高强度薄板吊臂的焊接与应用

张鑫

由于技术的不断进步，所以在很多领域为达到最大的利用率，轻量化设计的作用越来越重要。轻量化一方面可以节省材料，另一方面可以在运动结构的动力系统中节省能源。为达到降低随车起重机的总质量，最大限度的提高货运汽车的载重质量，随车起重设备的轻量化设计越来越受到重视。其中主要结构部件采用高强度薄板进行减重为目前最为切实可靠的途径，而重中之重则是高强度薄板吊臂的焊接。

我公司生产的QYS-2Ⅱ型随车起重机在改进设计中，进行了强度校核以及三维建模有限元分析，在满足使用要求的前提下吊臂臂体采用3mm的TQ460MCD低合金高强度钢板进行减重，代替原设计采用的4mm普通钢板（其中部分臂体结构见图1）。

1. 工艺分析

图1

TQ460MCD为低合金高强度钢板，并且我们所选取的钢板厚度较薄，焊接过程中易产生焊接裂纹和热影响区性能的脆化，同时焊后易产生焊接变形。为了防止冷裂纹，要采取相应的焊前预热和焊后保温措施。预热采用火焰加热法，预热温度控制在100~150℃，为了缩小焊接热影响区的脆化区，主要是限制焊接热能量的输入，在保证焊缝熔合的前提下，选用合适的焊接热输入，从而减少残余应力。焊后采用石棉被将臂体保温，防止冷却速度过快，产生变形或焊缝裂纹。

2. 板材前期处理

板材在轧制、运输、装卸和堆放过程中，由于自重、支撑不当或装卸条件不良及其他原因，可能会产生弯曲、扭曲、波浪及表面不平等变形，给尺寸的度量、划线、剪裁及后续焊接带来困难，影响成形零件的尺寸和几何形状偏差，因此在板材下料投产前，要先进行抛丸除锈，然后在平板矫正机上进行平整，使板料原有的变形减小。由于我们所选用的钢板厚度薄、强度高，采用常规的矫正方法难于达到预期的矫正效果，所以在矫正时可以将薄板放在厚钢板上或采用多层薄板一起进行矫平的方法进行矫正。板材平面度检查合格后，臂体槽板采用剪切下料，折弯成形后进行刨削加工焊接坡口（槽板结构见图2），其中槽板侧面平面度≤1.5/1000mm，坡口直线度≤1/1000mm。

3. 焊接坡口形式与焊接方法

由于槽板厚度较薄，为保证焊缝强度采用V形坡口，如图3所示。

采用熔化极气体保护焊接，臂体焊缝较长，吊臂先进行组对铆接，在自制焊接平台上（见图4）进行点固，然后在自动焊接平台上进行吊臂长焊缝的整体焊接。焊接时在焊缝下侧加铜垫板（铜垫板位置放置见图5），注意铜垫板务必与焊缝紧贴，便于焊接热的扩散，降低对焊缝的影响。按焊接操作规程在自动焊接平台上焊接（见图6），要求焊缝均匀一致，关键焊缝严格控制，焊完一侧立即焊另一侧。

4. 焊接参数选择

臂体焊接采用气体保护焊，保护气体氩气流量控制在10~15L/min，焊丝采用φ1.2mm的ER50-G实芯焊丝，抗拉强度630MPa，屈服强度550MPa，在小电流焊接时电弧稳定，火花飞溅少。具体参数为：焊接电流140~160A，电弧电压20~22V；焊接速度450~500mm/min；焊丝伸出长度12mm。

图2

图3

图4 焊接平台

图5

图6 自动焊机

焊接注意事项：①焊丝对准焊缝中心，距工件0.75~1.5mm，并在焊接中根据吊臂尺寸及时调整。②焊缝要均匀一致，且不得高出折板高度1.5mm。③焊后臂体进行保温处理，以防止因快速冷却产生裂纹。

5. 结语

随着技术的不断进步，对于随车起重设备的轻量化要求不断提高，高强度钢板在随车起重机械上的应用越来越广泛，对于零部件的焊接技术要求也在不断提高，因此对于新的焊接工艺的开发与试验应更加深入，以适应目前的发展趋势。

[1] 宗培言. 焊接结构制造技术手册［M］. 上海：上海科学技术出版社，2012：1.

[2] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册［M］. 北京：机械工业出版社，2007：10.

[3] 付荣柏. 起重机钢结构焊接技术［M］. 机械工业出版社，2008：12.