ZL30B装载机前车架焊接工艺分析

摘 要：前车架作为装载机的主要结构件，它的焊接方法决定了整个装载机的精度问题，从而影响整机的性能，针对ZL30B轮式装载机前车架焊后变形超差率较高的问题，通过分析前车架的具体结构形式，制定并采用了合理的焊接工艺，使得前车架的焊接变形得到了有效的控制。

关键词：前车架；焊接变形；工艺性分析；预防措施

中图分类号：TE972+.5 文献标识码：A

1 前车架引起焊接后变形的分析

装载机前车架是装载机的重要承重部件，属于空间半箱型的对称焊接结构，其主要组成部件有左弯板、右弯板、转斗缸支座、前板、上横梁、铰接架、下梁、桥安装板、转向缸支座等。装载机的前车架对整车的装配和使用影响较大主要是动臂油缸支座、转向油缸支座及铰接板上各孔的同轴度。

如果动臂油缸支座尺寸超差，将导致动臂油缸和工作装置抵触，从而影响装载机的掘起力和工作装置的使用寿命。转向油缸座孔垂直度超差将导致转向油缸的关节轴承受剪切应力，而引起零件过早的损坏。铰接板上各孔的垂直度超差将导致装配后前车架倾斜，使前后车架的连接销轴承受剪切应力，从而影响轴寿命。批量生产的ZL30B轮式装载机，因为焊接结构件的变形超差造成的失效已经占相当大的比率。从而直接影响到了装载机的寿命，造成了很大的返修率，影响到了经济效益。

下面是建立的三维实体模型及组成部件。如图1所示。

1、右弯板 2、左弯板 3、转斗油缸 4、前板

5、上横梁 6、铰接架 7、下梁 8、桥安装板

前车架所有的部件之间的连接均为连续角焊缝连接。右弯板1和左弯板2主要与前车架和上横梁及铰接架相连的翼板、外翼板、筋板、贴盘等组成。翼板和外翼板的厚度均为16mm。转斗缸座3主要组成件的厚度为25 mm。前板4的厚度为10mm。上横梁5为折弯件，板厚为25mm。铰接架6主要组成件上下铰接板的厚度为36mm。4块筋板的厚度为20mm。下梁7的厚度为12mm。桥安装板8的厚度为30mm。材料均为焊接性能良好的Q235-A.F。

2 机架焊接及工艺性分析

如图1所示，前车架由左、右翼板，转斗缸座，前板，上横梁，铰接架，下梁，桥安装板等组成。

2.1 控制焊接变形。左右弯板组件分别由左右侧、左右耳板（典型件）、连板、后端板和轴套组焊而成。焊接后两轴孔和后端的位置尺寸必须达到技术要求，以保证前车架组装后各部分的加工余量。

2.2 控制焊接方法。个别的中间连接机构组件，采用分解为若干小部件进行组焊，以减少前车架总体焊接的工作量。如铰接架的焊接、还有转斗缸等。

2.3 控制加工次序。各部件组焊加工后再进行整体的加工，这样可以有效的避免在焊接变形后各孔的精度的不准确。

3 焊接方法的选择

CO2气体保护焊作为一种高效、高质量、低消耗的焊接方法，在国内工程机械行业车架等结构件的焊接中得到了广泛的应用。我单位的装载机的前车架的焊接孔采用了CO2气体保护焊的工艺。在焊接时严格的控制对接接头的间隙，仔细清理焊口处的杂物，以保证焊缝质量。有油污易产生氢气孔，电弧电压越高，产生的气孔越多，为减少气孔，在焊丝中加入合金元素。

4 ZL30B装载机前车架焊接工艺参数

对于ZL30B轮式装载机前车架，其组成工件的板厚大多为10-20mm，只有上下铰接板和桥安装板厚度达到了30mm以上。由于颗粒过渡焊接的电弧穿透能力强，溶伸大，焊接效率高，适合于12-50mm中厚板焊因此该车架的焊接采用颗粒过渡焊接。

