撰文/王應(yīng)軍

■廈門廈工機(jī)械股份有限公司

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某機(jī)型挖掘機(jī)動(dòng)臂故障分析與改進(jìn)

撰文/王應(yīng)軍

■廈門廈工機(jī)械股份有限公司

針對(duì)某機(jī)型挖掘機(jī)動(dòng)臂典型結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)市場(chǎng)使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障情況對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行切割分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)降低市場(chǎng)結(jié)構(gòu)件的故障率，提高客戶滿意度具有重要意義。挖掘機(jī)；動(dòng)臂；前叉；后支撐；焊縫開(kāi)裂

動(dòng)臂是挖掘機(jī)在工作過(guò)程中直接承受荷載的主要受力部件，動(dòng)臂的損壞通常既要承受疲勞荷載，還要承受沖擊荷載，雖然在實(shí)際工作中工作應(yīng)力沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)條件的許用應(yīng)力，但由于長(zhǎng)期的交替荷載變化對(duì)工件造成損壞，同時(shí)由于客戶在使用中的不規(guī)范操作，使動(dòng)臂的使用壽命大為縮短，動(dòng)臂開(kāi)裂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。為了徹底了解故障的原因，從動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)型式，開(kāi)裂部位的外部狀況和內(nèi)在因素分析結(jié)構(gòu)件發(fā)生破壞的特征，揭示破壞的原因，從工藝與設(shè)計(jì)方面提出解決方法，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高結(jié)構(gòu)件的使用性能。本文對(duì)該結(jié)構(gòu)件故障原因進(jìn)行分析，提出改進(jìn)措施。

動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)形式

動(dòng)臂屬于對(duì)稱的箱型結(jié)構(gòu)，由上蓋板、下蓋板、左右側(cè)板、前叉與后支撐組成，如圖1所示， 材質(zhì)均為焊接性能良好的低碳合金高強(qiáng)度鋼Q345B

圖1?、偾安?②左右側(cè)板 ③下蓋板④上蓋板 ⑤后支撐

故障件現(xiàn)象描述

某機(jī)型挖掘機(jī)動(dòng)臂出現(xiàn)故障，從市場(chǎng)返回結(jié)構(gòu)件外觀看，①前叉?zhèn)劝迮c③下蓋板出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂情況、⑤后支撐上蓋板與④后段上蓋板截面突變處出現(xiàn)焊縫與母材開(kāi)裂情況。為了了解結(jié)構(gòu)件開(kāi)裂的具體原因，對(duì)動(dòng)臂開(kāi)裂部位進(jìn)行切割并進(jìn)行酸洗觀看焊縫內(nèi)部情況。

a外觀

①前叉開(kāi)裂情況（圖2）

后支撐開(kāi)裂情況（圖3）

b內(nèi)部

對(duì)前叉與后支撐開(kāi)裂部位切割發(fā)現(xiàn)：①前叉內(nèi)部加強(qiáng)板母材本身開(kāi)裂、加強(qiáng)板與前叉?zhèn)劝暹B接焊縫兩邊整條出現(xiàn)開(kāi)裂（圖4、圖5），同時(shí)隔板內(nèi)部圓孔邊出現(xiàn)放射狀裂紋（圖6），經(jīng)對(duì)加強(qiáng)板與側(cè)板連接焊縫切割發(fā)現(xiàn)隔板熔深只有1mm（圖7），故判定前叉外部焊縫開(kāi)裂是由內(nèi)部隔板焊縫與母材開(kāi)裂引起的。

圖4　

圖5　

圖6　

圖7　

②后支撐內(nèi)部隔板角焊縫偏焊，熔深僅1mm左右（圖8），內(nèi)部隔板出現(xiàn)整條角焊縫開(kāi)裂，外部后支撐上蓋板拐角處只是微裂，故判定后支撐上蓋板和角焊縫開(kāi)裂是內(nèi)部隔板焊縫先裂后引起的（圖9）

圖8　

圖9　

c原因分析

①由于現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有焊接前叉與后支撐的專用焊接變位機(jī)，焊接前叉與后支撐時(shí)平放置在地板上，在工藝上只能采用采用角焊縫焊接，，導(dǎo)致前叉與后支撐內(nèi)部隔板偏焊熔深不足，焊腳尺寸不夠，使內(nèi)部焊縫開(kāi)裂。②由于客戶在使用過(guò)程中的不規(guī)范操作，如掃平、撞擊等力度太大，導(dǎo)致前叉與后支撐內(nèi)部加強(qiáng)板產(chǎn)生頻繁的扭曲變形，使前叉與后支撐內(nèi)部焊縫開(kāi)裂。③前叉與后支撐內(nèi)部圓孔直徑太大，消弱了動(dòng)臂前叉與后支撐截面的抗扭能力。④前叉加強(qiáng)板孔邊緣的放射狀裂紋，表明加強(qiáng)板強(qiáng)度不足，使加強(qiáng)板與側(cè)板焊縫開(kāi)裂。⑤后支撐上下蓋板外側(cè)上下蓋板形狀突變，成為應(yīng)力集中點(diǎn)，當(dāng)內(nèi)部焊縫開(kāi)裂后，后支撐在截面突變處開(kāi)裂（圖10）。

