L-1150前装机举升臂扭力连接管结构焊缝裂纹焊修工艺

张 宁，贺 栋

（中煤平朔露天设备维修中心，山西 朔州 036006）

L-1150前装机举升臂扭力连接管结构焊缝裂纹焊修工艺

张 宁，贺 栋

（中煤平朔露天设备维修中心，山西 朔州 036006）

针对L-1150前装机举升臂扭力连接管根部出现的裂纹,分析其开裂原因，根据现场条件提出切实可行的焊接修复工艺方案，成功的修复了扭力连接管根部裂纹，对今后L-1150前装机结构件的修复工作起到一定的借鉴和参考作用。

L-1150前装机；扭力连接管；裂纹；焊修工艺

0 引 言

L-1150前装机是由美国勒图尔勒技术公司设计生产的大型矿用电动轮装载机。美国勒图尔勒技术公司制造的50系列装载机——全球唯一电动轮式装载机，从技术上提供更大尺寸，更大有效载荷和更多功能，这类型设备已广泛应用于露天煤矿、金属矿山及其它硬石矿山，是新能源混合动力装载设备，它们更可靠的并且节能环保的与采矿业完美匹配，给采矿业提供前所未有的发展动力。

2014年平朔公司引进了5台L-1150，主要服务于安家岭和东露天矿区。该型前装机整机工作质量142 t，发动机功率为940 kW，铲斗容量17.6 m2[1]，是矿内最大型的前装机，作为主要装载设备，为平朔露天采矿生产作业发挥着极为重要的作用。

1 举升臂扭力连接管结构及焊缝开裂原因分析

1.1 举升臂扭力连接管结构分析

勒图尔勒L-1150前装机举升臂是由2块高强度厚钢板通过铸件扭力连接管连接组成的共同体。通过前部安装在扭力管上的一对小摇臂及销轴与铲斗连接，控制铲斗的挖掘动作，后部球窝与球头装配连接到前车架完成举升臂支持承载的部件。其在挖掘、举升、铲料、卸料的作业过程中，扭力连接管根部作为翻转杠的支点，是设备作业很重要的受力部位，工作时不仅承受巨大的工作载荷，还要频繁承受剧烈的振动载荷，对结构强度和焊缝要求极高，不允许存在任何焊接缺陷，以至产生缺陷裂纹及缩短疲劳寿命。若此处发生开裂会容易使此支点脱落，更有甚者导致大臂断裂，甚至发生机械以及人身伤害事故[2]。

1.2 开裂原因分析

1）结构原材料原因。2条举升臂是高强度厚钢板，扭力连接管是铸件。完成前车架到铲斗挖掘的动作是由2条举升臂及安装在扭力管的小摇臂传递，中间结构的频繁受力全部由铸件扭力管承载。开裂处是钢板与铸件的装配连接位置的结构焊缝。不同材料，且高强度要求下，焊接质量上要求是极高的，在生产制造焊接过程中任何与焊接工艺的不符项，都有后期使用过程造成裂纹的可能，并缩短设计使用寿命，加快受力频繁结构疲劳。

2）工作现场环境原因。通过对矿坑内作业的现场环境查看发现，前装机的工作面为硬岩采掘区，爆破质量参差不齐，存在大量的大块石料，且采掘面根部全部依靠前装机的铲挖来完成。此种情况下举升臂在啃挖工作面根底时的作用力是相当大的，作用平衡与满载铲斗下的连接扭力管的扭曲力也是极大的，对出现开裂的结果存在极大的可能性。

3）设备驾驶员操作原因。通过与矿生产部门多名设备操作者多次沟通了解，前装机在实际作业中，驾驶员为保证工作面帮齐根平的生产规范要求，所以在操作铲料过程中猛用力挖啃或用铲斗直接铲接塌方的物料在所难免，以及满装后继续铲土，导致举升臂长期满载和过载运行。

