三级检验员焊接检验基础知识 复习材料8

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减少大型结构件焊接变形的工艺对策

大型结构件是工程机械产品的骨骼，也是厂家设计水平的体现和制造水平的反映。由于结构件在承载能力、外观造型及实现产品功能上的重要作用，在工程机械产品的设计和制造中应特别予以重视。

大型结构件因为体形庞大，焊接部位多，部分尺寸精度和位置精度要求较高，支承起来难度较大，尤其是整体变形问题，一直是困扰工艺人员的一大难题。本文主要结合中外建发展股份有限公司生产的平地机、装载机典型结构件的工艺实际，对大型结构件的焊接变形情况和原因进行了分析，并提出了一些控制变形的工艺对策。

1 大型结构件变形的典型实例及危害

１．１ＰＹ１６０Ｃ型平地机后机架的变形

后机架是PY160C型平地机最大的结构件

（见图1），该件外形尺寸为3 300 mm×1 100 mm×800 mm，由72个零件组成，属于框架特征的大型结构件，其制造方式为多个零件上胎合拢、拼点，然后焊接而成。该件在整机装配时需与发动机、变速器、司机室、驱动桥等部件相连接，其工艺要求为：基础面平面度≤3 mm，扭曲度≤5 mm，垂直度≤2.5 mm。按传统方式焊接后，一般情况下变形为：扭曲度10～30 mm，平面度5～8 mm，垂直度5～10 mm，横向孔组的中心距超差，如后桥安装距720 mm±0.5 mm，焊后变为720 mm+2 mm。虽在焊后经过整形工序，但变形量相对装配要求仍然偏大，造成该件返修率较大，以致后来采用“配焊”、“垫板调整”等落后工艺进行调整。

１．２ＺＬ５０Ｃ型装载机动臂的变形

该件为H形大型结构件（见图2），外形尺寸为2 800 mm×1 200 mm×800 mm，制造方式为支座组件与两动臂板合拢后进行大截面角缝焊接。其焊接方式为３层６道焊缝连续焊接。该件是装载机作业时铲斗运动的关键支撑件，其工艺规程要求尺寸ａ与ｂ相对中心线的对称度为1.5 mm；A、B、C、D各组孔的中心线平行度为Φ1.0 mm；各组孔同轴度为Φ0.5 mm。按上述方式焊接后主要变形为支座出现旁弯，通常引起尺寸ｂ偏小8～15 mm，尺寸ａ与ｂ对称度超差1.5～2 mm，尺寸ａ与ｂ各自的中心线不平行，两中心线出现２°～３°的夹角，造成动臂变形，长时间作业时整机会出现铲斗失稳现象。２结构件变形的理论分析

工程机械结构件主要是由冷、热轧钢板、型钢及它们的成形件装焊而成，材质主要为低合金结构钢。从结构件制造工艺来看，造成大型结构件变形的原因，主要来自三个方面：即焊接热应力、残余应力和外力。

２．１焊接热应力变形

工件在焊接过程中，对金属材料是一种不均

匀的加热和冷却。焊接时，加热的热源是移动的高温电弧，焊缝和热影响区金属温度很高，金属受热膨胀，但又受到常温金属的阻碍和抑制，便产生了压缩塑性变形。结构件的焊接变形程度与施焊时热源的输入能量成正比。

２．２残余应力变形

残余应力主要为焊接残余应力和成形加工残余应力，当工件某一部位施焊结束后，其焊缝金属由膨胀转为收缩，但其又受到常温金属的限制，这时便产生了焊接残余应力。成形加工残余应力主要是因为工件受工艺性外力而引起，如工件自由弯曲成形时不得法；钢板校平辗压次数少；机加工吃刀量过大等等都能引起成形加工残余应力。

２．３外力引起的变形

主要指组装、焊接过程中由磕、碰、摔、撞或过载引起的异常变形。

结合对引起变形应力的理论分析，可知前述PY160C型平地机的后机架变形是上百条焊缝的焊接综合变形。ZL50C型装载机动臂变形则是典型的大热场焊缝产生的焊接热应力变形，该件的动臂板厚度为50 mm，由于在施焊时焊接热影响

区的温度可达85０℃，随着加热部位金属发生相变，便产生了残余应力，它残存在母材中，不但引起构件变形还将影响构件的使用性能和质量。

３克服结构件变形的工艺措施

３．１平地机后机架的变形纠正

传统方法采用火焰加外力来解决PY160C型平地机后机架的扭曲变形。把该件平放在工作平台上，将其两个角或三个角垫起，并使其与工作台紧固，用火焰加热应力集中区域，再用机械方法拉动悬空的角，以达到矫正扭曲的目的。但是当我们在矫正其它次要变形时，扭曲变形又重新出现。这种反复矫正的方法，不但耗费了大量的人力、物力而且仍会使工件产生新的残余应力，留下了产品后期变形的潜在危险。

通过不断的实践探索，我们对后机架的工艺进行了重新审定，实施了一套“先部件，后总成”的治本之路，即将整个后机架分为轴承座、左梁、右梁三个部件，每个部件下又分若干次部件，再下一层是零件，装焊并整形的次序是：零件→次部件→部件→后机架总成。这种方法实际上是把后机架一次焊接所承受的全部热量与变

形，分散到前序逐级削弱，并分部件进行矫正变形，以减少总装后的变形。按此种工艺制作的后机架变形很小，由于我们根除了最严重的扭曲变形，使该件整形时非常轻松地达到了图纸要求。３．２克服装载机动臂总成的变形

我们从三方面采取措施来克服动臂的焊接

变形：首先是采取增加约束的办法来限制动臂的变形，即在距支座200 mm处设置两个可调支杆，从两边顶住两动臂板，以限制动臂板焊接时往里变形；其次是减少焊接线能量，对于截面积为200 mm2的焊缝采取4层12遍交替焊接的工艺，如图3所示，图中序号为施焊次序。采用手工CO2气保护电弧焊，这一措施对减少动臂的变形收到较好的效果；第三，采取经济、简便的火焰矫正法。

其操作方法是：用气焊焊枪加热，采用碳化焰，在与支座和动臂板的焊缝相对应的动臂板外侧，自上而下呈线状逐步加热，加热速度为3～5 mm/min，加热温度为750～800℃，冷却时用清水自下而上进行，当尺寸ｂ的变形量大于10 mm时，加热宽度为10～20 mm，加热深度为15～20 mm；当变形量小于10 mm时，加热宽度为10～