張　軍

摘要:本文以XG951系列輪式裝載機(jī)為例,系統(tǒng)分析了輪式裝載機(jī)搖臂在工作過程中斷裂損壞的主要原因,并提出預(yù)防其斷裂損壞的方法和措施。

關(guān)鍵詞:裝載機(jī)搖臂斷裂分析預(yù)防

0 引言

輪式裝載機(jī)是工程機(jī)械的主要機(jī)種之一,廣泛用于建筑、礦山、水電、橋梁、鐵路、公路、港口、碼頭等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。我公司在對(duì)XG951系列裝載機(jī)進(jìn)行多年售后反饋統(tǒng)計(jì)顯示,其斷裂現(xiàn)象明顯高于工作裝置中其它結(jié)構(gòu)件,有效分析其斷裂原因和采取相應(yīng)預(yù)防措施,可降低其斷裂發(fā)生機(jī)率,減少質(zhì)量事故的發(fā)生和三包維修費(fèi)用,對(duì)提高企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益起到重要作用。

1 搖臂斷裂原因分析

1.1 搖臂的結(jié)構(gòu)形式

圖1為輪式裝載機(jī)搖臂產(chǎn)品圖紙及爆炸分解圖。

搖臂主要是由中厚板拼裝焊接而成,其材料選用低合金高強(qiáng)度鋼Q345,焊接性能優(yōu)良,焊接結(jié)構(gòu)牢固可靠。我公司目前采用半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊工藝焊接。

1.2 搖臂的斷裂原因分析 搖臂為焊接結(jié)構(gòu)件,失效形式主要是斷裂,且以在軸座處斷裂現(xiàn)象居多,造成整個(gè)搖臂的報(bào)廢。

我們根據(jù)其失效特性利用因果分析圖法,將影響質(zhì)量的因素:人、機(jī)器、材料、方法、測(cè)量和環(huán)境等分別標(biāo)在枝干上,進(jìn)行系統(tǒng)的整理、分析,找出了斷裂的各類原因和主要影響因素。

經(jīng)分析可看出,搖臂斷裂的主要原因集中在人員操作、材料化學(xué)成分不合格和焊接缺陷的處理預(yù)防不當(dāng)上。重點(diǎn)控制的是焊接缺陷的處理預(yù)防,因焊接本身是特殊過程,難以控制,而其造成缺陷則是直接導(dǎo)致?lián)u臂斷裂的根本原因。

1.2.1 人員操作不當(dāng) 主要是焊工技術(shù)水平低,未達(dá)到焊工等級(jí)要求,焊工對(duì)所制造產(chǎn)品的工藝規(guī)程不熟悉,焊接參數(shù)調(diào)整不當(dāng),且監(jiān)控管理機(jī)制不健全造成。另外其責(zé)任心不強(qiáng),導(dǎo)致不嚴(yán)格按規(guī)程操作,甚至野蠻操作,裝配時(shí)操作者調(diào)整不當(dāng),造成零件磨損甚至干涉,因此結(jié)構(gòu)過早遭到破壞,最終導(dǎo)致斷裂失效。

1.2.2 材料滿足不了要求 主要是原材料、焊接材料等不達(dá)標(biāo),化學(xué)成分及有害雜質(zhì)硫、磷元素超標(biāo)、機(jī)械性能不達(dá)標(biāo)造成,首先搖臂使用的主材為Q345鋼,含碳量低,無淬硬傾向,有良好的塑性和焊接性,適用于各種焊接方法,因此碳元素含量高低影響搖臂的焊接性能。硫、磷等有害雜質(zhì)超標(biāo)引致熱脆裂紋,最終導(dǎo)致?lián)u臂整體斷裂。因此,焊接結(jié)構(gòu)中碳元素、有害雜質(zhì)的含量直接影響焊接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

1.2.3 焊接缺陷導(dǎo)致?lián)u臂斷裂 結(jié)構(gòu)中斷裂均有兩個(gè)步驟組成,首先在缺陷尖端或應(yīng)力集中處產(chǎn)生裂紋,然后該裂紋以一定形式擴(kuò)展,最后造成結(jié)構(gòu)失效破壞。大量的研究和實(shí)驗(yàn)表明,固體材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度只有它的理論斷裂強(qiáng)度1/10—1/1000。專家認(rèn)為,在任何固體材料里本來就存在著一定數(shù)量大小的裂紋和缺陷,從而導(dǎo)致固體材料在低應(yīng)力下發(fā)生脆性斷裂。如果能使裂紋減少或者使其尺寸降低,則物體的強(qiáng)度便會(huì)增加。焊接裂紋缺陷是導(dǎo)致?lián)u臂斷裂的根本原因。搖臂焊接中產(chǎn)生的裂紋主要是熱裂紋,因此有效控制裂紋的產(chǎn)生就可防止搖臂的斷裂。此外,還應(yīng)控制的焊接缺陷還包括未熔合未焊透、夾渣、弧坑、偏析等,他們可形成尖端應(yīng)力集中,并間接形成裂紋而導(dǎo)致?lián)u臂斷裂。

