目前我公司生產(chǎn)的ZL30F裝載機，因焊接結(jié)構(gòu)件的變形超差造成的失效已占相當(dāng)大的比率。本文主要針對ZL30F裝載機前車架焊后變形超差率較高的問題，通過分析該前車架的具體結(jié)構(gòu)形式，制定并采用了合理的焊接工藝，使前車架的焊后變形得到了有效控制。
ZL30F輪式裝載機前車架是裝載機的重要承載部件，屬于空間半箱型的對稱焊接結(jié)構(gòu)，其主要組成部件有左、右翼箱，翻斗缸座，前板，上橫梁，鉸接架，下梁和橋安裝板等。用Solidege三維軟件建立的三維實體模型及其組成部件如圖1所示。
前車架所有部件之間的連接均為連續(xù)角焊縫連接。右翼箱1和左翼箱2主要由與前板和上橫梁及鉸接架相連接的翼板、外翼板、筋板、貼盤等組成。翼板和外翼板的厚度均為16 mm。翻斗缸座3主要組成件的厚度為24 mm。前板4的厚度為10 mm。上橫梁5為折彎件，板厚為24 mm。鉸接架6主要組成件上、下鉸接板的厚度為36 mm，4塊筋板的厚度為20 mm。下梁7的厚度為12 mm。橋安裝板8的厚度為30 mm。材質(zhì)均為焊接性能良好的低碳合金高強度鋼Q345A。
圖2所示為前車架主要結(jié)構(gòu)尺寸。其中寬度方向的3個尺寸810 mm、1015 mm±1.3 mm、 1 244 mm為結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸。
1 焊接方法的選擇
CO2氣體保護焊作為一種高效、高質(zhì)量、低消耗的焊接方法，在國內(nèi)工程機械行業(yè)車架等結(jié)構(gòu)件的焊接中得到廣泛應(yīng)用，我公司裝載機前后車架的焊接也采用CO2氣體保護焊工藝。
2 ZL30F裝載機前車架焊接工藝參數(shù)
對于ZL30F裝載機前車架，其組成工件的板厚大多為12～24 mm，只有上下鉸板和橋安裝板厚度達到30 mm以上。由于顆粒過渡焊接的電弧穿透能力強，熔深大，焊接效率高，適合于12～50 mm中厚板焊接，因此該車架的焊接采用顆粒過渡焊接，焊接工藝參數(shù)見表1。
3 前車架焊接變形的預(yù)防措施
據(jù)統(tǒng)計，在采用本文介紹的工藝改進措施之前，前車架的*變形量達到4.5～5.5 mm，集中反映在前車架上部左右翼箱上面兩鉸接孔橫向尺寸的收縮變形上，變形超差率達到20%以上，其中85%的變形量達到4 mm。為了控制這個關(guān)鍵尺寸(1 015±1.3)mm（見圖2），我們在焊接工藝上采取了以下改進措施：
（1）采用反變形法進行點固裝配
對前車架焊接變形的預(yù)防，由于已經(jīng)預(yù)測出焊后收縮變形量，在設(shè)計裝配焊夾具時，將兩側(cè)翼箱的上部檔間距離預(yù)留出4 mm（注意余量要與車架中心面對稱）。試驗表明，焊后能夠保證尺寸(1 015±1.3)mm的要求。
另外，還設(shè)計了一種支撐桿，通過調(diào)整支撐桿中間的雙向調(diào)整螺母，使其間距達到標準尺寸加上自由變形量的一半。在施焊時，將調(diào)整好的支撐桿置于兩翼箱中間，焊后松開螺母，去除支撐桿，焊件少量自由收縮后恰好達到結(jié)構(gòu)標準尺寸的要求。實踐證明，利用剛性支撐焊接時，只要預(yù)留出焊接自由收縮量的一半即可。
（2）采用合理的焊接工藝參數(shù)
焊接熱輸入是影響焊件變形量的關(guān)鍵因素，當(dāng)焊接方法確定后，可通過調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)來控制熱輸入。在保證焊縫強度的前提下，應(yīng)盡量采取小規(guī)范的焊接參數(shù)。具有對稱截面形狀和焊縫對稱布置的焊件，焊接時應(yīng)對稱施焊，確保每一條焊縫的焊接熱輸入應(yīng)相同。如果焊縫分布不對稱，在結(jié)構(gòu)邊緣的焊縫，采用多層焊接，每層用小規(guī)范，把它對構(gòu)件變形的影響降到*。
