■ 閆章建，李勇，徐宗磊，胡傳峰，李新華，王國帥，王慶

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1. 概述

翼板作為推土機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件之一，屬于推土機(jī)地板翼板總成部分，是推土機(jī)裝配關(guān)系最為復(fù)雜的幾個(gè)結(jié)構(gòu)件之一。SD16標(biāo)準(zhǔn)型推土機(jī)翼板分為左翼板和右翼板，其主體框架是板厚為6mm的薄板。薄板焊接變形具有復(fù)雜性、多元性的特點(diǎn)，是國內(nèi)外焊接制造的一個(gè)技術(shù)難題。本文針對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，對(duì)翼板焊接變形進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行反變形處理，優(yōu)化焊接順序，較好地解決了焊接變形的問題。

2. 焊接變形的種類

焊接過程中焊件產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。隨著溫度的下降，變形一直在進(jìn)行，直到溫度變?yōu)槭覝兀冃乌呌诜€(wěn)定。此時(shí)殘留的變形稱之為焊接殘余變形。焊接殘余變形我們可以分為兩大類：整體變形和局部變形。

（1）整體變形 橫向收縮變形：焊接后沿垂直焊縫軸線方向的尺寸收縮。焊接熱輸入、裝配間隙和接頭形式等是產(chǎn)生橫向收縮變形的主要影響因素。

當(dāng)兩板自由對(duì)接、焊縫不長、橫向沒有約束時(shí)，橫向收縮變形量要比縱向的大得多。

縱向收縮變形：焊件沿焊縫長度方向上尺寸的收縮，隨焊縫長度的增加其收縮量也增加。另外，還有其他影響因素，如焊件的截面積、焊接熱輸入、焊接工藝等。

彎曲變形：如果焊件上的焊縫不位于焊件的中性軸上，并且相對(duì)于中性軸不對(duì)稱（上下、左右），則焊后焊件將會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。

（2）局部變形 角變形：焊接時(shí)，因焊接區(qū)沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉(zhuǎn)變形稱為角變形。角變形的大小通常與坡口形式、焊接層數(shù)、焊接方法等有關(guān)。

波浪變形：焊后構(gòu)件產(chǎn)生形似波浪的變形稱為波浪變形。這種變形主要發(fā)生在板厚較小（6～8mm以下）的情況。薄板對(duì)接焊后，存在于板中的內(nèi)應(yīng)力，在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開焊縫較遠(yuǎn)的兩側(cè)區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力，如壓應(yīng)力較大，平板失去穩(wěn)定就產(chǎn)生波浪變形

3. 焊接變形產(chǎn)生的原因

焊接應(yīng)力影響、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、工藝制定不合理等因素都是產(chǎn)生焊接變形的原因。焊接變形量的大小受到焊接加工過程中的各種工藝流程和參數(shù)的影響，是一個(gè)十分復(fù)雜的形成過程。

（1）焊接應(yīng)力 焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理 這也是產(chǎn)生焊接件變形的一個(gè)主要原因。設(shè)計(jì)中采用較多的拼接結(jié)構(gòu)，焊縫數(shù)量多、焊縫截面大、焊縫位置不對(duì)稱等都會(huì)使焊接變形加大。

（3）工藝制定不合理 焊接工藝的制定應(yīng)充分考慮各種影響因素，如工藝參數(shù)的選擇、生產(chǎn)效率、工藝實(shí)施的難易程度、成本及質(zhì)量的可控性等。因此，焊接工藝的制定要求工藝設(shè)計(jì)者有豐富的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)設(shè)備、操作者水平及工裝情況制定合適的工藝方案，進(jìn)而生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。

4. 推土機(jī)翼板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于左右翼板結(jié)構(gòu)類似，我們以SD16標(biāo)準(zhǔn)型左翼板為例進(jìn)行分析。左翼板由24個(gè)零件組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，圖1為SD16標(biāo)準(zhǔn)型左翼板的三維模型。

5. 翼板控制焊接變形的工藝措施

（1）焊前控制 下料應(yīng)盡量避免采用火焰切割，采用等離子切割時(shí)應(yīng)在滿足質(zhì)量要求的前提下選擇盡量快的切割速度。如果條件允許，可以采用激光切割，由于激光切割能量更為集中，相比于其他兩種熱切割方式，可大大減少變形程度。

薄板件切割完畢后、成形前必須進(jìn)行校平，提前釋放內(nèi)應(yīng)力，以防止后道工序中應(yīng)力累加或釋放而產(chǎn)生變形。折彎時(shí)應(yīng)注意刀具和下模的選用和調(diào)整，以減少因刀具、下模本身彎曲、不匹配而造成的波浪變形。

圖1 翼板三維模型

（2）工裝剛性固定 搭焊平臺(tái)：框架結(jié)構(gòu)承受焊接變形的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于平面結(jié)構(gòu)，因此采用單件間點(diǎn)焊的方式使工件形成一個(gè)牢固的框架結(jié)構(gòu)，這樣可以大大提高剛性進(jìn)而提高抗變形能力。翼板也是如此，點(diǎn)固完成框架結(jié)構(gòu)后，選擇合適尺寸的方管、槽鋼、板條等做工藝筋進(jìn)行固定。

變位機(jī)：焊接變位機(jī)可以根據(jù)需要改變工件的空間位置，使焊縫處于最佳焊接狀態(tài)，在大大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)還可以保證焊縫質(zhì)量和焊接工藝性。圖2是推土機(jī)翼板在焊接時(shí)所使用的焊接變位機(jī)模型。

夾具：為了保證位置的固定不變，還需要有效地夾緊，以提高工件抵抗變形的能力。因此推土機(jī)翼板在生產(chǎn)中還需使用各種通用夾具（如C形夾、F鉗）和專用夾具，保證焊接的精確性和可靠性。

（3）反變形措施 此種方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先判斷焊接變形趨勢，在焊接前制造一個(gè)變形，使得這個(gè)變形量與焊后的變形方向相反且變形量基本相等。經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，翼板在圖1中A、B、C三處L形筋板附近變形較嚴(yán)重，形成波浪變形，難以校形，故采取反變形措施加以控制：A、B處墊上6mm墊塊，C處墊上12mm墊塊，通過弓形夾固定，如圖3所示。

圖2 推土機(jī)翼板焊接變位機(jī)

（4）焊接順序優(yōu)化 翼板是不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，整體呈L型，輔以6個(gè)L型筋板、腹板、蓋板以及一些小件，焊縫縱橫交錯(cuò)、截面大，特別是幾個(gè)L型筋板對(duì)焊接變形影響較大。經(jīng)過多次試驗(yàn)，把L型翼板分為A、B兩面。焊接時(shí)先焊A面（見圖4），焊接要求從左至右依次焊接，焊接筋板時(shí)僅焊接筋板與A面結(jié)合處；然后通過變位機(jī)旋轉(zhuǎn)工件至圖5所示位置，然后從右往左依次焊接各件，焊接筋板時(shí)僅焊接筋板與B面結(jié)合處。最后剩余各處按照?qǐng)D樣要求焊接。這樣安排焊接順序最大程度減小焊接變形，經(jīng)實(shí)際測量，平面度基本控制在2mm以內(nèi)，達(dá)到了圖樣要求。

圖3 翼板反變形位置

圖4 筋板的焊接

圖5 筋板的焊接

6. 結(jié)語

通過對(duì)下料、成形等過程的控制，并結(jié)合工裝保證焊前尺寸精度；通過采取反變形及優(yōu)化焊接順序等工藝措施有效地控制焊接變形，保證產(chǎn)品較高的合格率，減少了焊后校形時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。