挖掘机动臂开裂与修复工艺浅析

冯华 辛兴伦

摘要：焊接修复是挖掘机施工过程中结构件维修的主要手段，由于施工现场条件所限，一定程度上会给有效的焊接修复带来影响。本文主要对挖掘机动臂现场开裂、修复工艺进行浅析，希望能为相关修复工作提供一些参考。

关键词：动臂;修复;焊接

动臂是挖掘机的主要焊接结构之一，动臂开裂现象在挖掘机的施工中并不少见。动臂的开裂会严重影响设备的正常运行，甚至导致停工。挖掘机动臂开裂的现场修复技术是工程人员密切关注的问题。本文将结合个人经验，分三个部分对挖掘机动臂开裂修复展开阐述。

一、动臂开裂原因分析

企业的质量控制体系，确保动臂在设计、加工、检验等过程中的质量，力求提升焊接性能，预防焊接缺陷，保证焊缝可靠性。但是，焊接做为“特殊过程”，其作业结果目前无法充分验证，不能完全控制与确认焊缝接头达到预期的性能品质。在挖掘机作业过程中，当动臂受到冲击、扭转、拉压与过载、恶劣环境温度等复杂工况时，形成开裂则在所难免。因为“特殊过程”，导致焊接不稳定的性能，是造成动臂开裂的基本原因。

动臂结构复杂，抗变形能力较差，而且采用的钢材板厚型号较多，强度级别较高，对焊接工艺和施工人员焊接水平要求较高，是挖掘机易开裂的焊接件。为了防止裂纹的再次发生，修补动臂能够满足设备的正常运行，进而保证施工进度，修补过程可由裂纹产生的位置和形状来分析确定。

（一）开裂形态方面

观察裂纹出现于动臂的具体位置和具体形状，分析裂纹源点产生于焊缝还是基体材料本身，进而确定裂纹源点起裂后的起裂长度和延伸方向。基于裂纹产生和延展的分析结果，结合设备工作负荷的具体情况，初步判断动臂开裂是由焊接本身缺陷所引起，还是由挖掘机工作时设备过载引起。

（二）焊接工艺性方面

焊接工艺性可以通过焊缝检测和基体材料的化学成分分析来确定。基体材料碳当量是焊缝评估和开裂焊接修复工艺制定的重要基础数据。普通动臂的基体材料一般使用Q345钢，碳当量为0.49，可焊性能良好。（见图1）

二、动臂焊接修复工艺方案

动臂焊接修复工艺方案主要根据焊接件开裂程度、焊缝形式及维修场地的焊接设备、焊接材料、施工人员等条件制定。动臂修复焊缝在焊接成型后，焊缝金属中大量存在收缩变形情况，容易产生较大应力并引起焊缝裂纹，因此在进行焊接修复时要注意焊接工艺的选择。

（一）焊接方法

动臂焊接修复基于实际的修复情况考虑，通常选择焊条、电弧焊或气体保护焊。

选择焊接材料时，应根据动臂基体材料的强度要求来确定。动臂一般采用低合金钢焊接而成，基体材料的屈服强度为275至345mpa，一般为Q345B，这种钢材具有高强度等级，按等强度匹配原则选择对应焊材。需要注意的是，焊接材料的选择应保证焊接接头的塑性、韧性，可采用低强度匹配。

根据选择的焊接材料和实际施工条件，确定采用交流或直流弧焊电源。

（二）焊缝坡口制备

坡口制备是动臂修复中确保焊缝熔深的关键步骤。一般情况下，动臂采用的基体材料厚度均大于5mm，此种板厚下需要制备坡口以确保动臂修复后焊缝熔合良好。由于工作条件的限制（坡口加工、焊接位置等），常采用单面v形坡口和v形坡口进行动臂修复。

根据开裂的位置和长度，采用凿削、磨削或火焰切割的方法来清理开裂部位，清除开裂部位和开裂两端30至60mm长度的焊缝和基体材料。制備坡口的斜角应大于1500需要注意的是，在清除动臂裂纹之前，应在裂纹延展方向处60mm外打上止裂孔。使用氧一乙炔火焰切割时，必须清洁坡口表面上的切割渣，并用砂轮抛光氧化物，直到露出金属光泽。

（三）焊接修复质量关键点

在选择焊接工艺时，应考虑焊接接头处基体材料的性能。在进行焊接维修之前，需要进行过程评估以确定合理的过程参数。主要要求有以下几点：

a.在修复开裂动臂之前，应清洁焊件的破裂部分，且彻底清洁和抛光附着在开裂60mm范围内的泥沙、水、铁锈、油漆和其他污垢，直至露出金属光泽。

b.当动臂开裂部位出现变形时，应在焊接修复前进行校形处理。可通过火焰校形和机械校形的方式对变形进行修正。采用火焰校形时，加热温度应控制在600至800℃范围内，同一加热位置的加热次数应控制在2次以内，且应避开蓝脆温度（250-500℃）施力校形。机械校形时，不得在低于-12℃的环境温度下执行。

c.检查焊接材料、焊接气体等是否满足焊缝修复要求。使用焊条时，应根据受潮的情况进行干燥处理和保温处理。

d.焊接前预热，如条件允许的情况下，使用红外温度计测量温度。当基体材料的焊接性较差、板材厚度尺寸大、低温环境施工时需预热，预热温度在100至150℃之间，以保证焊接接头性能。如基体材料的碳当量大于0.45，板材厚度大于80mm，焊接环境温度小于10℃或相对湿度大于85%，均需预热。预热时，加热区域应大于100mm，位于焊接坡口两侧。

e.焊接应加热后尽快进行。焊接引弧应在起弧板或坡口处进行。在不需要预热的情况下，多层焊接时要注意控制层间温度。使用碱性焊条进行焊接修复时，采用短弧焊。

f.焊接时，坡口对接处的间隙通常为1至3mm，角焊缝组对的间隙控制为0至2mm。

g.定位焊的长度可以根据修复处动臂基材中较薄板厚度的5倍进行控制，间距通常不应超过300mm。定位焊的位置不得出现于焊缝交叉处。定位焊缝的起收弧应平滑过渡，焊缝一旦出现裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，必须清除焊缝重新焊接，直至焊缝合格。

三、焊后检查

焊后将焊缝起止处、焊缝衔接处打磨光滑以避免应力集中，焊缝外观力求均匀平滑，焊渣飞溅清除干净。所有焊缝都需要检查，发现问题及时打磨或气刨后重新修复，避免出现裂纹、烧穿、熔合不良等缺陷。

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