壓路機主機架后橋板組焊變形控制研究

趙成科，張瑞臣，李德明，王應(yīng)品

山推工程機械股份有限公司 山東濟寧 272000

1 序言

壓路機隸屬工程機械道路機械范疇，在基礎(chǔ)建設(shè)中有著舉足輕重的地位，它廣泛適應(yīng)于高等級公路、鐵路、機場跑道等大型工程項目的填方壓實作業(yè)?？梢阅雺荷承浴胝承约罢承酝寥?、路基定土、碎石、碎石混合料及瀝青混凝土路面層，與其他工程機械的有效協(xié)同能最大限度地發(fā)揮機械效率。

主機架、前機架和激振鋼輪為壓路機三大關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，均采取板材焊接結(jié)構(gòu)，其中主機架承擔著動力單元、傳動單元、行走單元和整個上車系統(tǒng)的安裝支撐作用，可見其關(guān)鍵性[1]，主要由前鉸接支座、機架主體板、后橋板、后面板等構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 主機架結(jié)構(gòu)示意

2 結(jié)構(gòu)特點及現(xiàn)狀分析

后橋板為壓路機驅(qū)動橋的安裝位置，壓路機通過發(fā)動機→變速箱→驅(qū)動橋→后輪，把動力傳遞至末端，帶動整機行走滿足工況要求，裝配采取8個10.9級M24×240mm的螺栓把驅(qū)動橋安裝緊固到后橋板上。后橋板承載行走反作用力及工況振動帶來的沖擊，對橋板平面度及螺栓安裝要求較高，具體要求為：兩側(cè)橋板平面度≤1mm，孔距為±0.5mm；與之配合的驅(qū)動橋為外購件，驅(qū)動橋安裝面平面度為0.3mm，對中度為1mm。

經(jīng)查閱國標及企標Q/STB 12.520.13—2000焊合件尺寸的極限偏差中表面變形偏差板厚＞25~40mm，尺寸100~200mm，變形量精級為1mm要求[2]。目前山推工程機械股份有限公司中大機型后橋板面采取整體組焊后進行銑面加工來滿足要求，工時定額為80min，需要調(diào)轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)，工序操作復雜。高產(chǎn)時該工序為生產(chǎn)瓶頸，是否可以采取合理的組焊工藝方措施，實現(xiàn)取消后橋板焊后銑面加工工序，是擺在工藝人員面前的棘手問題。

3 工藝優(yōu)化探討

3.1 工藝現(xiàn)狀

機架的組焊工藝流程較簡單，一般為小件樣板組焊→工裝組對→焊合→二次組焊→修磨焊補→矯形→（檢查）→劃線→鉆孔→橋板銑面→涂裝→裝配。橋板在工裝上進行組對，組對后進行平面度確認，平面度在0.3~1mm之間，存在個別組對異常情況，基本能滿足技術(shù)要求。焊接工序為機器人自動焊、人工變位機焊接并行，機器人采取船形焊，人工采取多層多道焊的工藝方法，橋板的焊接沒有固定的焊接順序，平面度為0.5~2mm不等，工序質(zhì)量不穩(wěn)定。

3.2 工藝優(yōu)化

針對上述的工藝現(xiàn)狀，通過對公司主機架及后橋板結(jié)構(gòu)研究并結(jié)合框架式大型結(jié)構(gòu)件焊接變形控制原理進行分析，引起焊接變形的原因主要是隨著電弧熱量輸入導致板材內(nèi)應(yīng)力重新分布最終達到內(nèi)部應(yīng)力平衡穩(wěn)定后的狀態(tài)表現(xiàn)[3]。工藝技術(shù)人員針對此種現(xiàn)象、大膽創(chuàng)新，聯(lián)合焊接技師根據(jù)實踐經(jīng)驗進行專項質(zhì)量攻關(guān)，通過反變形、優(yōu)化焊接工藝以及結(jié)構(gòu)的剛性工藝支撐等工藝措施來抑制減少機架及后橋板的變形量，決定對現(xiàn)場橋板變形量較大的某26t機型進行工藝試驗，探索出有效控制焊接變形的工藝方案。針對橋板焊接工序具體工藝措施見表1。

表1 工藝優(yōu)化對策

3.3 現(xiàn)場實施及效果確認

（1）現(xiàn)場實施 方案一：采取反變形措施，為針對后橋板與側(cè)板內(nèi)側(cè)接觸點位置采取四柱壓力機進行1~2mm的預變形，焊接過程中仍然執(zhí)行原工藝手段。

方案二：優(yōu)化焊接先后順序，并針對高強板Q460C材料的焊接特性，經(jīng)過現(xiàn)場工藝試驗評定[4]，采用φ1.2mm的ER50-6焊絲，80%Ar+20%CO2氣體保護焊接，考慮到母材為中厚板材，焊接電流設(shè)置為280~310A，電弧電壓為31~35V。在室溫低于5℃時，采取預熱100~150℃，同時優(yōu)化了焊接順序，如圖2所示。

