挖掘機上部中車架預(yù)應(yīng)力反變形組焊工藝改進

陳天寧

（現(xiàn)代江蘇工程機械有限公司，江蘇 常州 213016）

挖掘機上部中車架底板在拼焊過程中將不可避免地產(chǎn)生焊接變形，而焊后變形的矯正，既不經(jīng)濟又費工時。因此，如何科學(xué)地控制焊接變形量對指導(dǎo)焊接制造工藝具有重要的意義。

1 上部中車架組焊工藝流程

上部中車架焊接工藝路線為：先將下底板、2塊側(cè)板及側(cè)板間的筋板和側(cè)板頂部上彎板在焊接工裝上定位拼點；然后將工件放置在焊接變位機上焊接。采用富氬混合氣體保護焊，混合氣配比例為氬氣占20%，二氧化碳占80%。

2 上部中車架的組焊特點及對品質(zhì)的影響

2.1 上部中車架組焊特點

（1）底板兩側(cè)因焊縫收縮向上撓曲變形量與焊腳尺寸的平方成正比，當(dāng)其它條件一定時，焊腳尺寸增大1倍，焊接變形量要增至原來的4倍。由于設(shè)計的需要，中車架底板與側(cè)板焊腳尺寸較大，以45 T級為例，底板厚度38 mm，側(cè)板厚度32 mm，焊腳20 mm。其底板厚、焊腳尺寸大，致使上部中車架焊后變形很難控制。

（2）焊縫集中在底板的一側(cè)，在焊接時由于是單邊加熱，在板厚方向溫度不均勻而引起角變形，造成底板兩側(cè)向上撓曲變形，在生產(chǎn)過程中筆者通過大批量反復(fù)測量總結(jié)，在無拘束時，底板兩側(cè)的變形量分別為：左側(cè)3.5～5 mm，右側(cè)2.5～4 mm，如圖1所示。

圖1 組焊后底板兩側(cè)的變開量

2.2 上部中車架組焊對品質(zhì)的影響

（1）如此大的變形量如果不加以矯正，會造成底板加工回轉(zhuǎn)齒圈面時，加工余量嚴(yán)重不均（2～7 mm），與左右側(cè)框無法拼焊，從而影響車架整體強度。我公司原采用的矯正方法為火焰矯形，單臺矯形時間為2.5 h，且在矯形后變形仍有1.5 mm左右，勉強能滿足圖面設(shè)計要求（設(shè)計要求±1.5 mm）。

（2）上部中車架是聯(lián)接挖掘機工作裝置、發(fā)動機、配重及下車架，承受挖掘機靜載荷、動載荷及沖擊載荷的關(guān)鍵部件，火焰矯形、機加工過深等措施會降低上車架的疲勞強度，引起早期裂紋、開裂、斷裂等嚴(yán)重問題。

因此，控制焊后變形量及改進焊接工藝參數(shù)是中車架焊接中的關(guān)鍵技術(shù)問題。

3 中車架焊接中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 預(yù)應(yīng)力反變形焊接法

由于準(zhǔn)確掌握了中車架底板變形規(guī)律，定量地測量了焊接變形的大小，筆者決定采用預(yù)應(yīng)力反變形焊接法，即拼焊前將底板以變形相反的方向預(yù)壓制出預(yù)變形量，形成應(yīng)力場。在焊接后，由焊接產(chǎn)生的熱變形與預(yù)變形相抵消。經(jīng)過反復(fù)試驗后總結(jié)為：在底板上以側(cè)板外邊線為基準(zhǔn)線，底板左邊壓出4 mm預(yù)變形量，右側(cè)壓出3.5 mm預(yù)變形量，在焊接后底板平面度均可控制在1 mm以內(nèi)，從而滿足了設(shè)計要求。

焊接變形量與反變形量的關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出，反變形量過大及過小均不利于焊接變形的控制。

圖2 焊接變形量與反變形量的關(guān)系

3.2 焊接順序及工藝參數(shù)的調(diào)整

采用上述反變形法焊接后，焊接變形問題已基本解決，但生產(chǎn)中仍偶爾出現(xiàn)一些變形量異常大的現(xiàn)象。經(jīng)分析后認為主要是因為焊接順序不完善。原焊接工藝中，僅規(guī)定了四條焊縫的焊接順序，在此基礎(chǔ)上筆者可以將每段焊縫分成四段，以減少殘余應(yīng)力。焊接順序及方向如圖3所示。先以4 mm左右焊腳打底，然后以船形焊焊接，經(jīng)過調(diào)整，在正常工藝條件下，上部中車架焊接變形達到了100%合格率，取得了滿意的效果。

在原焊接時因擔(dān)心底板焊后變形量大，火焰矯正困難，在焊接參數(shù)選擇時電壓電流均選得較小，工藝改善后為提高生產(chǎn)效率，采用φ1.2 mm的JM-58焊絲進行船形焊時，焊接電流為350 A，電弧電壓為38～42 V，氣體流量為18～22 L/min，產(chǎn)品焊后均未出現(xiàn)焊接變形異常偏大的情況。

圖3 焊接順序及方向

從品保部及售后服務(wù)部反饋的情況來看，采用預(yù)應(yīng)力反變形組焊及大電流焊接工藝后的一年多來，上車架早期裂紋及開裂的情況暫無記錄。

4 結(jié)束語

（1）采用預(yù)應(yīng)力反變形組焊工藝焊接，既可以提高產(chǎn)品的尺寸精度，又可減小殘余應(yīng)力，降低裂紋開裂率，免去了火焰矯正工序，加大了焊接電壓電流，在較大程度上提高了生產(chǎn)效率。

（2）焊接變形量與反變形量約成V形關(guān)系，反變形量過大或過小都不能很好的控制焊接變形，將反變形量控制在左側(cè)4 mm，右側(cè)3.5 mm時底板焊后變形量可控制在1 mm以內(nèi)，很好的滿足了設(shè)計要求。

（3）在預(yù)應(yīng)力反變形的基礎(chǔ)上，采用分段焊及優(yōu)化焊接順序，可將變形量完全控制在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)。