摘要：车架是履带式液压挖掘机的整机支承部件，车架结构主要为箱形结构，由于钢板厚度规格跨度大，焊接工艺参数变化也比较大，如果工艺控制不当，焊接变形仍然较大。针对车架的焊接变形，提出了反变形法、刚性固定法和严格控制焊接顺序等焊接变形控制方法，不但减少了矫正焊接变形的工作量，而且保证了车架质量，从而提高了整机的可靠性和寿命。
关键词：挖掘机；车架；焊接变形
一、前言
焊接变形是因焊件在焊接过程中受热不均匀引起的，是钢结构件制造过程中所遇到的一个普遍问题。如何控制好焊接变形是钢结构产品制造成功与否的关键之一，也是难点之一。车架作为挖掘机的钢结构件之一，是挖掘机重要组成部分，车架质量的好坏直接影响挖掘机的工作性能和使用寿命，由于车架钢板的厚度规格跨度大，焊接时焊接工艺参数变化也比较大，且结构主要为箱形结构，如果焊接过程中控制不当，焊接变形仍然较大。本文结合车架在实际生产过程中焊接变形的规律和特点，有针对性的提出控制焊接变形的措施。经过实践证明，可以有效地控制车架的焊接变形。
二、焊接变形的主要形式、产生的原因及危害
焊接变形分为5种基本变形形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。车架的焊缝主要设计形式为角焊缝，焊接变形主要为角变形和收缩变形，对于厚度为4mm以下的钢板还存在扭曲变形。
从宏观上来讲，在焊接材料及焊接方法一定的情况下，挖掘机车架产生焊接变形的主要原因是：
（1）结构形式设计不当，焊接时容易发生变形；
（2）焊接接头的形式、焊缝布置不合理；
（3）控制焊接变形的工艺方法应用不当。
结构件焊接变形的根本原因是所产生的焊接残余应力的不均匀性，而造成应力不均匀的原因主要是焊接过程中结构件区域存在不均匀的温度场。因此，控制焊接变形就必须控制焊接应力。通常来讲，在焊接方法一定的情况下可以从以下两个方面进行考虑，一是将结构件固定，阻止其变形，然后经过抛丸等后续工艺处理方法使应力释放；二是使结构件不受拘束而自由收缩，使释放应力后的工件尺寸达到设计要求。
挖掘机结构件的焊接变形，会影响生产工艺流程的正常进行，使结构件的外形尺寸和尺寸精度严重超差，焊后矫正焊接变形，使生产成本增加，还会增加机加工、装配等后续工序的难度，并且焊接变形还会降低结构件的承载能力，会造成产品质量不稳定等诸多不良后果。因此，根据焊接变形的不同形式，去控制和消除挖掘机车架的焊接变形十分重要。
三、控制焊接变形的方法
车架一般由左右履带梁和X座组成，而履带梁又由马达座、U形梁和导向座三部分组成。在生产过程中，一般都分成这几个部件后拼焊而成，而这个部件焊接过程中都产生焊接变形。控制焊接变形方法很多，各种方法的具体应用要根据工件的结构形式、钢板厚度、焊接方法等具体情况决定。对于车架而言，主要从控制焊接变形的工艺方法入手，通过以下控制焊接变形方法的应用或几种方法综合应用可以有效地控制结构件的焊接变形。
1.刚性固定法
焊接前将易变形的工件加以固定来限制和减小焊接变形的方法称为刚性固定法。特别是因为结构限制，焊缝设计不对称，集中在工件的一侧时，刚性固定法可以很好地控制焊接变形。
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A、采用点焊工艺加强条以增加工件的刚性，焊接冷却后，去除工艺加强条，能够满足一定的工艺设计要求，通常在行走梁和导向架焊接工艺上使用尺方法。
B、采用两个相同或相近的工件本身来彼此约束对方，达到了控制焊接变形的目的，即背靠背的刚性固定法。常规挖掘机车架的马达安装座焊接件，焊缝集中在隔板的一侧，焊接时受到焊缝横向收缩影响，隔板产生角变形，造成拼装履带梁时缝隙过大而影响焊接质量，采取背靠背的刚性固定法进行焊接，可以有效减小焊接变形。
2.反变形法
根据生产中已经发生的变形规律，分析焊件焊后可能产生变形的方向和大小，在焊接前应使被焊件做大小相同，方向相反的变形，以抵消或补偿焊后发生的变形，使之达到防止焊后变形的目地，这种方法称为反变形法。我公司生产小挖车架的马达座也采用此方法，对小挖车架的马达座后隔板采用先折弯反变形再组装焊接，能够满足工艺生产要求。
3.制定合理的焊接顺序
焊接件的焊接顺序会给结构件焊接变形带来较大的影响，所以要针对不同的结构形式制定合理的焊接顺序。通常情况下，制定焊接顺序要坚持以下几个原则：一是对称焊缝尽量采取对称焊接；二是不对称的焊缝先焊焊缝短而小、焊缝少的一侧；三是对于长焊缝采用分段退焊法、中间分段退焊法、跳焊法以及交替焊法等。但是，制定焊接顺序不能拘泥于上述几种方法，对于不同的技术要求，特别是对变形和应力控制侧重点不同的情况下，更应该灵活运用。
我司生产挖机车架，由于履带梁和X座作为部件加工完毕，焊后不再进行机加工，所以对车架的焊接变形要求更加严格。根据车架的结构特点，最后只焊接X座和履带梁、三角板、加强板之间的焊缝，虽然焊缝较少，但是如果焊接顺序不当，容易造成左右马达座孔的同轴度和马达座安装面的平面度超差，以及不平行于履带梁中心。因此，不仅结合上述所说的刚性固定法、反变形法，还要同时制定一个合理的焊接顺序。在实际生产中，我们要求焊接时先焊三角板竖的焊缝和加强板两端的焊缝，使履带梁和X座连接形成一个刚性较强的箱型结构，使后续焊缝对车架影响降到最低。实践证明，采用上述焊接顺序完全能保证车架的设计要求。
结论
在我公司生产车架产品的过程中，通过上述介绍的几种焊接变形的控制方法，在导向轮、马达座、U形梁、履带梁、X座等车架部件的应用，有效地控制了挖掘机车架的焊接变形，减少了矫正焊接变形的工作量，保证了车架的质量，提高了挖掘机的可靠性与寿命。
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论文作者:黄家权
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
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