對于前車架，由于它是對稱結(jié)構(gòu)，影響收縮變形*的兩條焊縫是兩側(cè)翼箱與前車架骨架連接處的角焊縫，連接處無坡口，焊腳高為10 mm，焊縫相對于前車架中心面對稱布置。為減少焊接變形，應(yīng)取小規(guī)范參數(shù)焊接，由于焊縫焊腳較大，長度較長，為減少變形，在施焊時分兩層、三道焊完成。施焊時采用交叉對稱焊接，每段長度約100 mm。調(diào)整后的焊接工藝參數(shù)見表2。
（3）選擇合理的裝配及焊接順序
為減少整體焊接結(jié)構(gòu)件的焊接變形量，將各部件單獨焊接后，再進行整體的組裝和前車架總成的焊接。
在設(shè)計和編制ZL30F前車架的焊接工藝時，將左右翼箱、翻斗缸座、中間橫梁、鉸接架單獨作為子部件，針對各子部件設(shè)計各自的焊裝夾具，并單獨完成焊接，然后再將各子部件組裝成前車架總成實施組裝焊接。這對于控制整體的焊接變形起到了很好的作用。實際上，這種裝配焊接的效率很高，適合大批量流水作業(yè)。
對稱結(jié)構(gòu)上的對稱焊縫，*由多名焊工對稱地同時施焊，使正反兩方向變形抵消。若條件不允許，只能先焊一側(cè)，后焊另一側(cè)。這時要注意，用同樣的工藝參數(shù)施焊，先焊的一側(cè)引起的變形總比后焊的一側(cè)大些。因此建議把先焊側(cè)改為多層多道焊，并降低每層（道）焊接熱輸入，再采用兩面交替施焊順序，以使每側(cè)引起的變形*都得以抵消。當(dāng)焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時，如果焊縫位于焊件中性軸兩側(cè)，可以通過調(diào)節(jié)焊接熱輸入和交替施焊的順序控制變形；如果焊縫分布在中性軸一側(cè)，只能利用減少焊接熱輸入或采取反變形措施去解決。
4 結(jié)論
由于采取了改進的焊接工藝措施，使前車架翼箱上部的焊后變形量有所下降，從原來的4.5 mm下降到2 mm，因焊接變形超差造成的失效率由原來的20%以上降低到目前的5%～10%，大大降低了焊后返修率，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量的要求，提高了生產(chǎn)效率。
ZL30F輪式裝載機前車架是裝載機的重要承載部件，屬于空間半箱型的對稱焊接結(jié)構(gòu)，其主要組成部件有左、右翼箱，翻斗缸座，前板，上橫梁，鉸接架，下梁和橋安裝板等。用Solidege三維軟件建立的三維實體模型及其組成部件如圖1所示。
前車架所有部件之間的連接均為連續(xù)角焊縫連接。右翼箱1和左翼箱2主要由與前板和上橫梁及鉸接架相連接的翼板、外翼板、筋板、貼盤等組成。翼板和外翼板的厚度均為16 mm。翻斗缸座3主要組成件的厚度為24 mm。前板4的厚度為10 mm。上橫梁5為折彎件，板厚為24 mm。鉸接架6主要組成件上、下鉸接板的厚度為36 mm，4塊筋板的厚度為20 mm。下梁7的厚度為12 mm。橋安裝板8的厚度為30 mm。材質(zhì)均為焊接性能良好的低碳合金高強度鋼Q345A。
圖2所示為前車架主要結(jié)構(gòu)尺寸。其中寬度方向的3個尺寸810 mm、1015 mm±1.3 mm、 1 244 mm為結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸。
1 焊接方法的選擇
CO2氣體保護焊作為一種高效、高質(zhì)量、低消耗的焊接方法，在國內(nèi)工程機械行業(yè)車架等結(jié)構(gòu)件的焊接中得到廣泛應(yīng)用，我公司裝載機前后車架的焊接也采用CO2氣體保護焊工藝。
2 ZL30F裝載機前車架焊接工藝參數(shù)
對于ZL30F裝載機前車架，其組成工件的板厚大多為12～24 mm，只有上下鉸板和橋安裝板厚度達到30 mm以上。由于顆粒過渡焊接的電弧穿透能力強，熔深大，焊接效率高，適合于12～50 mm中厚板焊接，因此該車架的焊接采用顆粒過渡焊接，焊接工藝參數(shù)見表1。