2 采取措施預(yù)防和解決問題

2.1 人員培訓(xùn)考核,建立監(jiān)控機(jī)制 公司建立起焊工等級(jí)考核制度,定期為焊工進(jìn)行技能培訓(xùn),每季度舉辦焊工比武大賽,比賽結(jié)果與個(gè)人收入掛鉤,此方法激勵(lì)焊工不斷學(xué)習(xí)和改進(jìn)提高自身技能,對(duì)提升產(chǎn)品的質(zhì)量起到良好作用。除此,在焊接過程建立質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行工序跟蹤和監(jiān)控,我公司對(duì)搖臂焊接派質(zhì)檢工藝人員每4小時(shí)對(duì)操作規(guī)范進(jìn)行監(jiān)控記錄,包括焊接電流、電壓、氣流量等工藝參數(shù)的記錄,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改。建立工序崗位責(zé)任制,杜絕了違規(guī)操作、野蠻操作等現(xiàn)象,質(zhì)量問題得到及時(shí)反饋,避免不合格品流入下道工序。嚴(yán)格控制各部件焊接和機(jī)械加工質(zhì)量;對(duì)重要尺寸進(jìn)行嚴(yán)格檢查把關(guān),不符合圖紙和工藝要求的絕不允許進(jìn)入裝配工序。

2.2 材料化學(xué)成分的嚴(yán)格控制措施 原材料中對(duì)可能導(dǎo)致?lián)u臂斷裂的有害雜質(zhì)硫、磷按批次化驗(yàn),碳含量嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)下限接收,尤其對(duì)搖臂軸座的材料的化學(xué)成分嚴(yán)格控制,該處是圓周焊縫,熔池比較深,熱影響區(qū)范圍大,若雜質(zhì)超標(biāo),可造成偏析,甚至產(chǎn)生硫化物夾雜,增加熱裂紋生成的敏感性。

2.3 對(duì)產(chǎn)生裂紋和裂紋傾向的焊接缺陷進(jìn)行預(yù)防和控制 首先焊縫產(chǎn)生的裂紋是防范重點(diǎn),它端部應(yīng)力高度集中,易擴(kuò)展而使焊件破壞,熱裂紋是搖臂焊接裂紋缺陷中發(fā)生頻率比較高的缺陷。防止搖臂焊接出現(xiàn)熱裂紋的措施有:①控制搖臂母材中有害雜質(zhì)C、S、P含量,適當(dāng)提高含Mn量,以改善焊縫組織,減少偏析,控制低熔點(diǎn)共晶物的生成和有害作用。②控制焊縫形狀,適當(dāng)提高形狀系數(shù)(寬深比),避免焊縫中心偏析,適當(dāng)加大了搖臂軸座坡口角度,提高形狀系數(shù)。③為防止搖臂焊接產(chǎn)生弧坑裂紋,試驗(yàn)采用收弧板,同時(shí)避免在搖臂斷裂線危險(xiǎn)截面處A、B兩點(diǎn)進(jìn)行引弧或收弧。④焊接工藝方面,選擇合適的焊接規(guī)范,合理的焊接次序和方向來減小焊接應(yīng)力,當(dāng)環(huán)境溫度極低時(shí)施焊,適當(dāng)采取了預(yù)熱手段。

其次要預(yù)防的缺陷是未熔合和未焊透,該缺陷可導(dǎo)致焊縫內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。防止搖臂焊接出現(xiàn)未熔合和未焊透的措施有:①焊接搖臂時(shí)正確選擇對(duì)口間隙,焊前注意坡口兩側(cè)及層間熔渣和污物的清理。②按工藝正確選擇焊接規(guī)范、焊接電流、電弧電壓、焊接速度。③焊接搖臂注意焊槍角度的調(diào)整,使熔合均勻且熔透。

此外,還需防止夾渣缺陷,夾渣會(huì)降低焊縫的塑性和韌性,其尖角往往造成應(yīng)力集中,頂點(diǎn)常形成裂紋。防止搖臂焊接出現(xiàn)夾渣的措施有:①正確選擇搖臂焊接規(guī)范,適當(dāng)增加線能量,防止焊縫冷卻過快,改善熔渣浮出熔池的條件。②焊前進(jìn)行油污、氣割殘?jiān)P的清理。改進(jìn)坡口設(shè)計(jì),在原基礎(chǔ)上增加坡口角度2-3度,利于清除坡口面及層面熔渣。③提高焊接技術(shù)水平,正確、有規(guī)則地運(yùn)條,攪拌熔池,促使鐵水與熔渣的分離。

3 結(jié)論

3.1 公司通過對(duì)搖臂斷裂的分析,制定解決問題方法并采取了預(yù)防斷裂的措施,明顯減少了搖臂斷裂的發(fā)生,降低了三包維修費(fèi)用,同時(shí)提高了裝載機(jī)的可靠性。

3.2 把研究搖臂斷裂問題重點(diǎn)放在如何防止產(chǎn)生裂紋和有裂紋傾向的焊接缺陷問題的預(yù)防上,使得問題簡(jiǎn)化,成效顯著,它為同行業(yè)解決類似問題提供了借鑒。

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