礦用汽車后橋殼體修復(fù)工藝的探索及應(yīng)用

肖麗安 劉圣林

江西銅業(yè)集團(tuán)永平銅礦汽修廠 江西南昌 334506

1 前言

由北方重型汽車有限公司生產(chǎn)的 3307型礦用汽車是本采礦場(chǎng)承擔(dān)采礦剝離的主要運(yùn)輸設(shè)備。因其24 h連續(xù)在復(fù)雜的采礦區(qū)域運(yùn)轉(zhuǎn)，工作負(fù)荷大，車輛的后橋殼體在長(zhǎng)期使用過(guò)程中承受隨機(jī)載荷，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用條件的限制，極易出現(xiàn)后橋殼體和牙苞接合部位受力處出現(xiàn)裂紋，如圖1所示。

以往出現(xiàn)這種情況都是直接更換后橋殼體，但是由于后橋殼體配件緊缺，且價(jià)格昂貴，單個(gè)殼體的價(jià)格就達(dá) 21 萬(wàn)元，同時(shí)配件的采購(gòu)和更換會(huì)延誤正常的生產(chǎn)進(jìn)度。故對(duì)后橋殼體修復(fù)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)修復(fù)工藝進(jìn)行了探索與實(shí)踐，取得了較好的實(shí)施效果。

2 后橋殼體修復(fù)過(guò)程存在的問(wèn)題

a. 焊接材料和焊機(jī)型號(hào)不易選擇。由于后橋殼體的關(guān)鍵受力區(qū)材料為高強(qiáng)度合金鑄鋼，焊接性能差，材質(zhì)的碳當(dāng)量約為0.60%，淬硬傾向也較大。焊接時(shí)，母材近焊縫區(qū)會(huì)產(chǎn)生低塑性的淬硬組織，易產(chǎn)生冷裂紋。另外，在焊補(bǔ)過(guò)程中，母材熔化到第一層焊縫金屬中的比例一般為 30%左右，焊縫的含碳量較高，焊縫金屬容易產(chǎn)生熱裂紋。因此選擇合適的焊接材料非常重要。

b. 焊件表面較難徹底清理。后橋殼內(nèi)表面長(zhǎng)期浸泡在齒輪油中，開裂位置往往夾雜著水、油、銹、污垢、油漆等雜質(zhì)，尤其是焊件表面的氧化膜含有結(jié)晶水，這樣會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生裂紋和其他缺陷。

c. 坡口形式與裂縫尺寸不匹配。開坡口是為了保證電弧能夠深入焊縫根部，使其焊透。綜合焊接方法、避免缺陷、減少變形與應(yīng)力、焊接防護(hù)、操作方便等角度考慮，通常采用 V 型坡口，如圖2所示。但由于后橋殼體裂縫較長(zhǎng)且呈放射狀，這種坡口形式會(huì)導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力和拘束應(yīng)力，產(chǎn)生冷裂的傾向也很大，難以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)修復(fù)要求。

d. 焊接工藝處理不當(dāng)。后橋殼體的材質(zhì)是高強(qiáng)度合金鑄鋼，焊接性較差，雖然焊前采取了預(yù)熱，但由于材質(zhì)和所使用焊條的特殊性，在焊接過(guò)程中起弧和收弧處極易產(chǎn)生氣孔。而連續(xù)氣孔存在于焊縫中，會(huì)直接降低焊縫承載的能力，破壞焊接結(jié)構(gòu)，從而造成后橋殼修復(fù)后會(huì)在極短的使用時(shí)間內(nèi)再次產(chǎn)生裂縫。

3 后橋殼體修復(fù)工藝

a. 焊接材料的選擇。根據(jù)后橋殼體的關(guān)鍵應(yīng)力區(qū)材料性能和使用的要求，考慮到焊縫的金屬?gòu)?qiáng)度及韌性應(yīng)與母材相適應(yīng)，故選用容敷金屬抗拉強(qiáng)度等級(jí)為500 MPa的低氫鈉型E7018 堿性焊條作為焊接填充，焊接操作時(shí)選用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的松下ZX7-500 直流逆變焊機(jī)，采用短弧焊接，即弧長(zhǎng)為焊條直徑的0.5～1倍。

b. 徹底清理待焊區(qū)。在用高壓水沖洗干凈的基礎(chǔ)上，用氧、乙炔焰燒去待焊表面油污、油漆、鐵銹等雜質(zhì)，再用角向磨光機(jī)對(duì)焊件表面氧化層進(jìn)行打磨，直至焊處坡口兩側(cè)10～15 mm處呈露金屬光澤。

c. 合理地制作焊接坡口。首先在零件開裂處進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，找出裂紋的起點(diǎn)及終端，鉆出止裂孔，再采用碳弧氣刨的方法開坡口，坡口型式為 U 型，備制的坡口外行應(yīng)圓滑，如圖3所示。應(yīng)盡可能地減少母材熔入焊縫金屬中的比例，焊縫余高為1.5～3 mm，實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型，有利于防止焊接過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生，并且起到應(yīng)力區(qū)的加固作用，防止使用時(shí)出現(xiàn)再次開裂的現(xiàn)象。

d. 采取合適的焊接工藝。通過(guò)研究后橋殼體材質(zhì)和焊條性能，發(fā)現(xiàn)在引弧和熄弧的過(guò)程中最易產(chǎn)生氣孔和焊接缺陷。通過(guò)查閱有關(guān)資料，并經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定施焊前在待焊處加設(shè)引弧板和熄弧板，板長(zhǎng)不小于100 mm，這樣在引燃電弧和焊接接收弧的時(shí)候可以把氣孔及焊接缺陷都留在引弧板和熄弧板上，焊接結(jié)束后再用切除的方法去除引弧板和熄弧板，即可防止此類缺陷的產(chǎn)生。合格的焊縫如圖4所示。

4 實(shí)施效果分析

2006～2011年，采用上述方案修復(fù)礦用汽車后橋殼體共計(jì)50余件，一次修復(fù)合格率達(dá)100%，修復(fù)效果良好，節(jié)約成本達(dá)1 000萬(wàn)元。裝車交付使用后跟蹤調(diào)查，運(yùn)行30 000 km以上均未出現(xiàn)異常。