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        桁架臂臂頭主弦管與接頭焊接工裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2015-12-01 00:57:26武太斌李新群孫躍
        金屬加工(熱加工) 2015年20期
        關(guān)鍵詞:焊接工施焊滾輪

        武太斌 李新群 孫躍

        桁架臂臂頭主弦管與接頭焊接工裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        武太斌 李新群 孫躍

        臂頭結(jié)構(gòu)是履帶起重機(jī)的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)件之一,其焊接質(zhì)量與起重機(jī)整機(jī)的安全性能息息相關(guān)。為保證臂頭結(jié)構(gòu)使用性能和整體穩(wěn)定性,在主弦管與接頭的連接焊縫接頭處需要獲得較高的強(qiáng)度和良好的韌性,通過(guò)對(duì)其相關(guān)焊接工裝進(jìn)行設(shè)計(jì),便于焊縫質(zhì)量的有效控制,避免了焊接缺陷的產(chǎn)生,對(duì)臂頭的質(zhì)量提升具有一定的指導(dǎo)意義。

        1. 概述

        隨著工程機(jī)械行業(yè)的高速發(fā)展,為滿足產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)性能與安全設(shè)計(jì)要求,結(jié)構(gòu)件焊縫質(zhì)量的保證已成為產(chǎn)品綜合性能進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素。

        如圖1所示,臂頭作為履帶起重機(jī)的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)件之一,為保證該焊接結(jié)構(gòu)件的可靠性能,其主弦管與接頭均是采用高強(qiáng)鋼作為設(shè)計(jì)規(guī)范,兩者連接焊縫的質(zhì)量會(huì)直接影響起重機(jī)整機(jī)的安全性能。針對(duì)該連接焊縫的現(xiàn)有的質(zhì)量問(wèn)題,公司通過(guò)進(jìn)一步的分析和優(yōu)化,提出了合理的焊接工裝設(shè)計(jì)方案,有效地提高了相關(guān)焊縫的質(zhì)量,最大程度地滿足了臂頭結(jié)構(gòu)的使用要求。

        2. 焊接質(zhì)量問(wèn)題

        作為與其余臂架連接的主要部位,對(duì)于主弦管與接頭的對(duì)接焊縫質(zhì)量一般有著比較高的要求。為保證主弦管與接頭連接焊縫的質(zhì)量,并降低臂頭整體焊接

        時(shí)的難度,進(jìn)一步提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,在臂頭結(jié)構(gòu)實(shí)際生產(chǎn)時(shí),主弦管與接頭需要在臂頭整體拼點(diǎn)之前完成對(duì)接,即兩個(gè)零部件一般作為組件預(yù)先完成拼點(diǎn)焊接,以進(jìn)一步減少因焊接操作難度的提升而導(dǎo)致的焊接缺陷。

        圖1 臂頭結(jié)構(gòu)

        針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施焊情況,該焊縫主要存在下述質(zhì)量問(wèn)題:①焊縫易形成凸形焊道并產(chǎn)生裂紋。②焊縫成形面比較粗糙,影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。③其他焊接缺陷:如咬邊、焊瘤、氣孔及夾渣等。

        3. 影響因素分析

        通過(guò)對(duì)臂頭生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施焊情況進(jìn)行跟蹤了解,結(jié)合現(xiàn)有焊接工藝方案,針對(duì)主弦管與接頭對(duì)接焊縫現(xiàn)有的焊接質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,問(wèn)題產(chǎn)生原因如下。

        受臂頭自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式的影響,其主弦管與接頭組件的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示,其端面結(jié)構(gòu)形式不規(guī)則,利用現(xiàn)有滾輪架焊接專機(jī)無(wú)法單獨(dú)進(jìn)行施焊。針對(duì)這種情況,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一般采取以下兩種措施進(jìn)行解決:一種是對(duì)焊縫進(jìn)行平焊填充,手動(dòng)對(duì)單個(gè)組件進(jìn)行施焊;另一種是利用工藝支撐對(duì)組件進(jìn)行組對(duì)(見(jiàn)圖3),以完成在滾輪架焊接專機(jī)上的半自動(dòng)施焊。

        上述兩種方式在生產(chǎn)時(shí)均具有一定的可行性,經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際焊接情況的跟蹤比較,我們發(fā)現(xiàn):首先,前者通過(guò)對(duì)焊縫進(jìn)行手動(dòng)平焊填充完成焊接,與后者相比雖然減少了工藝支撐的搭接時(shí)間,但由于沒(méi)有滾輪架焊接專機(jī)的輔助,焊接操作效率并沒(méi)有顯著的提高,反而由于采用平焊填充方式,焊縫的成形表面比較粗糙,外觀質(zhì)量比較低(見(jiàn)圖4),且容易產(chǎn)生焊接缺陷,進(jìn)一步影響產(chǎn)品的整體可靠性能;其次,后者為了減少焊接時(shí)間、保證對(duì)接焊縫的成形質(zhì)量,利用滾輪架焊接專機(jī)進(jìn)行組對(duì)焊接,雖然降低了焊接缺陷的產(chǎn)生概率,但在對(duì)該組件進(jìn)行焊前組對(duì)時(shí)需要保證兩者的同軸度,而臂頭所屬主弦管的不規(guī)則形狀無(wú)形中提高了組對(duì)時(shí)工藝支撐的搭接難度,進(jìn)而降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率,與此同時(shí)焊接完成后對(duì)工藝支撐進(jìn)行氣割去除時(shí),在主弦管內(nèi)部時(shí)常留有工藝支撐的氣割余量,在給生產(chǎn)造成成本浪費(fèi)的同時(shí)影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

