目前我公司生產(chǎn)的ZL30F裝載機，因焊接結構件的變形超差造成的失效已占相當大的比率。本文主要針對ZL30F裝載機前車(chē)架焊后變形超差率較高的問(wèn)題，通過(guò)分析該前車(chē)架的具體結構形式，制定并采用了合理的焊接工藝，使前車(chē)架的焊后變形得到了有效控制。
ZL30F輪式裝載機前車(chē)架是裝載機的重要承載部件，屬于空間半箱型的對稱(chēng)焊接結構，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(shí)體模型及其組成部件如圖1所示。
前車(chē)架所有部件之間的連接均為連續角焊縫連接。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(pán)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(chē)架主要結構尺寸。其中寬度方向的3個(gè)尺寸810 mm、1015 mm±1.3 mm、 1 244 mm為結構關(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，在國內工程機械行業(yè)車(chē)架等結構件的焊接中得到廣泛應用，我公司裝載機前后車(chē)架的焊接也采用CO2氣體保護焊工藝。
2 ZL30F裝載機前車(chē)架焊接工藝參數
對于ZL30F裝載機前車(chē)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(guò)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(chē)架的焊接采用顆粒過(guò)渡焊接，焊接工藝參數見(jiàn)表1。
3 前車(chē)架焊接變形的預防措施
據統計，在采用本文介紹的工藝改進(jìn)措施之前，前車(chē)架的*變形量達到4.5～5.5 mm，集中反映在前車(chē)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(gè)關(guān)鍵尺寸(1 015±1.3)mm（見(jiàn)圖2），我們在焊接工藝上采取了以下改進(jìn)措施：
（1）采用反變形法進(jìn)行點(diǎn)固裝配
對前車(chē)架焊接變形的預防，由于已經(jīng)預測出焊后收縮變形量，在設計裝配焊夾具時(shí)，將兩側翼箱的上部檔間距離預留出4 mm（注意余量要與車(chē)架中心面對稱(chēng)）。試驗表明，焊后能夠保證尺寸(1 015±1.3)mm的要求。
另外，還設計了一種支撐桿，通過(guò)調整支撐桿中間的雙向調整螺母，使其間距達到標準尺寸加上自由變形量的一半。在施焊時(shí)，將調整好的支撐桿置于兩翼箱中間，焊后松開(kāi)螺母，去除支撐桿，焊件少量自由收縮后恰好達到結構標準尺寸的要求。實(shí)踐證明，利用剛性支撐焊接時(shí)，只要預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
焊接熱輸入是影響焊件變形量的關(guān)鍵因素，當焊接方法確定后，可通過(guò)調節焊接工藝參數來(lái)控制熱輸入。在保證焊縫強度的前提下，應盡量采取小規范的焊接參數。具有對稱(chēng)截面形狀和焊縫對稱(chēng)布置的焊件，焊接時(shí)應對稱(chēng)施焊，確保每一條焊縫的焊接熱輸入應相同。如果焊縫分布不對稱(chēng)，在結構邊緣的焊縫，采用多層焊接，每層用小規范，把它對構件變形的影響降到*。
對于前車(chē)架，由于它是對稱(chēng)結構，影響收縮變形*的兩條焊縫是兩側翼箱與前車(chē)架骨架連接處的角焊縫，連接處無(wú)坡口，焊腳高為10 mm，焊縫相對于前車(chē)架中心面對稱(chēng)布置。為減少焊接變形，應取小規范參數焊接，由于焊縫焊腳較大，長(cháng)度較長(cháng)，為減少變形，在施焊時(shí)分兩層、三道焊完成。施焊時(shí)采用交叉對稱(chēng)焊接，每段長(cháng)度約100 mm。調整后的焊接工藝參數見(jiàn)表2。
（3）選擇合理的裝配及焊接順序
為減少整體焊接結構件的焊接變形量，將各部件單獨焊接后，再進(jìn)行整體的組裝和前車(chē)架總成的焊接。
在設計和編制ZL30F前車(chē)架的焊接工藝時(shí)，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(chē)架總成實(shí)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(shí)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(chēng)結構上的對稱(chēng)焊縫，*由多名焊工對稱(chēng)地同時(shí)施焊，使正反兩方向變形抵消。若條件不允許，只能先焊一側，后焊另一側。這時(shí)要注意，用同樣的工藝參數施焊，先焊的一側引起的變形總比后焊的一側大些。因此建議把先焊側改為多層多道焊，并降低每層（道）焊接熱輸入，再采用兩面交替施焊順序，以使每側引起的變形*都得以抵消。當焊縫在結構上分布不對稱(chēng)時(shí)，如果焊縫位于焊件中性軸兩側，可以通過(guò)調節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，只能利用減少焊接熱輸入或采取反變形措施去解決。
4 結論
