挖掘装载机挖臂焊接变形及其控制

宋红兵+董文华+贾吉鹏

摘 要：本新型挖臂作为挖掘装载机的主要工作装置，在制造过程中更易出现焊接变形，从而对挖臂质量影响很大。通过分析焊接变形产生的原因，简单阐述控制措施，依据实践制定预防和变形矫正方法，从一些关键工艺上控制新型挖臂的精确度。

关键词：挖臂；焊接变形；焊接顺序

在现代工业社会飞速发展的今天，各种机械产品在不断的更新换代，工程机械产品作为工业建设的核心力量，更是加快其更新换代的步伐。为满足市场的要求一种新型多功能挖掘装载机得到开发，同时其新结构形式的挖臂的出现，给挖臂的焊接提出了新的课题。

一、概况

挖掘装载机作为一种多功能机械，其挖臂结构较传统挖掘机挖臂结构差异较大，在制造过程中易出现焊接变形，造成在装配过程中，装配困难，使用过程中，出现开裂现象。通过一定的措施保障，消除和减少上述质量问题。

二、焊接变形原因浅析

结构件焊接变形的原因：一方面是因为构件受热不均匀引起的温度应力变形，即不均匀的受热产生不均匀的膨胀导致的变形； 另一方面由于受结构件本身的结构要求，造成结构件在构成时不能一直是箱型结构，会存在悬臂梁结构等，造成悬臂梁部分发生弯曲变形。再一方面是残余应力变形，也就是当不均匀温度场所造成的内应力达到钢材的屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度恢复至原始均匀状态后，就产生了新的内应力，伴随这种内应力而发生了形变。

对挖臂结构形式（简图如图1所示）进行分析：1、在挖臂左右侧板外侧有多个零部件（如图2所示），这些零部件在焊接的时候，容易出现局部变形，从而影响到下道工序的顺利进行；2、在挖臂下端D-E段为箱型结构形式，虽然此结构形式焊接变形较小，在焊接中得到普遍应用。但是，由于挖臂下端为细长结构，由于焊缝长度较长，加上焊接过程中焊接顺序和方向的控制不好，也会使整个挖臂出现扭曲变形。3、在挖臂的三个端点分别为：A、B和C三个关键的铰接孔，三铰接孔均处在悬臂位置，在焊接过程中容易出现变形（如图3所示），致使开当尺寸不易保证，造成后续镗孔加工的难度。通过分析了解其原因所在后，我们便有的放矢地进行重点控制。

三、控制焊接变形的措施

根据对挖臂结构特点和焊接过程中容易出现的变形的分析，将从以下几点对挖臂焊接变形进行控制：

（一）合理安排点焊顺序和位置

根据挖臂结构特点，在挖臂左右侧板外侧有多个零部件。分布在三个关键铰点孔（A、B和C）的周围，这些零部件的焊接将直接的影响到整个挖臂的尺寸。在点焊时按如下步骤进行（如图4所示）：

（二）合理安排焊缝的位置

安排焊缝尽可能对称于截面中性轴，或使焊缝接近中性轴，这样对减少梁、柱类结构部位的挠曲变形有良好的效果. 焊缝对称于中性轴有可能使焊縫所引起的挠曲变形相抵消。同时在焊接的时候，避开两条焊缝的叠加焊接。由于挖臂结构的需要（剖面如图5-1所示）。所以，在焊接时先焊焊缝少的一侧。先对称地焊接1和1焊缝（如图5-2所示），此时将产生较大的下挠弯曲变形并增加刚性，再按图（如图5-3所示）位置焊接焊缝2和2，产生上拱弯曲变形，最后按图（如图5-4所示）的位置焊接筋板和两侧板的焊缝3和3，焊缝4和4，产生另一个上拱变形，这样通过下挠和上拱两者之间的相互反向作用，使弯曲变形基本抵消。

（三）合理选择焊接方法和焊接工艺参数（表1）

选用线能量较低的焊接方法，可有效防止焊接变形。再挖臂点焊时采用φ1.2实心气保焊＼n丝（ER50-6）＼n气体（C02+Ar）焊高4，电流190-210A，电压20-24V；焊接加强板时采用焊高8，电流260-280 A，电压25-30 V；在整体满焊时采用焊高10，电流260-280A和240-260 A，电压25-30 V。点焊时一般只起到对工件的初步的固定和定位作用，进行定位焊时，在保证焊实的情况下，尽量减少能量的热输出，这样有利于减小在零部件还未固定时造成的局部变形，当工件逐渐的得到固定时，在进一步提高相应得焊接参数，以满足焊接的熔透和强度，将各部件焊接牢固。从而保证挖臂强度的需求和产品质量。

（四）选择合理的焊接顺序

焊接时按照图6中1～4 的顺序，在焊接过程中构件的惯性矩基本上保持不变，上下对角焊缝所产生的挠曲度变形可以抵消，构件保持平直。同时有利于热输入量的平衡，大大减小变形的发生。

（五）采用刚性固定法

由于挖臂三个关键铰接点都处在容易变形悬臂梁的部位，造成开当不一致的现象，而这一部位采用其它方法均不好控制其变形，所以采用没有反变形情况下，将构件两端开当处增加工艺拉筋进行固定（如图7），来限制焊接变形。 待工件冷却时效处理过后，再拆除工艺拉筋。这样就有效的保证了尺寸要求。

（六）工作事前、事中、事后的检测控制

为了保证焊接的正确性，在焊接之前，首先要对结构下料件的尺寸和平整度等进行检查，看是否满足要求，达到标准。在组焊过程中要时刻关注部件的各项尺寸要求，对其中心线、标高、长度等情况进行检测、校正。施焊过程中要随时观察、检测，发现问题，立即采取措施补救。 施焊后，要对其再次测量、矫正。

四、矫正焊接变形措施

焊接后发现构件出现变形，应进行矫正，其方法有：

（一）机械矫正

利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相抵消。 对挖臂主要采用10mm 以下的厚板材，用锤击法可以延展焊缝及其周围压缩塑性变形区域的金属，达到消除一定焊接变形的目的。

（二）火焰矫正法

利用火焰局部加热所产生的压缩塑性变形，使较长的金属在冷却后收缩，来达到矫正的目的。由于挖臂的三个铰接点的开当尺寸不易保证，虽然经过刚性固定方法防止变形，但是，由于冷却时效处理时间不够，当拆除工艺拉筋后，仍然出现变形，这时就可采用火焰矫正法在A、B和C三个区域进行矫正（如图8）。

五、结论

实践表明，通过以上的预防控制措施和矫正修复，能使挖臂符合要求，满足产品质量的标准。

参考文献：

[1]孙云飞，徐武彬，花庆宝，王俊梁，李冰.装载机动臂焊后变形矫正影响因素研究[J].机械研究与应用，2016（01）：49-50.