李強

摘 要：在挖掘機結(jié)構(gòu)的焊接過程中，采用了應力降焊設計的方法。 在主應力區(qū)或交變應力區(qū)，通常采用不等腰型減應焊接方法，而在非主應力區(qū)，通常采用引線端應力減小焊接方法。早期的焊縫缺少焊縫過程而導致裂紋，其主要原因是焊縫。焊縫的減應力焊接主要應用在焊縫的焊腳、根部和端部、表面和末端的位置。經(jīng)過了解和研究來降低減應力焊縫早期開裂的狀況，本文主要分析降低減應力焊縫開裂的控制措施。

關(guān)鍵詞：減應力焊縫；焊接工藝；焊接質(zhì)量；控制方法

應力集中會使負載下的焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的局部峰值應力，從而影響焊接強度。焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞主要是由焊接接頭的應力集中區(qū)域引起的。在焊接結(jié)構(gòu)中，應力集中導致結(jié)構(gòu)部件的橫截面積的突然變化，焊接的外觀不合理或在焊接過程中出現(xiàn)缺陷。因此，在焊接結(jié)構(gòu)的過程中應考慮壓力集中度問題的設計和創(chuàng)建。為了保證焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度，必須進行焊接接頭的抗疲勞設計，并采取相應的工藝措施來解決和提高焊接接頭的抗疲勞性能，防止裂紋擴展。挖掘機的許多結(jié)構(gòu)部件在低壓條件下焊接。如果焊接或焊接工藝設計不當，將直接導致焊接結(jié)構(gòu)件的早期失效和開裂，使整個挖掘機無法正常工作，給用戶帶來經(jīng)濟損失。因此，必須重視焊接質(zhì)量的控制。

一、減壓焊接方式的應用

根據(jù)結(jié)構(gòu)類型，減應力焊接可分為兩種類型：端部不等邊高型和端部型。由于其形狀與燕尾的形狀比較相似，又稱燕尾焊縫，其端面焊縫邊緣有兩個光滑過渡，使腰角焊縫處的高應力降低。在最后的減應力焊接中，角焊縫的兩側(cè)都有一定的夾角。端部不等邊腰高式焊縫可以使應力遠離焊縫邊緣，焊縫角度光滑，改變了端部形狀從而引起的應力集中。從美觀和實用價值的角度來看，角焊縫的設計應用價值一般不如端部等邊腰高式焊縫（燕尾焊縫）的設計好。

二、減少應力焊縫早期開裂的問題和相應措施

2.1使用燕尾焊縫方法

（1）位于趾板處開裂。由于需要選擇合適的參數(shù)和槍角來進行多層焊接，所以燕尾焊縫的分布尤為重要。如果不妥善處理，很難確保最終的角度是完美的，和焊縫的厚度在路上更有可能超過標準，這需要大量的研磨和修復，增加對焊趾的過度研磨的可能性。焊接時，如果參數(shù)不合理，或槍的角度不合適，容易造成刀尖的邊緣。雖然在燕尾焊縫的焊趾附近磨削和修整可以消除焊趾區(qū)域的小缺陷，提高焊縫的疲勞強度，但這種方法將產(chǎn)生新的切口效果。因此，必須嚴格控制焊接頭的磨損量，否則，在焊頭磨削損失的情況下，會在薄板上出現(xiàn)堿金屬焊接頭的早期失效開裂。

（2）板材開裂位于端頭根部。燕尾焊縫開挖過程中的拉應力和燕尾焊縫在卸載過程中的壓應力。在焊接過程中，如果忽略了耳板的末端焊接，焊接操作就不能正確處理，焊接不良等焊接缺陷很可能會發(fā)生。當挖掘機處于惡劣的工作狀態(tài)時，焊縫會從缺陷位置內(nèi)部開裂。

（3）位于焊縫表面處開裂。燕尾焊縫的表面應進行拋光，以適應施工機械在惡劣工作條件下的工作，如礦井作業(yè)，需要用角磨砂輪拋光，以消除一些壓力。盡管角砂輪的磨削效率高，但會導致打磨面過于粗糙，形成的應力集中而導致磨削表面出現(xiàn)微裂隙。這就導致磨削制品在巨大的沖擊力或交變載荷下焊縫表面出現(xiàn)早期階段的裂紋。

2.2在端面降低壓力焊縫

即使采用科學合理的減壓焊縫設計，如果不重視工藝和生產(chǎn)過程控制，不按照設計意圖采取相應的技術(shù)措施，也會出現(xiàn)早期失效開裂的問題?？箲附恿鸭y主要發(fā)生在焊接頭的根部、尖端和末端。