由于采取了改進(jìn)的焊接工藝措施，使前車(chē)架翼箱上部的焊后變形量有所下降，從原來(lái)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(lái)的20%以上降低到目前的5%～10%，大大降低了焊后返修率，滿(mǎn)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(chē)架是裝載機的重要承載部件，屬于空間半箱型的對稱(chēng)焊接結構，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(shí)體模型及其組成部件如圖1所示。
前車(chē)架所有部件之間的連接均為連續角焊縫連接。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(pán)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(chē)架主要結構尺寸。其中寬度方向的3個(gè)尺寸810 mm、1015 mm±1.3 mm、 1 244 mm為結構關(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，在國內工程機械行業(yè)車(chē)架等結構件的焊接中得到廣泛應用，我公司裝載機前后車(chē)架的焊接也采用CO2氣體保護焊工藝。
2 ZL30F裝載機前車(chē)架焊接工藝參數
對于ZL30F裝載機前車(chē)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(guò)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(chē)架的焊接采用顆粒過(guò)渡焊接，焊接工藝參數見(jiàn)表1。
3 前車(chē)架焊接變形的預防措施
據統計，在采用本文介紹的工藝改進(jìn)措施之前，前車(chē)架的*變形量達到4.5～5.5 mm，集中反映在前車(chē)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(gè)關(guān)鍵尺寸(1 015±1.3)mm（見(jiàn)圖2），我們在焊接工藝上采取了以下改進(jìn)措施：
（1）采用反變形法進(jìn)行點(diǎn)固裝配
對前車(chē)架焊接變形的預防，由于已經(jīng)預測出焊后收縮變形量，在設計裝配焊夾具時(shí)，將兩側翼箱的上部檔間距離預留出4 mm（注意余量要與車(chē)架中心面對稱(chēng)）。試驗表明，焊后能夠保證尺寸(1 015±1.3)mm的要求。
另外，還設計了一種支撐桿，通過(guò)調整支撐桿中間的雙向調整螺母，使其間距達到標準尺寸加上自由變形量的一半。在施焊時(shí)，將調整好的支撐桿置于兩翼箱中間，焊后松開(kāi)螺母，去除支撐桿，焊件少量自由收縮后恰好達到結構標準尺寸的要求。實(shí)踐證明，利用剛性支撐焊接時(shí)，只要預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
焊接熱輸入是影響焊件變形量的關(guān)鍵因素，當焊接方法確定后，可通過(guò)調節焊接工藝參數來(lái)控制熱輸入。在保證焊縫強度的前提下，應盡量采取小規范的焊接參數。具有對稱(chēng)截面形狀和焊縫對稱(chēng)布置的焊件，焊接時(shí)應對稱(chēng)施焊，確保每一條焊縫的焊接熱輸入應相同。如果焊縫分布不對稱(chēng)，在結構邊緣的焊縫，采用多層焊接，每層用小規范，把它對構件變形的影響降到*。
對于前車(chē)架，由于它是對稱(chēng)結構，影響收縮變形*的兩條焊縫是兩側翼箱與前車(chē)架骨架連接處的角焊縫，連接處無(wú)坡口，焊腳高為10 mm，焊縫相對于前車(chē)架中心面對稱(chēng)布置。為減少焊接變形，應取小規范參數焊接，由于焊縫焊腳較大，長(cháng)度較長(cháng)，為減少變形，在施焊時(shí)分兩層、三道焊完成。施焊時(shí)采用交叉對稱(chēng)焊接，每段長(cháng)度約100 mm。調整后的焊接工藝參數見(jiàn)表2。
（3）選擇合理的裝配及焊接順序
為減少整體焊接結構件的焊接變形量，將各部件單獨焊接后，再進(jìn)行整體的組裝和前車(chē)架總成的焊接。
在設計和編制ZL30F前車(chē)架的焊接工藝時(shí)，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(chē)架總成實(shí)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(shí)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(chēng)結構上的對稱(chēng)焊縫，*由多名焊工對稱(chēng)地同時(shí)施焊，使正反兩方向變形抵消。若條件不允許，只能先焊一側，后焊另一側。這時(shí)要注意，用同樣的工藝參數施焊，先焊的一側引起的變形總比后焊的一側大些。因此建議把先焊側改為多層多道焊，并降低每層（道）焊接熱輸入，再采用兩面交替施焊順序，以使每側引起的變形*都得以抵消。當焊縫在結構上分布不對稱(chēng)時(shí)，如果焊縫位于焊件中性軸兩側，可以通過(guò)調節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，只能利用減少焊接熱輸入或采取反變形措施去解決。
4 結論
由于采取了改進(jìn)的焊接工藝措施，使前車(chē)架翼箱上部的焊后變形量有所下降，從原來(lái)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(lái)的20%以上降低到目前的5%～10%，大大降低了焊后返修率，滿(mǎn)足了產(chǎn)品質(zhì)量的要求，提高了生產(chǎn)效率。
