直伸式高空作业车臂架焊接工艺及变形矫正

张驰劢

杭州爱知工程车辆有限公司 浙江杭州 310023

1 前言

臂架是高空作业车的重要部件，其质量直接影响高空作业车产品的可靠性和使用安全性。在设计和生产中，为了减轻整车质量和提高底盘的利用率，在保证臂架强度的前提下，材料通常选用较薄的钢板。由于钢板较薄，结构的刚性相对较差，因此薄钢板极易发生变形。在生产中，臂架自身的形位公差精度要求较高，若臂架产生变形将直接导致结构的形位公差改变，使得产品质量下降。而焊接是导致臂架产生变形的主要因素，因此，在臂架焊接过程中，必须采取相应的控制措施和焊接工艺，有效降低和减少焊接变形量。臂架形位公差如图1所示。

本文将以图2所示臂架结构为例，阐述臂架焊接变形和变形矫正。

2 臂架焊接变形原因剖析

在焊接过程中，对钢板进行的局部不均匀加热、冷却不均匀、熔敷金属的收缩、金属组织的变化以及结构的刚性大小约束等，都会导致焊接变形产生。此外，焊接顺序、焊接方法、焊接速度、输入热量大小等都是产生焊接变形的主要原因。本文中臂架结构产生的变形主要为角度变形和波浪变形。

3 臂架焊接准备

3.1 结构

如图1、2所示，臂架截面结构为四边形，由4块钢板焊接而成，其宽度为385 mm，高度为485 mm，长度为4 030 mm，板1和板2厚度均为6 mm，板3和板4厚度均为4.5 mm。

3.2 母材

臂架材料选用优质碳素结构钢Q345，钢材的淬硬倾向很小，可焊性好，焊接前不需要进行预热。

3.3 焊接电源

焊接时，采用CO2气体保护焊。这种焊接方法具有焊接质量较好、油锈敏感性小、含氢量小、抗裂性能好、适用范围广、操作简便、电流密度大、电弧热量集中、工件受热面小、变形量相对较小等优点。由于各焊接工艺参数相互影响，在选择工艺参数时必须遵循线能量与电压、电流的相互关系：

式中，q为线能量、U为电弧电压、I为焊接电流、v为焊接速度、η为热效率。根据母材的焊接性能，结合经验，选定焊接电流为180～200 A，焊接电压为22～26 V，气体流量为20～22 L/min，焊接速度为40～50 cm/min。

3.4 焊丝选择

根据等强度原则，采用XH-506焊丝，其屈服强度≥420 MPa，抗拉强度≥500 MPa，焊丝直径φ1.2 mm。

3.5 工装设备准备

采用专用装配点焊工装、焊接工装、直线焊机、矫正工装。

3.6 工件

去除工件表面油污、铁锈、水和氧化物。

4 焊接变形控制

为了减少焊接变形，应按照合理的工艺工序进行焊接，焊接工序如下：

a. 焊接时首先将图2所示的下板（板2）和两块侧板（板3和板4）刚性固定在专用装配点焊工装上，对框外进行点焊；

b. 将臂框的上板盖上，对框外进行点焊；

c. 将点焊好后的臂框从专用装配点焊工装上移下，手工对框外进行点焊加密，并打磨框外的凸出焊点；

d. 采用专用焊接工装夹具对臂框加以刚性固定，如图3所示。焊后待完全冷却后再把焊接工装移走，以减少直角度的变形；

e. 将点焊好后的臂框放置于直线焊机上，因工件可转动，故采用单边喇叭型平焊， 对框外进行焊接，待一面焊接完毕后翻身焊另一面，如图4所示；

f. 焊接时采用双枪对称焊，可有效抵消应力变形，两台焊机的工艺参数必须一致。焊接时应使焊枪对准上板（下板）与侧板间的夹角中心位置，焊枪倾斜角度不得超过5°，否则会因熔深不够而导致焊接强度不足。根据板厚可允许焊道宽度为4～7 mm，余高为1～2 mm，但不可高于板3、4的侧面；

g. 对臂架两端★尺寸范围进行角焊，如图5所示。

在保证产品焊缝质量达到要求的前提下，应正确选用较小的线能量，减小工件受热量，减少变形。

5 焊接变形的矫正措施

在实际生产中，尽管采取了各种焊接变形的控制措施，仍会存在臂架焊接变形的情况，臂架的波浪变形和平面度超差问题在臂架变形问题中显得尤为突出，直接影响了结构形位公差的精度。为达到产品的设计要求，需采用焊后矫正，常用的矫正方法主要为机械矫正和火焰矫正法。

通过对结构实际变形情况的分析，并考虑臂架板薄等因素，决定采用机械、火焰联合矫正法进行矫正。其原理是利用矫正工装把变形部位矫平刚性固定，用火焰加热，使其产生热胀冷缩，消除刚性固定的弹性，强制刚性固定使结构加热不再变形，从而达到矫平的目的。此方法适用薄板的波浪变形。

矫正时，首先采用专用平面矫正工装，对结构的变形进行调平，如图6所示。根据结构的实际变形情况，对平面矫正工装1或2施加相应大小的力F1或F2，从而实现变形处强行刚性固定。平面矫正工装为格栅型式，如图7所示。通过上面的格栅孔对所需矫正的部位用氧乙炔火焰加热，加热温度不宜过高，应控制在500 ℃～600 ℃，温度过高会使金属材料的机械性能下降，影响产品使用寿命。在矫正过程中加热温度不易测量，应通过加热区的颜色来辨别温度，颜色控制至褐红色为止，不能在同一位置反复加热。

矫正前需仔细观察和分析变形情况及变形成因，以便选择正确的加热位置。因为臂架钢板较薄，故采用点状加热法，加热以梅花形状分布，如图8所示，直径d≈15 mm，点间距a为50～150 mm，根据实际变形量大小，在能保证变形矫平的情况下，直径d取最小，点间距a取尽量大。待冷却至常温状态后，再移除平面矫正工装。通过以上合理的焊接工艺和焊后矫正，该产品能够满足设计要求。

若臂框焊接变形较大，不得不采用火焰矫正时，应特别注意以下几点：

a. 不可在臂架的同一点位置反复加热；

b. 尽可能采用低温矫正法，即加热温度尽可能低；

c. 不可用水快速冷却。

6 结语

尽管通过焊后矫正可以减少焊接变形，但焊后矫正也相应增加了结构的应力，降低了结构的承载力，因此，生产中应尽量采用合理的焊接方法和焊接工艺措施，减少焊接变形量。

[1] 贺文,张洪涛,周利.焊接工艺及应用[M].北京:国防工业出版社,2010.

[2] 田锡唐.焊接结构[M].北京:机械工业出版社,1989.

[3] 付荣柏.起重机钢结构制造工艺[M].北京:中国铁道出版社,1996.