端頭端板的裂紋很可能發(fā)生在減壓焊縫的末端。這是因為兩側(cè)的角焊縫被引出時熱量集中在雙方的端頭，在最后焊接焊縫處集中，這導致焊縫邊緣可能是有缺陷的。如果這個參數(shù)的選擇不合理或持槍的角度不合適，即時減少了在收弧時的焊接錯誤和在斷頭的根部尖點引起的應力集中。但在尖點位置的咬邊同樣也會形成早期開裂。

三、控制減應力焊縫的措施

3.1防止趾板開裂的方法

（1）采用小焊接工藝參數(shù)，為了避免趾板開裂，首先要保證端角的角度，其次要防止焊趾缺陷。采用多層多道焊接，確保焊接方向從下到上，從外到內(nèi)，保證焊接深度，防止邊緣痕形成。在多層多道焊接中，焊縫的分布應控制焊縫尖端的止損角。例如，使用尺寸為12角焊焊縫，使用平角焊接兩層三道焊。焊接的尺寸為20角焊縫，采用平角焊接，三層八層焊接。

（2）焊縫應盡量采用電弧焊接，盡量減少失損量。對于平角焊接，多層多通道分布應保證覆蓋層前預留1～ 2mm的厚度。如果槍操作不當，燕尾焊縫的邊緣就會塌陷

3.2防止板材在末端開裂的方法

咬邊的缺陷最主要原因是電流太大，電弧太長，焊接角的角度太平坦，焊槍的固定角度不合適，和運動的噴嘴擺動時是不穩(wěn)定造成的。該方法與控制方法相同，主要防止邊緣咬傷。

3.3防止焊縫表面開裂的方法

防止焊縫表面開裂的最重要步驟是消除磨削過程中產(chǎn)生的微裂紋。在正常工作條件下，燕尾焊縫可采用標準角砂輪進行拋光。但是，當機器需要進行少量磨削時，需要使用少量的布砂輪來完成最后的拋光，以及在其他惡劣的工作條件，可使用中布砂輪來拋光保證焊接平滑過渡。

3.4防止端板開裂的方法

在焊接端部之前，為了避免端板開裂，首先要保證端焊縫根部的焊接深度，必要時須要使用小參數(shù)焊接將端面焊接位置改變?yōu)槠浇呛附游恢没蚝附游恢?。通過右焊消除焊接工作角。底焊銷尺寸控制在5mm以內(nèi)，最大限度地保證端頭底焊的穿透，避免焊接缺陷和端板開裂。磨削時，應沿插頭的方向上下移動。砂輪需要和磨削面之間為15度角，使磨削面更容易控制，避免了模具磨削錯誤。提高燕尾焊縫磨削效率的關(guān)鍵是充分焊接燕尾焊縫，以保證焊縫與基材、彈性層、焊縫的融合質(zhì)量。

四、燕尾焊縫的焊接控制

（1）三角陶瓷擋板可用于燕尾焊接。不等邊尺寸可根據(jù)端板厚度和鈍邊高度確定。采用三角齒輪法獲得燕尾焊縫的形狀。陶瓷擋板防止尾緣間隙、臺階和重疊。當燕尾焊縫完成后，陶瓷檢測塊應撤出，陶瓷殘留應清除。

（2）角焊縫處理。在燕尾焊接過程中，如果焊接的針頭尺寸過大，應注意。為了保證焊接接頭的深度，需要對多層多通道端進行分段。此外，當焊接燕尾焊縫兩側(cè)時，應盡快啟動耳套角焊縫，弧焊端應覆蓋原燕尾焊縫兩側(cè)的焊縫通道。

結(jié)論

焊接接頭的抗疲勞功能是一個復雜的研究課題，應力消除焊接方法屬于焊接接頭的抗疲勞設計。該方法可有效減少焊縫區(qū)的早期損傷和斷裂，取得良好的經(jīng)濟效益。減壓焊接質(zhì)量控制措施的研究和使用可以作為其他焊接接頭的抗疲勞設計和焊接質(zhì)量控制方法的有價值的參考。

參考文獻：

[1]張彥華焊按強度分析[M].西安；西北工業(yè)大學出版社，

[2]史耀武焊接手冊[M].北京；機械工業(yè)出版社，2007131陳裕川，焊工手冊[M]北京；機械工業(yè)出版社，2006

[3]徐光宏，陳鴻蘭，徐光遠，尹龍大型焊接構(gòu)件變形與對策[J]煤礦機械2002（10）