ZL30B裝載機前車架焊接工藝分析

董苗苗 盧 佳

（1、北方重工集團有限公司煤礦機械分公司 2、北方重工集團有限公司傳動設備分公司，遼寧 沈陽 110027）

1 前車架引起焊接后變形的分析

裝載機前車架是裝載機的重要承重部件，屬于空間半箱型的對稱焊接結構，其主要組成部件有左彎板、右彎板、轉斗缸支座、前板、上橫梁、鉸接架、下梁、橋安裝板、轉向缸支座等。裝載機的前車架對整車的裝配和使用影響較大主要是動臂油缸支座、轉向油缸支座及鉸接板上各孔的同軸度。

如果動臂油缸支座尺寸超差，將導致動臂油缸和工作裝置抵觸，從而影響裝載機的掘起力和工作裝置的使用壽命。轉向油缸座孔垂直度超差將導致轉向油缸的關節軸承受剪切應力，而引起零件過早的損壞。鉸接板上各孔的垂直度超差將導致裝配后前車架傾斜，使前后車架的連接銷軸承受剪切應力，從而影響軸壽命。批量生產的ZL30B輪式裝載機，因為焊接結構件的變形超差造成的失效已經占相當大的比率。從而直接影響到了裝載機的壽命，造成了很大的返修率，影響到了經濟效益。

下面是建立的三維實體模型及組成部件。如圖1所示。

1、右彎板 2、左彎板 3、轉斗油缸 4、前板5、上橫梁 6、鉸接架 7、下梁 8、橋安裝板

前車架所有的部件之間的連接均為連續角焊縫連接。右彎板1和左彎板2主要與前車架和上橫梁及鉸接架相連的翼板、外翼板、筋板、貼盤等組成。翼板和外翼板的厚度均為16mm。轉斗缸座3主要組成件的厚度為25 mm。前板4的厚度為10mm。上橫梁5為折彎件，板厚為25mm。鉸接架6主要組成件上下鉸接板的厚度為36mm。4塊筋板的厚度為20mm。下梁7的厚度為12mm。橋安裝板8的厚度為30mm。材料均為焊接性能良好的Q235-A.F。

2 機架焊接及工藝性分析

如圖1所示，前車架由左、右翼板，轉斗缸座，前板，上橫梁，鉸接架，下梁，橋安裝板等組成。

2.1 控制焊接變形。左右彎板組件分別由左右側、左右耳板（典型件）、連板、后端板和軸套組焊而成。焊接后兩軸孔和后端的位置尺寸必須達到技術要求，以保證前車架組裝后各部分的加工余量。

2.2 控制焊接方法。個別的中間連接機構組件，采用分解為若干小部件進行組焊，以減少前車架總體焊接的工作量。如鉸接架的焊接、還有轉斗缸等。

2.3 控制加工次序。各部件組焊加工后再進行整體的加工，這樣可以有效的避免在焊接變形后各孔的精度的不準確。

3 焊接方法的選擇

CO2氣體保護焊作為一種高效、高質量、低消耗的焊接方法，在國內工程機械行業車架等結構件的焊接中得到了廣泛的應用。我單位的裝載機的前車架的焊接孔采用了CO2氣體保護焊的工藝。在焊接時嚴格的控制對接接頭的間隙，仔細清理焊口處的雜物，以保證焊縫質量。有油污易產生氫氣孔，電弧電壓越高，產生的氣孔越多，為減少氣孔，在焊絲中加入合金元素。

4 ZL30B裝載機前車架焊接工藝參數

對于ZL30B輪式裝載機前車架，其組成工件的板厚大多為10-20mm，只有上下鉸接板和橋安裝板厚度達到了30mm以上。由于顆粒過渡焊接的電弧穿透能力強，溶伸大，焊接效率高，適合于12-50mm中厚板焊因此該車架的焊接采用顆粒過渡焊接。

5 前車架焊接變形的預防措施

在采用本文介紹的工藝改進措施之前，前車架的最大變形量達到4.5-5.5mm，集中反映在前車架上部左右翼板上面鉸接孔橫向尺寸的收縮變形上，變形超差率達到20%以上，其中85%的變形量達致4mm。為了控制這個關鍵的尺寸（1015±1.3）mm。在焊接工藝上采取了以下改進措施：

