趙成科，張瑞臣，李德明，王應(yīng)品

山推工程機(jī)械股份有限公司 山東濟(jì)寧 272000

1 序言

壓路機(jī)隸屬工程機(jī)械道路機(jī)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(jí)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)跑道等大型工程項(xiàng)目的填方壓實(shí)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(jī)械的有效協(xié)同能最大限度地發(fā)揮機(jī)械效率。

主機(jī)架、前機(jī)架和激振鋼輪為壓路機(jī)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(jī)架承擔(dān)著動(dòng)力單元、傳動(dòng)單元、行走單元和整個(gè)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(jī)架主體板、后橋板、后面板等構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 主機(jī)架結(jié)構(gòu)示意

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)狀分析

后橋板為壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的安裝位置，壓路機(jī)通過發(fā)動(dòng)機(jī)→變速箱→驅(qū)動(dòng)橋→后輪，把動(dòng)力傳遞至末端，帶動(dòng)整機(jī)行走滿足工況要求，裝配采取8個(gè)10.9級(jí)M24×240mm的螺栓把驅(qū)動(dòng)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(dòng)帶來的沖擊，對(duì)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(dòng)橋?yàn)橥赓?gòu)件，驅(qū)動(dòng)橋安裝面平面度為0.3mm，對(duì)中度為1mm。

經(jīng)查閱國(guó)標(biāo)及企標(biāo)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(jí)為1mm要求[2]。目前山推工程機(jī)械股份有限公司中大機(jī)型后橋板面采取整體組焊后進(jìn)行銑面加工來滿足要求，工時(shí)定額為80min，需要調(diào)轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)，工序操作復(fù)雜。高產(chǎn)時(shí)該工序?yàn)樯a(chǎn)瓶頸，是否可以采取合理的組焊工藝方措施，實(shí)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(jī)架的組焊工藝流程較簡(jiǎn)單，一般為小件樣板組焊→工裝組對(duì)→焊合→二次組焊→修磨焊補(bǔ)→矯形→（檢查）→劃線→鉆孔→橋板銑面→涂裝→裝配。橋板在工裝上進(jìn)行組對(duì)，組對(duì)后進(jìn)行平面度確認(rèn)，平面度在0.3~1mm之間，存在個(gè)別組對(duì)異常情況，基本能滿足技術(shù)要求。焊接工序?yàn)闄C(jī)器人自動(dòng)焊、人工變位機(jī)焊接并行，機(jī)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(duì)上述的工藝現(xiàn)狀，通過對(duì)公司主機(jī)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(jìn)行分析，引起焊接變形的原因主要是隨著電弧熱量輸入導(dǎo)致板材內(nèi)應(yīng)力重新分布最終達(dá)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(duì)此種現(xiàn)象、大膽創(chuàng)新，聯(lián)合焊接技師根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行專項(xiàng)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(jī)架及后橋板的變形量，決定對(duì)現(xiàn)場(chǎng)橋板變形量較大的某26t機(jī)型進(jìn)行工藝試驗(yàn)，探索出有效控制焊接變形的工藝方案。針對(duì)橋板焊接工序具體工藝措施見表1。

表1 工藝優(yōu)化對(duì)策

3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施及效果確認(rèn)

（1）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施 方案一：采取反變形措施，為針對(duì)后橋板與側(cè)板內(nèi)側(cè)接觸點(diǎn)位置采取四柱壓力機(jī)進(jìn)行1~2mm的預(yù)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(duì)高強(qiáng)板Q460C材料的焊接特性，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)評(píng)定[4]，采用φ1.2mm的ER50-6焊絲，80%Ar+20%CO2氣體保護(hù)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(shí)，采取預(yù)熱100~150℃，同時(shí)優(yōu)化了焊接順序，如圖2所示。

焊接采取機(jī)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(gè)立板進(jìn)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?yàn)椋簝啥硕ㄎ缓浮鷥?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(dǎo)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(jī)架長(zhǎng)度約4000mm，寬僅900mm，中間由于裝配發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱及驅(qū)動(dòng)橋等部件，產(chǎn)品上無法實(shí)現(xiàn)連接式筋板，導(dǎo)致機(jī)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?jī)?nèi)部采取雙螺柱伸縮式支撐工藝筋，同時(shí)采取反變形增大機(jī)架檔距5~8mm，同時(shí)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(shí)，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(rèn) 分別進(jìn)行5臺(tái)工藝試驗(yàn)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)三種工藝措施的實(shí)施工件進(jìn)行了全程跟蹤，并采取三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行后橋板平面度的檢測(cè)。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(yàn)證 為進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化焊接順序工藝措施的可靠性，按照此工藝方法進(jìn)行近一段時(shí)間7種機(jī)型100余臺(tái)批量生產(chǎn)驗(yàn)證，并針對(duì)機(jī)架整體焊接收縮量進(jìn)行了全面的收集，具體實(shí)施方案如圖4所示。

表2 平面度測(cè)量數(shù)據(jù)表

圖4 實(shí)施方案

通過機(jī)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(duì)后，焊接后相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，同時(shí)進(jìn)行后橋板平面度組對(duì)后、焊接后數(shù)據(jù)的檢測(cè)。發(fā)現(xiàn)A、C兩端由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)限制，均出現(xiàn)正常收縮變形，B、D、E點(diǎn)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(diǎn)稍有差別，波動(dòng)不大，組焊精度穩(wěn)定；同時(shí)后橋板組對(duì)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(píng)審進(jìn)行小批量裝配工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，裝配后針對(duì)橋板與驅(qū)動(dòng)橋裝配間隙進(jìn)行了測(cè)量確認(rèn)，滿足裝配要求。同時(shí)根據(jù)機(jī)架組焊前后收縮量分析數(shù)據(jù)，采取預(yù)留變形量工藝措施，優(yōu)化設(shè)計(jì)了整體組對(duì)工裝，如圖5所示。首先改進(jìn)后的組對(duì)工裝采取以鉸接支座中心孔進(jìn)行定位，主體側(cè)板內(nèi)檔定位及吊裝翻打設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)便易操作；前后采取前定位后頂緊形式，做到4種機(jī)型的通用需求及伸縮頂緊并增加風(fēng)槍操作需求，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)后橋板焊后不再加工，進(jìn)一步優(yōu)化工藝流程，最終實(shí)現(xiàn)制造費(fèi)用的降低及生產(chǎn)效率的提升。

圖5 組對(duì)工裝優(yōu)化結(jié)構(gòu)示意

4 結(jié)束語

隨著主機(jī)架及后橋板焊接變形的控制研究，積極推進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)焊接變形量的控制，并通過相關(guān)工藝措施進(jìn)行逐一實(shí)施驗(yàn)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(jī)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(shí)80min，實(shí)現(xiàn)工藝降本約184元/臺(tái)。同時(shí)通過降低制造費(fèi)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(jī)架中進(jìn)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]。