合肥永升机械有限公司
前言
焊接技术是挖掘机生产过程中的重要制造技术，在提高生产效率、改善产品质量和降低成本等方面具有重要作用，焊接还广泛应用于挖掘机维修及再制造，能够在挖掘机全寿命周期创造价值。部分企业曾因未掌握挖掘机可靠性焊接技术，关键结构件断裂率较高，动臂、斗杆多在工作1100~2700h开裂，断裂率甚至高达12%，制约了企业的发展，并影响了企业的形象。近些年，国内各挖掘机结构件生产商着手进行关键结构件可靠性制造技术攻关，经过多年的试验研究，焊接技术水平获得较大提升，焊缝开裂等故障显著下降。
1挖掘机结构件焊接变形分析
1.1挖掘机左右辅助平台结构及变形分析
挖掘机主要结构件由工作装置、上车架和下车架等组成，其中上车架由中部平台及左右两侧辅助平台结构件组成，左辅助平台主要用来安装驾驶室与散热器；右辅助平台主要用来安装燃油箱、液压油箱以及工具箱等。辅助平台为薄板非封闭框架式结构，绝大多数零件板厚为PL3.2～12mm，焊接过程中极易产生变形。经样件焊接分析，辅助平台结构件发生变形类型主要为收缩变形和扭曲变形。收缩变形主要发生在两侧板间上部，当两侧板周围进行焊缝焊接时，焊缝由液态转化为固态，这个过程中焊缝体积逐渐缩小，焊接件不断产生焊接应力，造成焊接件外形尺寸逐渐减小，即收缩变形，变形量约为6mm；扭曲变形主要发生在边梁上，边梁长度约为4000mm、最薄板厚为5mm，为减少热输入，通常设计为断续焊，但在焊接处，因受焊接应力影响，容易发生扭曲变形，即没有焊缝位置发生鼓包。
1.2挖掘机动臂焊缝失效形式及原因分析
小型挖掘机动臂主要失效形式为中部弯曲部位焊缝开裂，主要现象为动臂中部侧板间对接焊缝开裂；中部侧板与中部封板的角接焊缝开裂。其主要缺陷为对接焊缝开裂处主要缺陷为根部未焊透；角接焊缝处主要缺陷为H气孔和根部未焊透。对接焊缝开裂产生原因有：侧板由于下料过程的误差和焊接时的收缩变形，使得侧板对接间隙过大，根部无法熔合；垫板平整度不合格，使得焊接作业时垫板未能贴合；此焊缝为Y型焊缝，焊接参数选择不合理导致根部未熔合。角接焊缝开裂产生原因有：侧板坡口不合理，钝边过大，影响根部熔合；作业时焊缝处存在液体导致H气孔产生；焊缝为单边Y型焊缝，焊接参数选择不合理导致根部未熔合。综合两种焊缝的失效原因，可归结为：结构件尺寸精度不足；焊件坡口设计不合理；焊接工艺不合理；焊接参数选择不合理。为解决焊缝开裂现象，从失效原因的缺陷产生根源入手，由下料成型工艺、焊件工艺、焊接工艺流程及参数方面制定防止缺陷产生的措施，以保障焊接的质量。
2焊接变形的控制
想要对挖掘机结构件的焊接变形情况进行控制，需要从两个方面着手，一是结构件设计，二是焊接工艺方面。
2.1挖掘机结构件设计
在进行挖掘机结构件设计时，应当保证结构件的承载力度，而且在保证其功能的基础上，设计人员应当创新设计思维，尽量减少焊接工作量，而且选用合适的焊接填充方法，以此来减轻焊接变形的情况。另外，在设计时尽量采取措施减少焊接接触面积，这样可以有效缩减受力面积，使得材料本身的性能可以得到充分的发挥，从而提升焊接工作的效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆再者，设计者应当尽量降低焊接点的集中程度，否则会造成焊接时的受力和受热面积增加，从而导致钢板受热的不均度增加，最终使得焊接变形情况加重。最后，在进行焊接口的设计时，应当注意接口形式的选择，如果存在钢板薄厚不均的情况，通常将焊接口位置设在钢板比较薄的区域，这样也是降低焊接变形情况的一种有效方式。
2.2焊接工艺控制
对焊接工艺进行控制，也是预防挖掘机结构件焊接变形的一种重要方式。在焊接工艺控制方面，主要包括对焊接方向和步骤的控制，对焊缝拘束度的控制。对焊接方向的控制主要是在进行焊接缝焊接时，应当从接缝的中间位置向两侧延伸进行焊接，而且焊接速度要缓慢，操作要认真，另外在收尾时又要保证利落，这样才能使得焊接缝隙整齐完美，这样可以尽量避免出现收缩情况。除此之外，在焊缝的焊接步骤设置上，要优先焊接收缩量比较大的焊缝，然后再进行收缩量小的焊缝的焊接；同一结构件上，同时存在对接焊缝和角焊缝时，要优先处理对接焊缝。对于焊缝处于对称位置的结构件，应当进行对称焊接，而在进行焊缝位置不对称的结构件的焊接时，应当从小焊缝开始进行焊接处理。对于一些长度比较大的焊缝，可以通过分段处理的方式进行焊接。对焊缝拘束度的控制就是采用合适的焊接方法，减小结构件的拘束度，这样也能起到控制焊接变形的目的。
2.3预防焊接变形的方法
除了从结构件设计以及焊接工艺等方面进行焊接变形的控制外，还可以采取一定的措施对焊接变形进行预防，包括合理进行焊接顺序设计、合适的焊接变形预防方法等。
2.3.1合理进行焊接顺序设计
在这里我们以小型挖掘机行走架焊接为例，来说明通过焊接顺序设计来预防焊接变形的方法。小型挖掘机行走架包括中间架以及履带梁，行走架焊接完成之后，基本不需要再进行任何的机加工，这就需要焊接操作人员对行走架的焊接变形情况进行必要的控制，这样才能保证挖掘机行走架的质量。在进行行走架焊接时，应当通过T艺拉筋来辅助焊接操作，而且保证T艺拉筋有足够的强度。具体的焊接顺序是，先对筋板的两侧进行焊接处理，然后再进行其余部位的焊接，这样可以尽量降低焊接变形程度，从而保证结构件焊接质量及部分相关尺寸。
2.3.2选取合适的焊接变形预防方法
常见的用以预防焊接变形的方法包括反变形法、刚性固定法。其中，反变形法指的是在焊接开始之前将结构件向变形相反方向施加力度让其出现一定程度的反方向变形，焊接开始后，由于焊接产生的结构件变形会将这种反向变形抵消掉，从而使得最终结构件的变形程度很小[3]。刚性固定法就是在焊接开始前，使用一定的固定工具将结构件固定住，从而降低焊接变形的程度。
结束语
经过十几年的探索和研究，国内挖掘机的关键结构件生产厂商人工焊接技术（即焊接内部质量，还是外观质量）已突飞猛进，可与日韩、欧美等地区的焊接技术相媲美，但智能化焊接设备的应用与国外厂商仍有差距，需努力突破。
参考文献：
[1]邸鹏远.液压挖掘机行业状况分析[J].建设机械技术与管理，2018，21（12）：105-107.
[2]潘玉平.国内挖掘机行业的概况及其发展趋势[J].凿岩机械气动工具，2017（2）：40-45.
论文作者:章青
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第2期
论文发表时间:2019/7/18
标签：挖掘机论文; 结构件论文; 根部论文; 不合理论文; 情况论文; 方法论文; 平台论文; 《科技尚品》2019年第2期论文;