挖掘機回轉支撐架焊接質量的工藝控制

李陽

摘 要： 隨著房地產開發、水利建設、鐵路修建等基礎設施建設的發展，挖掘機械得到了大規模的使用，挖掘機的制造技術也隨之快速發展。在挖掘機的眾多結構件中，回轉支撐架作為承上啟下的核心部位，承受復雜多變的交變載荷，且受力分布極不均勻。因此，在制造過程中，有必要加強對回轉支承架焊接過程的過程控制，以提高生產效率和產品質量。

關鍵詞： 挖掘機;回轉支撐架;焊接質量;工藝控制

【中圖分類號】TU621 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.230

1 回轉支撐架結構特點介紹

如圖1所示，回轉支撐架是由底板、圓筒、內側立板、外側立板、上蓋板和齒圈座組成的箱型結構件，主體焊縫均關于回轉支撐架的回轉中心呈中心對稱分布?；剞D支撐架在挖掘機工作過程中，下部連接履帶梁，傳遞驅動挖掘機行走的動力;同時上部又連接回轉底盤，傳遞驅動挖掘機回轉工作的動力。因此回轉支撐架的主體焊縫均為關鍵焊縫;在焊縫設計時，也均采用大坡口角度、大熔深設計原則，保證主體焊縫能夠承受復雜多變的交變載荷。而在實際焊接過程中，各主體焊縫經常會出現根部熔合不良、氣孔、裂紋、夾雜等焊接缺陷。因此在各挖掘機生產廠家中，對回轉支撐架焊接質量的控制均為重要的研究課題。本文針對回轉支撐架的焊接質量工藝控制，主要從機器人焊接和焊前拼點質量等方面進行分析。

2 焊接過程工藝控制

2.1 板材下料及成型的工藝控制

回轉支承架主體結構用鋼板材質為低合金鋼Q345B，板厚為30～50mm。

對于該種中厚板，下料時一般采用火焰切割。切割時應選用合理的切割速度，保證割痕紋路細密，同時切割邊不得有大于1mm的割豁或殘缺。切割完成后需進行回復再結晶處理，以消除鋼板中殘余應力，同時使因受熱而產生的粗大晶粒轉變為細小的等軸晶粒。

切割完成后需對板材進行調平處理，板材平面度應控制在2mm以內，以減小拼點時焊道根部間隙。

所有坡口采用加工工藝獲得，保證坡口角度、鈍邊尺寸、坡口表面粗糙度等符合圖紙要求，避免機器人焊接過程中出現熔合不良、焊縫成型不均勻等缺陷。

內、外側立板折彎時，需選用合適的折彎模具，保證折彎圓弧兩側不得有壓痕。折彎成型后需制作折彎樣板，保證折彎半徑及折彎角度符合圖紙要求，進而保證內外側立板與上蓋板之間的拼點間隙小于20mm。

圓筒應嚴格遵循火焰切割→調平→銑坡口→預彎→卷圓→焊接→校圓的工藝路線，保證圓筒對接焊縫100%UT+100MT檢測合格，同時保證圓度在3mm以內，以減少機器人焊接時的焊接偏差。

2.2 拼點的工藝控制

拼點過程的核心為控制拼點間隙和尺寸。拼點前應檢查零件外觀，確保無銹蝕、劃傷、磕碰等缺陷，以免機器人焊接時產生氣孔。檢測零件尺寸符合圖紙要求，保證拼點尺寸和拼點間隙。拼點間隙應小于3mm且均勻，以減少機器人焊接過程中的根部熔合不良或根部裂紋。盡量減小板材端部錯邊量，以減少搭接不良。所有箱體內部筋板的端面不得從立板的上側邊伸出。拼點過程中不得有猛烈錘擊、高溫烘烤母材等現象。加固焊縫不允許有虛焊、裂紋（含熱影響區及母材）、弧坑等缺陷。焊縫兩端50mm范圍內、折彎線兩側50mm范圍內不得點焊。

2.3 焊接機器人的工藝控制

傳統工藝采用人工焊接時，焊縫質量和外觀取決于操作者的技能，存在焊縫質量和外觀不穩定、焊接變形不規則、焊接生產受限于人力資源等問題。采用雙絲機器人代替人工焊接后，不僅可以解決焊縫質量不穩定、焊接變形不規則的問題，而且焊接效率也提高了接近40%，同時節約大量人力、物力。

機器人焊接參數控制：打底采用雙絲槍的單絲，電流280～320A，電壓30～35V;填充、蓋面采用雙絲槍的雙絲：前絲電流280～320A，電壓30～36V;后絲電流：240～280A，電壓28～35V;氣體流量：25～30L/min，84%Ar+16%CO2。合理的機器人焊接參數保證了焊縫的內部質量和外部成型。

由于回轉支撐架主體焊縫均為大坡口角度、大坡口深度，焊絲填充量大，焊接熱輸入大，因此焊接過程極易造成結構件的焊接變形，且回轉支撐架的箱型結構形式決定了自身的焊接變形很難修復。因此有必要對回轉支撐架的機器人焊接過程制定合理的焊接順序，以將焊接變形控制在最小范圍內。合理的焊接順序的制定需遵循以下原則：①盡量采用對稱焊接。②焊縫不對稱時，應先焊焊縫少的一側;先短后長;先內后外;從中間向兩端。③長焊縫可采用分段背焊法、中間段背焊法、跳焊法和交替焊法等?；剞D支撐架焊接機器人的焊接順序為：圓筒與立板垂直8道縫→圓筒與上下蓋板周圈10道縫→立板與上下蓋板8道縫→齒圈座與上蓋板周圈2道縫。

2.4 焊后熱處理的工藝控制

回轉支撐架主體焊接作業量大，因此在焊接后的結構件中存在有較大的焊接殘余應力，而且焊接過程產生的殘余應力是不可避免的。焊接殘余應力可導致結構件出現開裂、變形等現象，嚴重影響回轉支撐架的強度、剛度和疲勞壽命。因此需對焊接完成的回轉支撐架進行焊后熱處理的工藝控制，通過控制合理的升溫速率、保溫溫度、保溫時間和冷卻速率，使焊縫和母材中因受熱而產生的粗大晶粒轉變為細小的等軸晶粒，從而大大降低結構件中的焊接殘余應力，提高結構件的疲勞壽命。

結語：通過對板材下料和成型過程的工藝控制，提高了拼點精度，避免了外形尺寸超差、焊道間隙過大、坡口不均勻等缺陷;通過對拼點過程的工藝控制，減少了機器人焊接過程中因根部間隙過大或過小導致的根部熔合不良、成形不良等缺陷;通過對機器人焊接工藝參數和焊接順序的工藝控制，保證了焊接變形在公差范圍內，同時保證了焊縫質量，改善了焊縫外觀，減少了焊接缺陷。通過對焊后熱處理的工藝控制，有效降低了結構件中的焊接殘余應力，提高了結構件的疲勞壽命。最終通過上述一系列工藝控制，大大提高了生產效率，有效地控制了焊縫根部熔合不良、氣孔、裂紋、夾雜、砂眼、成形不良等焊接缺陷，成功的提升了產品質量。

參考文獻

[1] 張小鵬，王娜.基于大型爐體焊接殘余應力測試的盲孔法研究[J].力學與實踐，2007，（3）：45-50.