轮式装载机摇臂断裂问题分析及预防

张　军

摘要:本文以XG951系列轮式装载机为例,系统分析了轮式装载机摇臂在工作过程中断裂损坏的主要原因,并提出预防其断裂损坏的方法和措施。

关键词:装载机摇臂断裂分析预防

0 引言

轮式装载机是工程机械的主要机种之一,广泛用于建筑、矿山、水电、桥梁、铁路、公路、港口、码头等国民经济各部门。我公司在对XG951系列装载机进行多年售后反馈统计显示,其断裂现象明显高于工作装置中其它结构件,有效分析其断裂原因和采取相应预防措施,可降低其断裂发生机率,减少质量事故的发生和三包维修费用,对提高企业的信誉和经济效益起到重要作用。

1 摇臂断裂原因分析

1.1 摇臂的结构形式

图1为轮式装载机摇臂产品图纸及爆炸分解图。

摇臂主要是由中厚板拼装焊接而成,其材料选用低合金高强度钢Q345,焊接性能优良,焊接结构牢固可靠。我公司目前采用半自动CO2气体保护焊工艺焊接。

1.2 摇臂的断裂原因分析 摇臂为焊接结构件,失效形式主要是断裂,且以在轴座处断裂现象居多,造成整个摇臂的报废。

我们根据其失效特性利用因果分析图法,将影响质量的因素:人、机器、材料、方法、测量和环境等分别标在枝干上,进行系统的整理、分析,找出了断裂的各类原因和主要影响因素。

经分析可看出,摇臂断裂的主要原因集中在人员操作、材料化学成分不合格和焊接缺陷的处理预防不当上。重点控制的是焊接缺陷的处理预防,因焊接本身是特殊过程,难以控制,而其造成缺陷则是直接导致摇臂断裂的根本原因。

1.2.1 人员操作不当 主要是焊工技术水平低,未达到焊工等级要求,焊工对所制造产品的工艺规程不熟悉,焊接参数调整不当,且监控管理机制不健全造成。另外其责任心不强,导致不严格按规程操作,甚至野蛮操作,装配时操作者调整不当,造成零件磨损甚至干涉,因此结构过早遭到破坏,最终导致断裂失效。

1.2.2 材料满足不了要求 主要是原材料、焊接材料等不达标,化学成分及有害杂质硫、磷元素超标、机械性能不达标造成,首先摇臂使用的主材为Q345钢,含碳量低,无淬硬倾向,有良好的塑性和焊接性,适用于各种焊接方法,因此碳元素含量高低影响摇臂的焊接性能。硫、磷等有害杂质超标引致热脆裂纹,最终导致摇臂整体断裂。因此,焊接结构中碳元素、有害杂质的含量直接影响焊接结构的强度。

1.2.3 焊接缺陷导致摇臂断裂 结构中断裂均有两个步骤组成,首先在缺陷尖端或应力集中处产生裂纹,然后该裂纹以一定形式扩展,最后造成结构失效破坏。大量的研究和实验表明,固体材料的实际断裂强度只有它的理论断裂强度1/10—1/1000。专家认为,在任何固体材料里本来就存在着一定数量大小的裂纹和缺陷,从而导致固体材料在低应力下发生脆性断裂。如果能使裂纹减少或者使其尺寸降低,则物体的强度便会增加。焊接裂纹缺陷是导致摇臂断裂的根本原因。摇臂焊接中产生的裂纹主要是热裂纹,因此有效控制裂纹的产生就可防止摇臂的断裂。此外,还应控制的焊接缺陷还包括未熔合未焊透、夹渣、弧坑、偏析等,他们可形成尖端应力集中,并间接形成裂纹而导致摇臂断裂。

2 采取措施预防和解决问题

2.1 人员培训考核,建立监控机制 公司建立起焊工等级考核制度,定期为焊工进行技能培训,每季度举办焊工比武大赛,比赛结果与个人收入挂钩,此方法激励焊工不断学习和改进提高自身技能,对提升产品的质量起到良好作用。除此,在焊接过程建立质量控制点进行工序跟踪和监控,我公司对摇臂焊接派质检工艺人员每4小时对操作规范进行监控记录,包括焊接电流、电压、气流量等工艺参数的记录,发现问题及时整改。建立工序岗位责任制,杜绝了违规操作、野蛮操作等现象,质量问题得到及时反馈,避免不合格品流入下道工序。严格控制各部件焊接和机械加工质量;对重要尺寸进行严格检查把关,不符合图纸和工艺要求的绝不允许进入装配工序。

2.2 材料化学成分的严格控制措施 原材料中对可能导致摇臂断裂的有害杂质硫、磷按批次化验,碳含量严格按标准下限接收,尤其对摇臂轴座的材料的化学成分严格控制,该处是圆周焊缝,熔池比较深,热影响区范围大,若杂质超标,可造成偏析,甚至产生硫化物夹杂,增加热裂纹生成的敏感性。

2.3 对产生裂纹和裂纹倾向的焊接缺陷进行预防和控制 首先焊缝产生的裂纹是防范重点,它端部应力高度集中,易扩展而使焊件破坏,热裂纹是摇臂焊接裂纹缺陷中发生频率比较高的缺陷。防止摇臂焊接出现热裂纹的措施有:①控制摇臂母材中有害杂质C、S、P含量,适当提高含Mn量,以改善焊缝组织,减少偏析,控制低熔点共晶物的生成和有害作用。②控制焊缝形状,适当提高形状系数(宽深比),避免焊缝中心偏析,适当加大了摇臂轴座坡口角度,提高形状系数。③为防止摇臂焊接产生弧坑裂纹,试验采用收弧板,同时避免在摇臂断裂线危险截面处A、B两点进行引弧或收弧。④焊接工艺方面,选择合适的焊接规范,合理的焊接次序和方向来减小焊接应力,当环境温度极低时施焊,适当采取了预热手段。

其次要预防的缺陷是未熔合和未焊透,该缺陷可导致焊缝内部产生裂纹。防止摇臂焊接出现未熔合和未焊透的措施有:①焊接摇臂时正确选择对口间隙,焊前注意坡口两侧及层间熔渣和污物的清理。②按工艺正确选择焊接规范、焊接电流、电弧电压、焊接速度。③焊接摇臂注意焊枪角度的调整,使熔合均匀且熔透。

此外,还需防止夹渣缺陷,夹渣会降低焊缝的塑性和韧性,其尖角往往造成应力集中,顶点常形成裂纹。防止摇臂焊接出现夹渣的措施有:①正确选择摇臂焊接规范,适当增加线能量,防止焊缝冷却过快,改善熔渣浮出熔池的条件。②焊前进行油污、气割残渣、锈的清理。改进坡口设计,在原基础上增加坡口角度2-3度,利于清除坡口面及层面熔渣。③提高焊接技术水平,正确、有规则地运条,搅拌熔池,促使铁水与熔渣的分离。

3 结论

3.1 公司通过对摇臂断裂的分析,制定解决问题方法并采取了预防断裂的措施,明显减少了摇臂断裂的发生,降低了三包维修费用,同时提高了装载机的可靠性。

3.2 把研究摇臂断裂问题重点放在如何防止产生裂纹和有裂纹倾向的焊接缺陷问题的预防上,使得问题简化,成效显著,它为同行业解决类似问题提供了借鉴。

参考文献:

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册:第2、3卷[M].3版.北京:机械工业出版社2007.

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[3]王文翰.焊接技术问答[M].郑州:河南科学技术出版社2007.

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