5.1 采用反變形法進行點固裝配

對前車架焊接變形的預防，由于已經預測出焊后收縮變形量，在設計裝配夾具時，將兩側翼板箱的上部檔間距離預留出4mm（注意余量要與車架中心面對稱）。試驗表明，焊后能夠保證左右兩側板關鍵尺寸（1015±1.3）mm的要求。采用的反變形法使之在焊接完成后與焊接過程中產生的變形相互抵消。另外，還設計了一種支撐桿，通過調整支撐桿中間的雙向調節螺母，使其間距達到標準尺寸加上自由變形量的一半。在施焊時，將調整好的支撐桿置于兩翼箱中間，焊后松開螺母，除去支撐桿，焊件少量自由收縮后恰好達到了結構標準尺寸的要求。實踐證明，利用剛性支撐焊接時，只要預留出焊接自由收縮量的一半即可。

5.2 采用合理的焊接工藝參數

焊接熱輸入是影響焊件變形量的關鍵因素，當焊接方法確定后，可通過調節焊接工藝參數來控制熱輸入。在保證焊縫強度的前提下，應盡量的采取小規范的焊接參數。具有對稱截面形狀和焊縫對稱布置的焊件，焊接時應該對稱施焊，確保每一條焊縫的焊接熱輸入應相同。如果焊縫分布不對稱，在結構邊緣的焊縫，采用多層焊接，每層用小規范，把它對稱件變形的影響降到最低。

對于前車架，由于它是對稱的機構，影響收縮變形最大的兩條焊縫是兩側翼箱與前車架骨架連接處的角焊縫，連接處無坡口，焊角高為10mm，焊縫相對于前車架中心面對稱布置。為減少焊接變形，應減小規范參數焊接，由于焊縫焊角較大，長度較長，為減少變形，在施焊是分兩層、三道焊完成。施焊時采用交叉對稱焊接，每段長度約為100mm。

5.3 選擇合理的裝配及焊接順序

為減少整體焊接結構件的焊接變形量，將各部件單獨焊接后，再進行整體的組裝和前車架總成的焊接。在設計和編制ZL30B前車架的焊接工藝時，將左右翼板箱、轉斗缸座、中間橫梁、鉸接單獨作為子部件，針對子部件設計各自的焊裝夾具，并單獨完成焊接，然后再將各子部件組裝成前車架總成實施組裝焊接。組焊時先焊短焊縫，再焊長焊縫，最后將焊接好的左右翼箱于骨架連接處的焊縫交錯對稱焊接完成。

對稱結構上的對稱焊縫，最好由多名焊工對稱地同時施焊，使正反兩方面變形抵消。若條件不允許，只能先焊一側，后焊另一側。這時要注意，用同樣的工藝參數施焊，先焊一側引起的變形總比后焊的一側大些。因此建議先把焊側改為多層多道焊，并每層焊接的熱輸入，在采用兩面交替施焊順序，以使每側引起的變形最后得以抵消。當焊縫在結構上分布不對稱時，如果焊縫位于在焊接件中性軸兩側，可以通過調節焊接熱輸入和交替施焊的順序控制變形；如果焊縫分布在中性軸一側，只能利用減少焊接熱輸入或采取反變形措施去解決。

結論

為了提高生產效率并適應產品數量的需要，利用了焊接作業指導書代替了焊接作業指導卡片，嚴格的對前車架一次全部組裝完成并嚴格的控制了組裝后的尺寸。由于采取了改進的焊接工藝，使前車架彎板上部的焊后變形量有所下降，從原來的4.5mm下降到2mm，因焊接變形超差造成的失效率由原來的20%以上降低到目前的5%-10%，大大的降低了焊后的返修率。

[1]諸文農.底盤設計機械工業出版社，1981.

[2]楊晉生.鏟土運輸機械設計太原重型機械學院.機械工業出版社，1981.

[3]曹寅昌.工程機械構造機械工業出版社，1981.