挖掘机斗杆开裂原因分析

李志军

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545100）

斗杆是挖掘机的主要组成部分之一，承担着主要的作业任务。斗杆可靠性的保证是挖掘机正常工作的必要条件。本文结合某款挖掘机斗杆的故障分析实例，系统阐述了挖掘机斗杆故障分析基本思路和流程。对挖掘机斗杆故障原因采用断面解剖分析，结合实际生产现场查找故障原因进行了阐述，同时强调了焊接过程中焊道清根对保证焊缝熔合、焊缝组织强度的重要性。

1 故障件信息

某款斗杆在使用接近1 000 h后，前、中腹板对接焊缝附近出现板材断裂，如图1所示。

2 故障件解剖、宏观断口分析及焊缝观察

2.1 故障件、试样解剖

根据断裂处开口撕裂情况，判断中腹板附近为起始断裂处，故对中腹板进行解剖，具体解剖情况见图2。

2.2 宏观断口形貌分析

观察失效件断口，结合断裂处撕裂的开口情况，初步判断断裂始源于图3（b）红线框。此区域受到反复挤压，断口已经被磨得很光滑。断面表面无肉眼可见的宏观塑性变形，在中腹板与上翼板的角焊缝断面处可观察到存在明显的局部密集气孔，填充物表现疏松（见图 3（a））。

实测此处断口距离对接焊缝大约在25～30mm，见下图4所示。根据此处焊接工艺，可知开裂始源于清根后人工施焊的角焊缝接头与机器人施焊的角焊缝接头交汇处。由于在较小区域内焊接接头较多，导致接头处应力集中较大，在外载作用下诱变成裂纹。

2.3 焊缝端面观察及原因分析

对2#、3#样焊缝横端面进行打磨，横断面情况如图5所示。从接头熔池形貌可判断此处是单层单道焊，且在完整的接头熔合线外侧区域分布有不明的填充物（见图5中绿色图框处），即角焊缝没有将中腹板和上翼板连接在一起。

对不明填充物进行金相分析，发现此区域的组织与焊缝一致。

工艺规定在施焊对接焊缝端头附近的角焊缝时，需对此处对接焊缝端头进行清根操作，清除气刨渣和焊缝熔渣直至母材表面露出，才可进行角焊缝填充，且焊缝为单层单道焊。由于填充物金相组织与焊缝组织相同，且结合图3（a）断面存在局部密集气孔的现象，由此可推断此疏松的填充物为角焊缝清根时残留下来的气刨渣和熔渣，由于角焊缝焊接前未清除干净，角焊缝焊接时未能将其重熔导致熔渣与上翼板的结合面较弱，在外界应力作用下最终较弱结合面处被撕开导致断裂。

3 现场焊接工艺检查

3.1 清根工艺执行情况

从图6现场清根情况来看，气刨渣和焊渣并未清除干净（图6箭头处），且没有将角焊缝的端头刨掉10～30mm（图6圆圈处），与工艺卡片要求不相符。

3.2 角焊缝与对接焊缝避开情况

工艺要求在对接焊缝附近角焊缝至少50mm以上不焊，从现场看（图8）角焊缝打底焊缝普遍离对接焊缝很近，甚至已经汇集在一起，导致此处应力集中，清根时会出现打底焊缝很难被完全刨掉，从而未能将应力集中削弱或消除。

4 结论

综上所述，可知开裂起源于清根后焊接接头和角焊缝接头的交汇处；由于清根后的焊缝接头距离对接焊缝较近而导致应力集中较大，在外载作用下诱变成裂纹。同时清根时气刨渣和焊渣残留，也是导致此处开裂的原因。

5 整改措施

焊接车间对焊接机器人程序进行全面检查，避免出现打底焊缝与对接焊缝距离过小的情况。

焊接车间加强检查清根工艺纪律的执行情况，确保将气刨渣、焊渣全部清除方可再焊接，且要保证清根后的角焊缝接头与对接焊缝接头之间的距离。

对于结构突变、主要受力结构焊缝，必须保证清根后的焊缝质量。

6 结束语

本文通过对挖掘机斗杆开裂故障分析主要流程的阐述，点到了斗杆开裂故障分析中应关注的要点。并通过对故障件采用剖面分析、现场调查方法查找故障原因，查找到了斗杆开裂故障原因，极大地提高了开裂故障分析的效率，为后续同类产品的开裂故障分析、控制措施实施提供了很好的参考。