覃柱仁，侯國清，林永侖

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

淺談小噸位門架焊接變形的控制

覃柱仁，侯國清，林永侖

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西柳州545007）

小噸位門架用二氧化碳氣體保護焊進行焊接，并配以合理的焊接工藝和焊接順序，能減少焊接變形，從而減少焊后校正。對制造工藝及焊接順序進行改進，并取得良好效果。

門架；焊接變形；反變形；控制

小噸位叉車門架在焊接中存在焊接變形，且變形很難控制，嚴重的影響了門架實用強度和精度。傳統(tǒng)的工藝是先焊接再矯正，但矯正后的構(gòu)件存在附加應力，降低了構(gòu)件的實際承載能力，導致發(fā)生斷裂事故。因而要求對減少門架焊接變形進行研究，為客戶提供安全可靠的叉車門架。

1　門架的結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求

以外門架為例，門架最關(guān)鍵的是槽鋼滑道的平行度，即門架開擋最大和最小的差值為1.5mm（目前公司要求），而目標是在1mm，如圖1所示。

圖1　門架測點

2　焊接特點分析

通過收集數(shù)據(jù)，并基于ANSYS叉車外門架焊接變形有限元分析，得到外門架整體變形趨勢（如圖2示）：外門架焊接的最大變形位于中橫梁傾斜缸支耳位置，總體呈“M”型。這種焊接變形的存在，勢必導致焊后尺寸的超差，無法保證設計圖紙的要求。其主要原因有四點：槽鋼焊接前的直線度、焊接應力影響、工藝制定不合理、設計結(jié)構(gòu)不合理。

圖2　門架焊接變形有限元分析

3　門架焊接變形的控制方法[1]

在實際生產(chǎn)中，門架的焊接變形比教科書復雜，不同的門架由于外形、焊縫數(shù)量、布置及尺寸不一樣，焊接變形的變形方式和變形量也是不一樣的，采用的焊接變形控制形式也不相同。但總體上，可以從下述四點對門架進行有效控制。

（1）槽鋼來料的直線度是控制門架變形的首要條件。在槽鋼來料的直線度誤差超過允許偏差時，必然導致門架拼搭時進行強力組對，從而使門架整體產(chǎn)生應力和變形，焊接時又增加焊接變形，門架整體變形會更大，直接影響門架開襠尺寸。因此槽鋼來料的直線度必須嚴格控制，主要的預防措施是增加槽鋼直線度的在線快速檢測，對槽鋼進行一次分選，再對不合格的槽鋼增加一道校正工序。當然，槽鋼的存放及運輸必須嚴格監(jiān)控，以減少一次分選的不合格率。

（2）焊接應力［1］的影響在如圖2所示，MIX的中橫梁位置是非常明顯，焊接前后變形的最大差值就在此位置，減少此處的焊接變形是小噸位門架是否得到有效控制的關(guān)鍵。下面就介紹幾種有效控制的方法：

①增加撐桿，這是最常見又簡單的方法，就是在拼、焊工位或拼焊一體工位上對中橫梁位置進行增加限位撐桿，對一批門架進行數(shù)據(jù)收集，根據(jù)數(shù)據(jù)確定反變形量，實現(xiàn)有效的焊接反變形控制。

②減少焊縫總長度或焊接形式，例如傾斜缸支座旋轉(zhuǎn)一定的角度，或改變傾斜缸支座的結(jié)構(gòu)和焊接形式，來減少焊接應力產(chǎn)生的變形量，如表1所示。通過試驗可以知道：減少焊縫總長，在滿足設計要求的情況下，減少焊縫大小；將支座旋轉(zhuǎn)，利用有限元的矢量分解，將焊接應力的部分分解；在預變性方向用防變形貼板（如試驗編號5、6）等均可有效地控制變形。這些試驗及試驗的結(jié)論均可以為設計或工藝審查者提供有效的參考。

表1　焊接試驗

③控制中橫梁的板厚。中橫梁即是連接門架的橋梁，又是防變形的最好“輔具”，用20 mm與25mm的鋼板進行試驗，中橫梁位置的收縮量是有差異的，越厚輔助效果越好，當然成本越高，所以必須合理優(yōu)化取舍。

