直伸式高空作業車臂架焊接工藝及變形矯正

張馳勱

杭州愛知工程車輛有限公司 浙江杭州 310023

1 前言

臂架是高空作業車的重要部件，其質量直接影響高空作業車產品的可靠性和使用安全性。在設計和生產中，為了減輕整車質量和提高底盤的利用率，在保證臂架強度的前提下，材料通常選用較薄的鋼板。由于鋼板較薄，結構的剛性相對較差，因此薄鋼板極易發生變形。在生產中，臂架自身的形位公差精度要求較高，若臂架產生變形將直接導致結構的形位公差改變，使得產品質量下降。而焊接是導致臂架產生變形的主要因素，因此，在臂架焊接過程中，必須采取相應的控制措施和焊接工藝，有效降低和減少焊接變形量。臂架形位公差如圖1所示。

本文將以圖2所示臂架結構為例，闡述臂架焊接變形和變形矯正。

2 臂架焊接變形原因剖析

在焊接過程中，對鋼板進行的局部不均勻加熱、冷卻不均勻、熔敷金屬的收縮、金屬組織的變化以及結構的剛性大小約束等，都會導致焊接變形產生。此外，焊接順序、焊接方法、焊接速度、輸入熱量大小等都是產生焊接變形的主要原因。本文中臂架結構產生的變形主要為角度變形和波浪變形。

3 臂架焊接準備

3.1 結構

如圖1、2所示，臂架截面結構為四邊形，由4塊鋼板焊接而成，其寬度為385 mm，高度為485 mm，長度為4 030 mm，板1和板2厚度均為6 mm，板3和板4厚度均為4.5 mm。

3.2 母材

臂架材料選用優質碳素結構鋼Q345，鋼材的淬硬傾向很小，可焊性好，焊接前不需要進行預熱。

3.3 焊接電源

焊接時，采用CO2氣體保護焊。這種焊接方法具有焊接質量較好、油銹敏感性小、含氫量小、抗裂性能好、適用范圍廣、操作簡便、電流密度大、電弧熱量集中、工件受熱面小、變形量相對較小等優點。由于各焊接工藝參數相互影響，在選擇工藝參數時必須遵循線能量與電壓、電流的相互關系：

式中，q為線能量、U為電弧電壓、I為焊接電流、v為焊接速度、η為熱效率。根據母材的焊接性能，結合經驗，選定焊接電流為180～200 A，焊接電壓為22～26 V，氣體流量為20～22 L/min，焊接速度為40～50 cm/min。

3.4 焊絲選擇

根據等強度原則，采用XH-506焊絲，其屈服強度≥420 MPa，抗拉強度≥500 MPa，焊絲直徑φ1.2 mm。

3.5 工裝設備準備

采用專用裝配點焊工裝、焊接工裝、直線焊機、矯正工裝。

3.6 工件

去除工件表面油污、鐵銹、水和氧化物。

4 焊接變形控制

為了減少焊接變形，應按照合理的工藝工序進行焊接，焊接工序如下：

a. 焊接時首先將圖2所示的下板（板2）和兩塊側板（板3和板4）剛性固定在專用裝配點焊工裝上，對框外進行點焊；

b. 將臂框的上板蓋上，對框外進行點焊；

c. 將點焊好后的臂框從專用裝配點焊工裝上移下，手工對框外進行點焊加密，并打磨框外的凸出焊點；

d. 采用專用焊接工裝夾具對臂框加以剛性固定，如圖3所示。焊后待完全冷卻后再把焊接工裝移走，以減少直角度的變形；

e. 將點焊好后的臂框放置于直線焊機上，因工件可轉動，故采用單邊喇叭型平焊， 對框外進行焊接，待一面焊接完畢后翻身焊另一面，如圖4所示；

f. 焊接時采用雙槍對稱焊，可有效抵消應力變形，兩臺焊機的工藝參數必須一致。焊接時應使焊槍對準上板（下板）與側板間的夾角中心位置，焊槍傾斜角度不得超過5°，否則會因熔深不夠而導致焊接強度不足。根據板厚可允許焊道寬度為4～7 mm，余高為1～2 mm，但不可高于板3、4的側面；

g. 對臂架兩端★尺寸范圍進行角焊，如圖5所示。

在保證產品焊縫質量達到要求的前提下，應正確選用較小的線能量，減小工件受熱量，減少變形。

5 焊接變形的矯正措施

在實際生產中，盡管采取了各種焊接變形的控制措施，仍會存在臂架焊接變形的情況，臂架的波浪變形和平面度超差問題在臂架變形問題中顯得尤為突出，直接影響了結構形位公差的精度。為達到產品的設計要求，需采用焊后矯正，常用的矯正方法主要為機械矯正和火焰矯正法。

通過對結構實際變形情況的分析，并考慮臂架板薄等因素，決定采用機械、火焰聯合矯正法進行矯正。其原理是利用矯正工裝把變形部位矯平剛性固定，用火焰加熱，使其產生熱脹冷縮，消除剛性固定的彈性，強制剛性固定使結構加熱不再變形，從而達到矯平的目的。此方法適用薄板的波浪變形。

矯正時，首先采用專用平面矯正工裝，對結構的變形進行調平，如圖6所示。根據結構的實際變形情況，對平面矯正工裝1或2施加相應大小的力F1或F2，從而實現變形處強行剛性固定。平面矯正工裝為格柵型式，如圖7所示。通過上面的格柵孔對所需矯正的部位用氧乙炔火焰加熱，加熱溫度不宜過高，應控制在500 ℃～600 ℃，溫度過高會使金屬材料的機械性能下降，影響產品使用壽命。在矯正過程中加熱溫度不易測量，應通過加熱區的顏色來辨別溫度，顏色控制至褐紅色為止，不能在同一位置反復加熱。

矯正前需仔細觀察和分析變形情況及變形成因，以便選擇正確的加熱位置。因為臂架鋼板較薄，故采用點狀加熱法，加熱以梅花形狀分布，如圖8所示，直徑d≈15 mm，點間距a為50～150 mm，根據實際變形量大小，在能保證變形矯平的情況下，直徑d取最小，點間距a取盡量大。待冷卻至常溫狀態后，再移除平面矯正工裝。通過以上合理的焊接工藝和焊后矯正，該產品能夠滿足設計要求。

若臂框焊接變形較大，不得不采用火焰矯正時，應特別注意以下幾點：

a. 不可在臂架的同一點位置反復加熱；

b. 盡可能采用低溫矯正法，即加熱溫度盡可能低；

c. 不可用水快速冷卻。

6 結語

盡管通過焊后矯正可以減少焊接變形，但焊后矯正也相應增加了結構的應力，降低了結構的承載力，因此，生產中應盡量采用合理的焊接方法和焊接工藝措施，減少焊接變形量。

[1] 賀文,張洪濤,周利.焊接工藝及應用[M].北京:國防工業出版社,2010.

[2] 田錫唐.焊接結構[M].北京:機械工業出版社,1989.

[3] 付榮柏.起重機鋼結構制造工藝[M].北京:中國鐵道出版社,1996.