圖10　

d處理措施

①制作專用的前叉（圖11）與后支撐（圖12）專用焊接變位機(jī)，對(duì)焊接工藝進(jìn)行變更，由角焊縫改為船型焊，即保證熔深又保證焊縫尺寸（圖13）

圖11　前叉焊接變位機(jī)

圖12　后支撐焊接變位機(jī)

圖13　切割酸洗后

②為了增加前叉與后支撐的強(qiáng)度，將前叉與后支撐的內(nèi)部加強(qiáng)隔板板厚由12mm增至16mm，焊縫尺寸由8*8mm增至更改為12*12mm，同時(shí)將加強(qiáng)隔板中間圓孔孔徑由?200mm縮減至?100mm 。③為了增加前叉與后支撐的整體抗扭強(qiáng)度，在前叉（圖14）與后支撐（圖15）側(cè)面增加8mm的加強(qiáng)貼板，減少動(dòng)臂動(dòng)作頻繁引起的發(fā)生變形。④為了減少后支撐上下蓋板結(jié)構(gòu)突變引起的應(yīng)力集中，在后支撐應(yīng)力突變處增加4塊加強(qiáng)板（圖16）。

圖14　前叉加強(qiáng)板

圖15　后支撐加強(qiáng)板

圖16　截面突變處加強(qiáng)板

⑤在工藝上對(duì)后支撐的裝配與焊接順序進(jìn)行變更，由原來(lái)的上下蓋板、左右側(cè)板與隔板整體裝配后焊接改為：先裝配后支撐上下蓋板與左右側(cè)板，然后對(duì)內(nèi)部焊縫進(jìn)行焊接，再按裝配內(nèi)部隔板，最后在專用后支撐焊接變位機(jī)上完成隔板焊縫的焊接（圖17）。

圖17　后支撐工藝改善

⑥對(duì)后支撐截面突變處的4塊加強(qiáng)板，為了保證與側(cè)板邊緣的融合，工藝上采用X型350坡口，鈍邊2mm，焊接時(shí)先對(duì)上面焊縫打底焊接，然后反面清根，保證根部焊縫熔合，再采用多層多道焊，兩面交替施焊的順序，以使每側(cè)引起的變形最后都得以抵消。焊接時(shí)板邊端頭與側(cè)板邊緣焊縫要適當(dāng)延長(zhǎng)，保證與側(cè)板光滑過(guò)度，焊接完成后打磨平整，避免形成新的應(yīng)力集中點(diǎn)。⑦由于顆粒過(guò)渡焊接的電弧穿透能力強(qiáng)，電弧穩(wěn)定，焊縫成型好，熔深大，可以提高力學(xué)性能，因此該動(dòng)臂前叉與后支撐內(nèi)部焊縫采用顆粒過(guò)渡焊接。⑧焊接工藝參數(shù)確定：采用CO2氣體保護(hù)焊，焊絲采用JM-58焊絲，焊絲直徑φ1.2mm.焊接電壓34-38V，焊接電流350-400A。

結(jié)論

目前，這些改進(jìn)在后續(xù)結(jié)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中已經(jīng)完全實(shí)行，改進(jìn)后的整機(jī)結(jié)構(gòu)件使用良好，使用過(guò)程中的安全性和可靠性大大提高，從市場(chǎng)用戶使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)來(lái)看，改善后的結(jié)構(gòu)件使用時(shí)間比原來(lái)提升3倍，結(jié)構(gòu)件故障率明顯降低，得到了廣大用戶的認(rèn)可，提高了用戶對(duì)本產(chǎn)品的滿意度。

參考：

［1］姜煥中.電弧焊及電渣焊.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

［2］黃祥金.某型挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)支座焊縫開(kāi)裂原因分析.工程機(jī)械，2013（5）.

作者簡(jiǎn)介：

王應(yīng)軍（1970-），男，福建廈門人，工程師，學(xué)士，研究方向：焊接質(zhì)量控制。