        4. 焊接工裝的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        為了保證履帶起重機(jī)臂頭焊接質(zhì)量,提高產(chǎn)品可靠性能,針對(duì)上述問(wèn)題,我們對(duì)現(xiàn)有焊接操作方案進(jìn)行了分析和優(yōu)化,設(shè)計(jì)一種相應(yīng)的輔助焊接工裝,有效地解決臂頭主弦管與接頭的類似焊接問(wèn)題。

        (1)工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在對(duì)履帶起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),接頭形式主要有三種:?jiǎn)谓宇^、雙接頭、三接頭;結(jié)合總體優(yōu)化后的方案理念,我們將最終改進(jìn)的臂頭主弦管與接頭對(duì)接焊縫焊接工裝分為兩類:雙接頭方案和單、三接頭共用方案,實(shí)際生產(chǎn)時(shí),該焊接工裝需要結(jié)合滾輪架焊接專機(jī)輔助工件轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行半自動(dòng)施焊,其工作狀態(tài)如圖5所示。

        兩種方案對(duì)應(yīng)的焊接工裝結(jié)構(gòu)如圖6所示。

        該焊接工裝主要由螺栓、中間隔板或雙側(cè)夾板、銷軸、壓板等幾部分組成,主要是為了實(shí)現(xiàn)臂頭主弦管與接頭組件的快速組對(duì)及高效焊接,圖示兩種工裝結(jié)構(gòu)基本相同,區(qū)別之處在于根據(jù)接頭樣式的不同改變的定位方式,設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)臂頭接頭形式選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方案,結(jié)合接

        頭外形尺寸,選用合適的中間隔板厚度或雙側(cè)夾板間距以及穿軸孔徑,并對(duì)相應(yīng)的螺栓孔合理布置,初定工裝各零部件外形尺寸,進(jìn)一步完成工裝的整體方案設(shè)計(jì)。

        圖3 工藝支撐搭接焊接

        圖4 平焊填充焊接效果

        圖5 工裝焊接工作狀態(tài)

        圖6 焊接工裝結(jié)構(gòu)

        工裝具體操作過(guò)程如下:

        第一,根據(jù)產(chǎn)品尺寸調(diào)整兩個(gè)滾輪架的間距至對(duì)應(yīng)尺寸。

        第二,按照設(shè)計(jì)尺寸要求,將臂頭主弦管與接頭拼點(diǎn)定位成組件。

        第三,根據(jù)工裝設(shè)計(jì)要求選取對(duì)應(yīng)的工裝零部件,結(jié)合實(shí)際選用的工裝方案,將臂頭主弦管與接頭組件兩兩組對(duì)裝配(見(jiàn)圖7)。

        首先是雙接頭方案(見(jiàn)圖5~圖7右圖),裝配時(shí)雙接頭之間放置中間隔板,并穿銷軸加以定位,兩側(cè)采用壓板固定,使用螺栓將中間隔板與壓板鎖緊,保證兩組件之間的同軸度,同時(shí)通過(guò)螺栓鎖緊時(shí)的拉力對(duì)銷軸施以一定的預(yù)緊力,以增加銷軸與工件及工裝之間的摩擦力,防止施焊時(shí)銷軸脫落,避免安全事故的發(fā)生。

        其次是單、三接頭方案(見(jiàn)圖5~圖7左圖),使用方法與雙接頭方案基本相同,區(qū)別之處在于定位方式的轉(zhuǎn)變,為了焊接時(shí)工裝的整體穩(wěn)定性能,在該方案中使用的是雙側(cè)夾板夾緊、再穿銷軸定位,使用螺栓分別對(duì)將兩側(cè)夾板與壓板進(jìn)行鎖緊。

        第四,組對(duì)裝配完成后,將裝配后的組件吊運(yùn)至調(diào)整好的滾輪架上,放置平穩(wěn)(見(jiàn)圖5)。

        第五,啟動(dòng)滾輪架焊接專機(jī),按照焊接工藝開(kāi)始對(duì)臂頭主弦管與接頭的對(duì)接焊縫進(jìn)行半自動(dòng)施焊。

        第六,焊接完成后,先將組件吊離滾輪架,再將該焊接工裝取下留待下次使用,工件自動(dòng)轉(zhuǎn)入下道工序。

        (2)工裝應(yīng)用效果 通過(guò)對(duì)工裝使用效果的跟蹤確認(rèn),可以發(fā)現(xiàn)焊接工裝的使用最大程度的減少了組對(duì)時(shí)的人為誤差,保證了組對(duì)時(shí)兩組件的同軸度,有利于減少焊接缺陷的產(chǎn)生,提高了焊縫的焊后質(zhì)量。使用該工裝可以減少焊接準(zhǔn)備時(shí)間,調(diào)整較為方便,在降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)還可以提高工作效率;此外,利用焊接工裝可以得到較好的焊縫成形表面(見(jiàn)圖8),對(duì)提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量有著顯著的作用,是一種行之有效的方案。

        圖7 組對(duì)裝配剖視

        圖8 焊接效果

        武太斌等,徐工機(jī)械建設(shè)機(jī)械分公司(履帶吊廠)工藝技術(shù)研究所。

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