反铲架焊接变形控制

反铲架焊接变形控制

崔晴晴

徐工集团工程机械股份有限公司科技分公司

摘要：

挖掘装载机车架因其承担挖掘装载双向性能，xc870k挖掘装载机是集挖掘及装载于一体的经典产品。XC870K车架总成采用箱型方式拼焊而成，承载能力强。其中反铲架采用多板拼焊方式，焊接过程中变形量较大。本文通过增加拼点反变形量、增加工艺支撑、优化焊接顺序等措施来控制反铲架焊接变形，减少校正时间，提高生产效率、降低生产成本。

关键词：  反铲架 焊接变形 反变形量 工艺支撑焊接顺序

图1  XC870K挖掘装载机

1.引言

XC870K挖掘装载机（图1）是我公司全力打造的挖掘装载全能机型，具有卓越的场地适应能力。挖掘装载机，由于其独特的结构特点，前端为装载装置，后端为挖掘装置，能够轻松实现设备的功能转换，适用范围广，继而得到国内外用户的普遍认可。主要由车架总成（图2）、动臂、铲斗、回转体、挖臂、斗杆、挖斗等结构件组成。车架总成作为主要的结构件之一，由反铲架、支撑架、左右桥架、左右大梁、前桥架和其他部件组成。反铲架（图3）是车架总成与回转体连接的重要纽带，作为关键部件，其结构复杂，不仅产品相关重要尺寸很难保证，而且生产效率低，影响挖掘装载机的生产节拍对连接部位的尺寸精度要求较高。

反铲架结构虽简单，但是由多种形状及规格板材拼接而成。由不同板厚的钢板（材质为Q345）采用ER50-6焊丝拼点焊接而成。焊接时涉及角焊缝焊接形式，工件的厚度和形状、焊缝的长度及位置不同，对于焊件上产生不均匀的温度分布，且熔敷金属时会产生收缩，导致焊接接头金属组织转变及工件的刚性约束等，因此焊接时会根据焊接形式出现各种不同的变形。其结构形式导致焊接时易产生焊接变形，开档尺寸超差。因此需要采用合理的方法控制其焊接变形，使通焊后的尺寸满足要求。

图2  XC870K车架总成

（1反铲架、 2左右桥架、 3支撑架、 4左右大梁、5前桥架）

图3  XC870K反铲架

（1上铰接板  2下铰接板  3侧板 4耳板I  5耳板II）

2.问题描述

反铲架结构形式如图3所示，由上下铰接板、侧板、耳板等件拼焊而成。焊缝大多为短焊缝。主要材质为Q345,焊接方法为熔化极活性气体保护焊，焊缝形式主要为角焊缝，焊高10mm。主要焊接工艺参数如表1所示。由于上下铰接板、耳板为非封闭式结构，易产生焊接变形。上下铰接孔开档531±1，焊接变形量在3-5mm，耳板开档225±1、55（+1/0），焊接变形量在2-3mm，焊接后需要校正开档尺寸，校正时间10-15分钟，影响生产效率。因此控制焊接变形非常重要。本文主要从点焊、通焊两道工序进行研究，改善并重点控制，以减小焊接变形量，减少校正时间，提高生产效率。

表1  焊接工艺参数

3. 原因分析

3.1  拼点时未增加反变形量

反铲架拼点工艺要求为：上下铰接板开档尺寸531±1，前后耳板开档尺寸225±1、55（+1/0）。焊接时由于焊接应力导致上下铰接板开档尺寸减小。耳板受焊接应力的影响，开档尺寸减小。

通焊前后数据如表2所示。

表2初始条件下通焊前后焊接变形数据

3.2通焊前未增加刚性固定

铰接板与侧板间的焊缝主要集中在两侧区域，通焊后焊接应力导致上铰接板向下收缩，下铰接板向上收缩，从而导致铰接板尺寸减小。耳板与侧板间的焊缝，由于焊接应力的影响，导致耳板间的尺寸减小。

3.3焊接顺序不合理

铰接板与侧板间的焊缝较长，焊接热输入量较大，容易产生变形。耳板间焊缝由于焊接热输入量的影响导致变形。焊接铰接板与侧板焊接时，先焊内侧的焊缝，再焊外侧焊缝，焊接耳板与侧板的焊缝时，应先焊外侧焊缝，再焊内侧焊缝，可抵消焊接变形。经现场验证，焊后仍存在较大的焊接变形，说明焊接顺序不合理。

4.控制措施

4.1拼点时增加反变形量

根据前期对焊接变形量的数据收集，拼点时铰接板开档尺寸应控制在534-536范围内，耳板尺寸应控制在226-228、55-57范围内。但考虑到上下铰接板、耳板间的平行度问题，反变形量的范围应控制在3mm以内。因此在原数据的基础上，上下铰接板开档尺寸531±1控制在532-534范围内，耳板开档尺寸225±1控制在226-228范围内，55控制在56-57范围内。

图4 增加反变形示意图

表3   增加反变形量通焊前后数据

通过表3数据可以看出各开档尺寸得到了有效控制，说明增加反变形量，可以减小因焊接变形产生的开裆变化。但尺寸未达到规定值要求，需借助其他的办法。

4.2  增加工艺支撑

图5   增加工艺支撑

在利用增加反变形量的基础上，通焊前在上下铰接板、耳板之间增加工艺支撑。如图5所示。通焊冷却后去除工艺支撑数据如表4所示。

表4去除工艺支撑前后焊接变形数据

通过表4数据可以看出，去掉工艺支撑后各开档尺寸得到了控制，说明开档尺寸得到了有效控制，下一步考虑焊接顺序对开档尺寸焊接变形的影响。

4.3优化焊接顺序对焊接变形的影响分析

通焊对反铲架的焊缝，得出上下铰接板与侧板、耳板与侧板间的焊缝是影响开档尺寸的关键。根据收弧处焊接变形大的特点，并跟踪现场操作实际情况，得出图6焊接顺序可减小焊接变形。

图6优化焊接顺序

上下铰接板与侧板间的焊接顺序，由外侧向内侧焊接，改为由内侧向外侧焊接。耳板与侧板由先焊内侧焊缝，再焊外侧焊焊缝，改为由先焊外侧焊缝，再焊内侧焊缝。如表5所示数据变化。

表5焊接顺序改变后焊接变形数据

表6 去除工艺支撑前后焊接变形数据

5.实施效果验证

经过对反铲架在拼点、焊接过程的改善，对其改善效果的跟踪验证，数据如表7所示。

表7 改进后焊接变形数据

通过表7数据可以看出，改进后效果比较好，尺寸能够满足图纸要求。

6.总结

通过对反铲架点焊尺寸增加反变形量、增加工艺支撑、优化焊接顺序等措施的实施，目前反铲架的开档尺寸得到了有效控制，无需增加校正工序，生产效率有了显著提升。从而缩短了工作时间，并降低了生产制造成本。

参考文献

[1] 黄正闫. 焊接结构生产 [M] .  北京：机械工业出版社，1991

[2] 陈祝年 .焊接工程师手册 [M]  北京：机械工业出版社，2002

[3] 陈宇.  焊工 [M].  北京：中国劳动社会保障出版社，2008