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  小型挖掘机应用越来越广泛,是当下销量最大的工程机械产品之一。小型挖掘机整体式弯动臂的焊接变形不但影响结构的装配和外观,而且会严重影响动臂的承载能力,有可能造成动臂开焊等失效形式,造成质量事故。本文对小型挖掘机动臂开焊的失效形式,分析失效产生的主要原因,并从工艺角度拟定改进方法。

小型挖掘机整体式弯动臂焊接工艺的研究

  整体式弯动臂是反铲挖掘机动臂的主要形式,其优点是结构简单,质量轻而刚度大,是目前应用最广泛的结构形式。由于动臂弯曲处会存在不可避免的焊接变形和应力集中,因而对焊接工艺要求较高。该小型挖掘机的整体式弯动臂的弯曲处发生明显的应力集中,因而对其动臂的焊缝需要做严格的焊接工艺参数研究,从技术工艺上改善其质量,使之符合设计要求。
  一、整体式弯动臂的结构
  在结构上,整体式弯动臂为左、右对称的封闭式中空箱型焊接结构,通常动臂与回转平台的铰接部位略宽,以减轻该处的受力、增强其抗扭和抗弯能力,左、右两块侧板的中间部分一般呈平行状态布置,便于加工。由动臂的有限元静强度分析显示,动臂与动臂油缸铰接点上方侧板与封板的连接部位应力最大,是强度薄弱部位,为了进一步改善局部强度和刚度、减小应力集中,一般将上、下封板板和左、右侧板取为不同厚度。
  二、小型挖掘机动臂焊缝失效形式及原因分析
  该小型挖掘机整体式弯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。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。

小型挖掘机整体式弯动臂焊接工艺的研究

  三、防止产生焊接缺陷的措施
  1、下料尺寸控制。对尺寸精度不足现象产生原因进行分析,发现下料尺寸是按研发设计图纸尺寸即产品制作成形后的最终尺寸,因此有可能在下料、特别是焊接过程中由于产生较大的焊缝纵向和横向收缩等原因出现尺寸及形位偏差从而超出设计值。因此需要根据板料特性、切割方法、焊接顺序、焊接参数等进行焊件的尺寸放样,使焊件在经过预定的工艺流程后能达到设计的要求。通过制作合理的工艺放样尺寸来弥补偏差。
  2、焊前处理措施。为防止作业时焊缝处存在液体或其它不洁杂质导致气孔产生,需对焊件进行焊前处理。在焊接前必须认真细致地将工件上油污、油漆、氧化皮及铁锈等附着物清理干净,直至露出金属光泽。在焊缝周边均匀喷防飞溅剂时,焊接区不得喷涂,如出现焊接区附着有防飞溅剂,则应待干燥后才能焊接,避免产生H气孔,以免造成应力集中,影响焊缝强度。
  3、工件组焊工艺及要求。在正式焊接前需先进行组焊,以保证工件的定位准确并减小施焊时的变形。工件组焊时将工件按顺序定位在工装上,调整各条焊缝的间隙,要求对接焊缝间隙均匀,间隙为3~6mm,垫板贴合间隙为0~1mm,角接焊缝间隙为0~1.5mm,然后夹紧各个支座。接下来点焊各个部件,要求焊缝距离端部30mm内禁止焊接,各条焊缝采用断续施焊,焊部高度为3mm,焊部长30~50mm,干伸长18~22mm,焊接电流230~250A,焊接电压25~27V。点焊后,焊部如有焊瘤、裂纹、弧坑、未熔合和气孔出现,则应打磨后重新点焊。
  4、焊接参数调整。为改善焊缝根部的熔合,需适当提高焊接电流以提高熔深,同时需根据焊接参数调整送丝速度和焊接速度,以保证焊缝符合设计要求。

  通过对小型挖掘机动臂焊缝失效形式的主要原因分析,从焊件的工艺放样、工艺坡口设计、焊前处理及组焊工艺等方面提出工艺改进,选定合理焊接方法和参数,对改善后的该小型挖掘机动臂使用情况跟踪统计。试验结果表明,改善后的动臂焊缝均未出现焊缝开裂等失效形式,改进后的焊接工艺不仅焊后尺寸良好,而且焊接质量得到提高,可满足设计要求。因而改进措施是有效的,对提高产品质量具有重要的应用价值。

小型挖掘机整体式弯动臂焊接工艺的研究



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