4）焊接缺陷。通过现场对裂纹的目测和以往相关工作接触经验，裂纹的起始位置位于铸件与高强度钢板的结构焊缝焊趾处（位于钢板一侧）并继续延伸，直至发现的长度。究其原因，一方面是由于焊接接头疲劳裂纹一般起裂位置存在于焊跟和焊趾2个部位，如果焊跟部位的疲劳裂纹起裂的危险被抑制，焊接接头的危险点则集中于焊趾部位。焊趾部位存在着大量不同类型的缺陷，导致疲劳裂纹早期开裂，使母材的疲劳强度急剧下降[3]。另一方面，也可能是焊接过程中焊接区域焊接预热温度不到位、不均匀，层间温度控制不严格，焊后热处理措施不当，升温、降温速率达不到要求、不均匀都会导致材料受热冷却结晶过程中的质量。然而在无损检测过程中并没有具体显现，无法检测出，但是这种缺陷的存在已经大大的降低了钢板材料和焊缝金属的性能，缩短了使用寿命。其次，结构焊缝焊趾的打磨过渡还有进一步提高的完善性，可用纸砂轮抛光。

2 焊修方案

在制定结构件焊修方案的过程中，拆卸是其中的一个重要环节。如果不能正确的执行拆卸工艺，不仅影响修理工作效率，还可能造成结构件损坏等其它问题的发生。但此次举升臂扭力连接管根部裂纹发生突然，而现场生产任务重、时间要求紧，又考虑到拆解举升臂工作量大，需要的工时多，为保证任务按时高质高量的完成，所以焊修时决定不拆下举升臂，在设备上直接维修。因现场条件有限，只能采用手工电弧焊进行焊接修复。同时考虑到平焊是最合适也是最容易的焊接位置，焊缝强度更高，焊修前需要将举升臂举升到合适的焊接位置，使实际焊接人员尽可能用平焊操作焊出高质量的焊缝。

由于原车材料不明，并缺乏此部位详细材料信息及同行业相关结构的焊接维修经验，只能结合焊接勒图尔勒前装机框架裂纹经验，制定出详细妥当的焊接修复工艺方案。整个焊接过程必须严格控制焊前预热温度，焊缝层间温度、以及良好的焊接质量，均匀分布焊接应力、合理选择焊后热处理，最终完成优秀的焊缝[4]。

3 修复工艺措施

3.1 焊前防护

手工电弧焊时，要防止空气进入熔池，尽量减少焊缝金属中的氧、氮含量，提高焊缝的强度、硬度、塑性及韧性，因此要注意对焊接区域进行保护，可在焊接区周围同时形成保护气体和熔渣。车间现场修复时需要在焊接作业区域搭防护棚，或采取其他有效措施对焊接区域进行防护，使焊接区域形成相对封闭的空间，加热保温时尽量减少热量损失。另外，应在焊接施工作业区周围20 m拉设警示带，并吊挂或张贴安全标识牌，配置足够的灭火器等消防器材。

3.2 焊工

为保证成功的修复此次开裂故障，要求焊工必须是持有焊工资格证书，工作多年，并且经验十分丰富的优秀焊工[5]。

3.3 焊前清理

修复前，清除距离焊缝边缘60 mm以上范围内的所有铁锈，油污、油漆、氧化层和其他污染物，露出原母材金属光泽。

3.4 焊前检验

清理后，碳弧气刨清除裂纹，并且在碳弧气刨前必需预热，用加热片包裹待焊的部位，外面覆盖保温材料，通电预热[6]，温度需达到177℃以上方可开始。

为确保彻底清除裂纹，气刨后进行焊前检验。现场常采用的着色探伤方法，但这种方法只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，尤其对被污染物堵塞或经机械处理后开口被封闭的缺陷不能有效地检出，而工件表面太粗时，易造成假象降低检测效果。

因此，此次采用磁粉探伤进行检验。这种方法更加适合检测工件的表面和近表面缺陷，检查的更为彻底。经检测，故障开裂处长约1 200 mm，裂缝最深处约110 mm。

3.5 焊接材料的选择

在低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施。必须使用焊条保温桶，随用随取。根据现有条件选用E7018焊条，打底焊时可选用直径3.2 mm的焊条，其余各层可选用直径4 mm的焊条。