焊接采取機器人全位置船形焊形式，并根據(jù)后橋板內(nèi)外側(cè)結(jié)構(gòu)，橋板在主體側(cè)板兩邊不居中，偏向外側(cè)，結(jié)構(gòu)上外側(cè)有兩個立板進行支撐，內(nèi)側(cè)由于空間限制沒有筋板支撐，采取優(yōu)化施焊順序為：兩端定位焊→內(nèi)側(cè)焊縫焊接→外側(cè)筋板焊接（側(cè)板部位）→橋板與主體側(cè)板焊縫焊接→外側(cè)筋板焊接（橋板部位）的跳焊順序，焊后緩冷至室溫，減少其因熱輸入導致的焊接變形。

圖2 焊接順序

方案三：增加內(nèi)部及橋板組焊剛性工藝支撐，由于主機架長度約4000mm，寬僅900mm，中間由于裝配發(fā)動機、變速箱及驅(qū)動橋等部件，產(chǎn)品上無法實現(xiàn)連接式筋板，導致機架中間橋板部位無任何工藝支撐限制，變形量大，為改善焊接變形，經(jīng)研究內(nèi)部采取雙螺柱伸縮式支撐工藝筋，同時采取反變形增大機架檔距5~8mm，同時為保證橋板平面度，采取連接式剛性工藝支撐，如圖3所示。措施為在內(nèi)側(cè)增加工藝支撐的同時，在橋板面上增加剛性工藝支撐。

圖3 工藝筋支撐

（2）效果確認 分別進行5臺工藝試驗，根據(jù)生產(chǎn)計劃對三種工藝措施的實施工件進行了全程跟蹤，并采取三坐標測量機進行后橋板平面度的檢測。具體跟蹤數(shù)據(jù)見表2，通過平面度、合格率、平均值三組數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化焊接順序效果優(yōu)于其他兩種工藝措施，合格率100%，平均值0.7mm也是最優(yōu)。

（3）批量驗證 為進一步驗證優(yōu)化焊接順序工藝措施的可靠性，按照此工藝方法進行近一段時間7種機型100余臺批量生產(chǎn)驗證，并針對機架整體焊接收縮量進行了全面的收集，具體實施方案如圖4所示。

表2 平面度測量數(shù)據(jù)表

圖4 實施方案

通過機架主體側(cè)板內(nèi)檔尺寸A、B、C位置以及后橋板位置D、E尺寸，組對后，焊接后相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，同時進行后橋板平面度組對后、焊接后數(shù)據(jù)的檢測。發(fā)現(xiàn)A、C兩端由于結(jié)構(gòu)特點限制，均出現(xiàn)正常收縮變形，B、D、E點為敞開式結(jié)構(gòu)，組焊工藝采取內(nèi)撐筋反變形，檔距普遍存在向外側(cè)變形的情況，整體尺寸收縮＜2mm，A、B、C各點稍有差別，波動不大，組焊精度穩(wěn)定；同時后橋板組對及焊后平面度較穩(wěn)定，精度滿足裝配要求。

通過后橋板組焊過程的跟蹤及變形量數(shù)據(jù)的收集，后橋板平面度滿足技術(shù)要求，通過相關(guān)部門人員評審進行小批量裝配工藝試驗驗證，裝配后針對橋板與驅(qū)動橋裝配間隙進行了測量確認，滿足裝配要求。同時根據(jù)機架組焊前后收縮量分析數(shù)據(jù)，采取預留變形量工藝措施，優(yōu)化設(shè)計了整體組對工裝，如圖5所示。首先改進后的組對工裝采取以鉸接支座中心孔進行定位，主體側(cè)板內(nèi)檔定位及吊裝翻打設(shè)計結(jié)構(gòu)，簡便易操作；前后采取前定位后頂緊形式，做到4種機型的通用需求及伸縮頂緊并增加風槍操作需求，降低人員勞動強度；其次增加后橋板孔定位裝置以及焊接以孔定位的隨行工藝筋，控制橋板平面度及后橋安裝孔距，后橋板孔的焊前單件加工，以此實現(xiàn)后橋板焊后不再加工，進一步優(yōu)化工藝流程，最終實現(xiàn)制造費用的降低及生產(chǎn)效率的提升。

圖5 組對工裝優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意

4 結(jié)束語

隨著主機架及后橋板焊接變形的控制研究，積極推進大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝研究。該工藝優(yōu)化緊緊圍繞如何抑制減少焊接熱輸入、焊接順序及工藝參數(shù)實現(xiàn)對焊接變形量的控制，并通過相關(guān)工藝措施進行逐一實施驗證，最終采取優(yōu)化焊接工藝流程及工藝參數(shù)的方式解決了機架后橋板組焊平面度的問題，取消后橋板焊后銑面加工工序，節(jié)約工序工時80min，實現(xiàn)工藝降本約184元/臺。同時通過降低制造費用，節(jié)省了制造設(shè)備資源，提升了生產(chǎn)效率，并在其他系列機架中進行了推廣使用，取得了較好的效果，為“高精度控形”“低損傷控性”的體現(xiàn)[5]。