3 前車架焊接變形的預(yù)防措施
據(jù)統(tǒng)計，在采用本文介紹的工藝改進措施之前，前車架的*變形量達到4.5～5.5 mm，集中反映在前車架上部左右翼箱上面兩鉸接孔橫向尺寸的收縮變形上，變形超差率達到20%以上，其中85%的變形量達到4 mm。為了控制這個關(guān)鍵尺寸(1 015±1.3)mm（見圖2），我們在焊接工藝上采取了以下改進措施：
（1）采用反變形法進行點固裝配
對前車架焊接變形的預(yù)防，由于已經(jīng)預(yù)測出焊后收縮變形量，在設(shè)計裝配焊夾具時，將兩側(cè)翼箱的上部檔間距離預(yù)留出4 mm（注意余量要與車架中心面對稱）。試驗表明，焊后能夠保證尺寸(1 015±1.3)mm的要求。
另外，還設(shè)計了一種支撐桿，通過調(diào)整支撐桿中間的雙向調(diào)整螺母，使其間距達到標準尺寸加上自由變形量的一半。在施焊時，將調(diào)整好的支撐桿置于兩翼箱中間，焊后松開螺母，去除支撐桿，焊件少量自由收縮后恰好達到結(jié)構(gòu)標準尺寸的要求。實踐證明，利用剛性支撐焊接時，只要預(yù)留出焊接自由收縮量的一半即可。
（2）采用合理的焊接工藝參數(shù)
焊接熱輸入是影響焊件變形量的關(guān)鍵因素，當(dāng)焊接方法確定后，可通過調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)來控制熱輸入。在保證焊縫強度的前提下，應(yīng)盡量采取小規(guī)范的焊接參數(shù)。具有對稱截面形狀和焊縫對稱布置的焊件，焊接時應(yīng)對稱施焊，確保每一條焊縫的焊接熱輸入應(yīng)相同。如果焊縫分布不對稱，在結(jié)構(gòu)邊緣的焊縫，采用多層焊接，每層用小規(guī)范，把它對構(gòu)件變形的影響降到*。
對于前車架，由于它是對稱結(jié)構(gòu)，影響收縮變形*的兩條焊縫是兩側(cè)翼箱與前車架骨架連接處的角焊縫，連接處無坡口，焊腳高為10 mm，焊縫相對于前車架中心面對稱布置。為減少焊接變形，應(yīng)取小規(guī)范參數(shù)焊接，由于焊縫焊腳較大，長度較長，為減少變形，在施焊時分兩層、三道焊完成。施焊時采用交叉對稱焊接，每段長度約100 mm。調(diào)整后的焊接工藝參數(shù)見表2。
（3）選擇合理的裝配及焊接順序
為減少整體焊接結(jié)構(gòu)件的焊接變形量，將各部件單獨焊接后，再進行整體的組裝和前車架總成的焊接。
在設(shè)計和編制ZL30F前車架的焊接工藝時，將左右翼箱、翻斗缸座、中間橫梁、鉸接架單獨作為子部件，針對各子部件設(shè)計各自的焊裝夾具，并單獨完成焊接，然后再將各子部件組裝成前車架總成實施組裝焊接。這對于控制整體的焊接變形起到了很好的作用。實際上，這種裝配焊接的效率很高，適合大批量流水作業(yè)。
對稱結(jié)構(gòu)上的對稱焊縫，*由多名焊工對稱地同時施焊，使正反兩方向變形抵消。若條件不允許，只能先焊一側(cè)，后焊另一側(cè)。這時要注意，用同樣的工藝參數(shù)施焊，先焊的一側(cè)引起的變形總比后焊的一側(cè)大些。因此建議把先焊側(cè)改為多層多道焊，并降低每層（道）焊接熱輸入，再采用兩面交替施焊順序，以使每側(cè)引起的變形*都得以抵消。當(dāng)焊縫在結(jié)構(gòu)上分布不對稱時，如果焊縫位于焊件中性軸兩側(cè)，可以通過調(diào)節(jié)焊接熱輸入和交替施焊的順序控制變形；如果焊縫分布在中性軸一側(cè)，只能利用減少焊接熱輸入或采取反變形措施去解決。
4 結(jié)論
由于采取了改進的焊接工藝措施，使前車架翼箱上部的焊后變形量有所下降，從原來的4.5 mm下降到2 mm，因焊接變形超差造成的失效率由原來的20%以上降低到目前的5%～10%，大大降低了焊后返修率，滿足了產(chǎn)品質(zhì)量的要求，提高了生產(chǎn)效率。