3.6 焊接工艺要点

1）预热和层间温度控制是优质焊接的关键环节。预热范围为焊接区域各个方向250 mm范围内。气刨前大臂需加热到140℃时保持恒温1 h。

2）在补焊过程中必须使用测温笔实时监控焊接区域的温度，可使用加热板和石棉布保持温度。焊接时温度不得高于230℃。

3）补焊过程选择多层多道焊，多层焊各层间接头应错开30 mm以上。注意焊缝与母材的熔合并及时清除熔渣。

4）焊接过程中控制层间温度，温度太高必须停止焊接，直到温度下降到适当范围内再继续施焊。

5）在每一层焊接时，趁未完全冷却，用锤子锻打焊道减少收缩应力[7]。每个部位焊接完成后，及时用氧乙炔火焰进行局部加热，并用石棉布保温缓冷[8]。

6）由于裂缝较长，为保证焊缝质量和焊件的实际使用性能，实际修复时需要采取分段焊接的方法。先刨开一段裂缝，填补完成后，再刨开裂缝余下裂缝，开始施焊。且2次补焊必须完全按照焊接工艺执行。

7）焊接过程中要避免气孔、夹渣、咬边、焊瘤、未焊透、未融合等焊接缺陷的产生，每一道焊缝接头处避免过高、脱节和宽窄不一，收尾时应填满弧坑后再熄弧。

3.7 后热处理

后热处理是为防止急冷，在焊接区域使焊缝金属的冷却速度放缓，释放焊缝金属产生的残余应力。稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，保证钢的回火韧性。

由于此部位材料较厚，环境气温较低，需要使用加热板适当反复加热来达到缓慢冷却要求。此次后热处理分为：①温度加热到200℃保持3 h；②温度降到160℃再加温到180℃保持保持2 h；③温度在降到140℃再加温到160℃保持1 h。④然后缓冷达到常温。

3.8 焊后检验

焊补完成后，打磨平顺光洁,且保持恢复原有的轮廓尺寸。对整个焊接区域和相反的一侧进行二次着色探伤，确保无任何裂纹、咬边等焊接缺陷。

4 结语

经相关设备保养人员长时间的跟踪检查，修复后的扭力连接管根部未再次发现裂纹，且修复部位美观，尺寸恢复到原标准状态，无须进行二次加工，即可装机使用[5]，确保了设备的良好性能和正常运行，证明所制订的裂纹焊接修复工艺是完全可行的，为露天矿勒图尔勒L-1150前装机厚大结构件的裂纹焊接修复提供了可参考的经验，并对同类型总成件的故障修复起到了一定的借鉴作用。

［1］L-1150前装机技术参数［S］.

［2］左延红，张克仁.工程机械大型结构件生产工艺探讨［J］.机床与液压，2011，39（16）：4-7.

［3］葛福华.焊接结构疲劳断裂因素分析及应对措施［J］.焊接与切割，2007（12）：31-32

［4］李二飞，张永强.装载机铰接上球头底座裂纹修复工艺［J］.露天采矿技术，2016，31（9）：98-100.

［5］陈瑜，彭祖国.大型铸钢件裂纹的修复工艺［J］.应用技术，2012（11）：72-74.

［6］王晋生，郑春刚，陈丽中.起重臂推压机构焊接修复工艺研究［J］.大型铸锻件，2004（2）：21-23.

［7］郭庆丰，田国柱，王井峰.WK-4电铲铸钢件裂纹的修复工艺［J］.煤矿安全，2002，33（2）：46-47.

［8］喻玮.WK-8电动挖掘机驱动轮修复工艺探讨［J］.矿山机械，2007，35（5）：66-67.

Crack welding repair technology in the torsion bar of L-1150 front loader lifting arm

ZHANG Ning,HE Dong

(Equipment Repair Center,China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036006,China)

In view of the cracks in the root of the torsion bar of the L-1150 front loader lifting arm,this article analyzes the reasons of cracks，and puts forward the feasible welding repair process plan according to the site conditions,which successfully repairs the root cracks in the torsion tube,and provides reference for the repair of the L-1150 front loader structures in the future.

L-1150 front loader；torsion tube；crack；welding repair technology

TD422.3

B

1671－9816（2017）11－0072－03

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.020

张宁，贺栋.L-1150前装机举升臂扭力连接管结构焊缝裂纹焊修工艺［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：72-74.

2017-07-17

张 宁（1984—），山西朔州人，工程师，硕士，毕业于沈阳理工大学材料加工工程专业，从事采矿设备电焊维修工作。

【责任编辑：陈 毓】