易得到保证，为下一步的机械加工打下了可靠的基础。对于铲板整体结构而言，应采用多遍焊接装配及合理的焊接顺序；对于各零件焊接过程中，应注意相邻件产生的焊缝的焊接顺序。按照合理的焊接顺序对大型焊接结构件进行焊接，既保证了结构件的整体强度及稳定性，又保证了焊接工作的效率，节约能源，为企业创造效益。

参考文献

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