④焊接時間間隔。焊接時間間隔非常重要，試驗證明傾斜缸支座最后焊接是比較理想，但透過試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)焊接時間的差異對于焊后變形有一定影響。為達到控制焊接變形的目的，通常將單邊的門架除傾斜缸支座以外的焊縫完成后，立刻焊接這邊的傾斜缸支座，焊接時間間隔越短，變形越少。

（3）工藝制定的合理性［3］也是決定焊接變形的主要原因，焊接工藝的制定是焊接件大型結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的重點和難點。它不僅影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，更重要的是直接影響著產(chǎn)品的品質(zhì)。以圖2所示MN的外門架下橫梁位置為例，必須在拼搭時先將4個角的端頭焊接牢固，減少或消除焊縫長度過長而引發(fā)的焊接變形；再按圖3所示的分段退焊焊接順序進行操作；焊接方向則采用封閉焊接，焊接方向相反，成幾何的平行四邊形，這樣任意兩點的距離尺寸得到有效控制。又如門架上的滾輪軸，由于此部位的焊接件集中，變形較大，這樣就需要將部分焊接件前移或后推，因此“門架”上的滾輪軸前移變成“槽鋼”上的滾輪軸。

圖3　下橫梁焊接順序

（4）結(jié)構(gòu)設計不合理。結(jié)構(gòu)件的設計不合理是焊接件焊接變形的一個主要原因。結(jié)構(gòu)設計中焊縫數(shù)量多、焊縫截面大、焊縫位置不對稱都會使焊接變形加大。

焊縫位置盡量對稱布置，內(nèi)門架的上橫梁（如圖4）的焊縫布置，對于單根槽鋼面而言是不對稱，兩條主焊縫集中在一側(cè)，而增加一塊板后，將一側(cè)主焊縫外移，對單根槽鋼面而言是對稱，焊后的變形明顯減少。

圖4　焊縫均勻布置

在保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量，維持焊縫總長的情況下，可以適當減少對門架焊后變形影響大的焊縫，增加對門架焊后變形影響小的焊縫長度，達到控制焊接變形的目的，比如在內(nèi)門架下橫梁處進行貼板（如圖5），將內(nèi)側(cè)影響大的焊縫減少，把影響小的外側(cè)加長。

圖5　控制焊縫長度

4　結(jié)束語

焊接變形本身就是很復雜的課題。由于門架的尺寸要求高和自身焊縫分布，控制門架的焊接變形比較困難，而且門架的生產(chǎn)成本較高。只有降低產(chǎn)品的報廢率，才能提高產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟性。因此控制門架的焊接變形對提升門架的制造過程能力就顯得更為重要。以上是門架的生產(chǎn)中常采用的幾種控制焊接變形方法。通過在生產(chǎn)中的實際運用，發(fā)現(xiàn)以上幾種方法不僅可以提高生產(chǎn)效率，還能有效地控制焊接變形、提高產(chǎn)品的合格率。

［1］中國機械工程協(xié)會焊接學會．焊接手冊［M］．北京：機械工業(yè)出版社，1993．

［2］田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1996．

［3］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2010．

Dip a Small Tonnage Door Frame Welding Deformation Control

QIN Zhu-ren，HOU Gou-qing，LIN Yong-lun
（Liugong Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

The small tonnage door frame by Co2gas shielded welding，and matches by the reasonable welding procedure and welding sequence，and can reduce welding deformation，thus reducing the correction after welding. To improve themanufacturing technology and welding sequence，and achieved good results.

door frame；welding deformation；the deformation；control

TG457

A

1672-545X（2016）06-0179-02

2016-03-18

覃柱仁（1979-），男，廣西來賓人，本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)件焊接工藝工作；侯國清（1982-），男，河北滄州人，博士，工程師，主要從事焊接變形及殘余應力控制工作；林永侖（1976-），男，廣西博白縣人，本科，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)件焊接工藝工作。