5 前车架焊接变形的预防措施

在采用本文介绍的工艺改进措施之前，前车架的最大变形量达到4.5-5.5mm，集中反映在前车架上部左右翼板上面铰接孔横向尺寸的收缩变形上，变形超差率达到20%以上，其中85%的变形量达致4mm。为了控制这个关键的尺寸（1015±1.3）mm。在焊接工艺上采取了以下改进措施：

5.1 采用反变形法进行点固装配

对前车架焊接变形的预防，由于已经预测出焊后收缩变形量，在设计装配夹具时，将两侧翼板箱的上部档间距离预留出4mm（注意余量要与车架中心面对称）。试验表明，焊后能够保证左右两侧板关键尺寸（1015±1.3）mm的要求。采用的反变形法使之在焊接完成后与焊接过程中产生的变形相互抵消。另外，还设计了一种支撑杆，通过调整支撑杆中间的双向调节螺母，使其间距达到标准尺寸加上自由变形量的一半。在施焊时，将调整好的支撑杆置于两翼箱中间，焊后松开螺母，除去支撑杆，焊件少量自由收缩后恰好达到了结构标准尺寸的要求。实践证明，利用刚性支撑焊接时，只要预留出焊接自由收缩量的一半即可。

5.2 采用合理的焊接工艺参数

焊接热输入是影响焊件变形量的关键因素，当焊接方法确定后，可通过调节焊接工艺参数来控制热输入。在保证焊缝强度的前提下，应尽量的采取小规范的焊接参数。具有对称截面形状和焊缝对称布置的焊件，焊接时应该对称施焊，确保每一条焊缝的焊接热输入应相同。如果焊缝分布不对称，在结构边缘的焊缝，采用多层焊接，每层用小规范，把它对称件变形的影响降到最低。

对于前车架，由于它是对称的机构，影响收缩变形最大的两条焊缝是两侧翼箱与前车架骨架连接处的角焊缝，连接处无坡口，焊角高为10mm，焊缝相对于前车架中心面对称布置。为减少焊接变形，应减小规范参数焊接，由于焊缝焊角较大，长度较长，为减少变形，在施焊是分两层、三道焊完成。施焊时采用交叉对称焊接，每段长度约为100mm。

5.3 选择合理的装配及焊接顺序

为减少整体焊接结构件的焊接变形量，将各部件单独焊接后，再进行整体的组装和前车架总成的焊接。在设计和编制ZL30B前车架的焊接工艺时，将左右翼板箱、转斗缸座、中间横梁、铰接单独作为子部件，针对子部件设计各自的焊装夹具，并单独完成焊接，然后再将各子部件组装成前车架总成实施组装焊接。组焊时先焊短焊缝，再焊长焊缝，最后将焊接好的左右翼箱于骨架连接处的焊缝交错对称焊接完成。

对称结构上的对称焊缝，最好由多名焊工对称地同时施焊，使正反两方面变形抵消。若条件不允许，只能先焊一侧，后焊另一侧。这时要注意，用同样的工艺参数施焊，先焊一侧引起的变形总比后焊的一侧大些。因此建议先把焊侧改为多层多道焊，并每层焊接的热输入，在采用两面交替施焊顺序，以使每侧引起的变形最后得以抵消。当焊缝在结构上分布不对称时，如果焊缝位于在焊接件中性轴两侧，可以通过调节焊接热输入和交替施焊的顺序控制变形；如果焊缝分布在中性轴一侧，只能利用减少焊接热输入或采取反变形措施去解决。

结论

为了提高生产效率并适应产品数量的需要，利用了焊接作业指导书代替了焊接作业指导卡片，严格的对前车架一次全部组装完成并严格的控制了组装后的尺寸。由于采取了改进的焊接工艺，使前车架弯板上部的焊后变形量有所下降，从原来的4.5mm下降到2mm，因焊接变形超差造成的失效率由原来的20%以上降低到目前的5%-10%，大大的降低了焊后的返修率。

参考文献

[1]诸文农.底盘设计机械工业出版社，1981.

[2]杨晋生.铲土运输机械设计太原重型机械学院.机械工业出版社，1981.

[3]曹寅昌.工程机械构造机械工业出版社，1981.