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摘要：本文针对500F装载机前车架在焊接过程中产生的变形问题进行分析，从前车架部件点焊、通焊，总成点焊、通焊，各个工序问题梳理排查；通过工艺放量，增加工艺支撑，进行焊接顺序优化等，控制车架的变形量，达到工艺要求。有效地控制了本结构件焊接过程中和焊后产生的变形问题，提高500F总成前车架焊接质量。
关键词：焊接变形；焊接顺序；辅助支撑；工艺尺寸；
1.引言
500F装载机是我公司的主打产品之一，此产品主要功能为铲装作业和挖掘作业，铲装作业装置主要由铲斗、动臂、摇臂、拉杆、前车架、后车架组成；装铲作业装置主要由铲斗斗、斗杆、摇臂、拉杆，回转体组成；前车架是此产品主要核心部件之一（图1），其产品质量直接影响整机性能及外观质量；前车架主要由左右立柱合件，左右桥板，上下铰接板合件，翻斗缸耳座及前面板构成。
2.问题描述
在整个加工流程中，通过下道工序反馈及数据收集统计，总成机器人通焊工序导致前车架左右立柱开档尺寸变小，约为5-6mm，影响下道工序镗加工。通过工段检验记录显示，前车架变形返修率为62%，问题极为严重。总成前车架变形问题导致生产成本提高，生产效率大大降低。解决前车架总成机器人焊接变形问题迫在眉睫。
2.1500F前车架结构分析
前车架总成如图2所示，主要由左右立柱合件，翻斗缸、耳座，上下铰接架合件，桥板及前面板构成。其关键位置尺寸主要有：各铰接尺寸，动臂安装开档尺寸，上下铰接开档尺寸，桥板安装尺寸等。各铰接尺寸及桥安装尺寸主要由数控加工机床保证，动臂安装开档及上下铰接开档主要有点焊，焊接保证。
2.2工艺流程分析
500F前车架工艺流程为：左右立柱拼点-左右立柱机器人焊接-形成小总成合件；上下铰接拼点-上下铰接通焊-形成小总成合件；各总成合件及单板件上工装拼点-机器人通焊-补焊-镗加工-上小件；在总成拼点时，各铰接孔位置及开档尺寸主要靠工装定位，机器人通焊时受热影响，开档尺寸发生变化，对后道镗加工工序产生影响。
3.变形原因分析
根据500F前车架的结构形式，从前车架的所用材质，作业要求及现场操作分析，以下几点是影响前车架的主要因素：
（1）在焊接生产中，由于时间紧，任务重，焊工在焊接过程中往往使用较大的焊接电流与电压，利用工艺要求电流的上限来提高工作效率。500F前车架所用板材厚度均为薄板约为10mm，同时焊接参数较大，电压：30A,电流：280A焊接受热时易产生变形；
（2）工艺预留尺寸左、右立柱开档尺寸为64±1mm，左立柱与右立柱合件之间尺寸为1115±1mm。为机器人焊接完成工件冷凝后，变形量都在5-6mm，远超误差值，因此工艺预留尺寸可能不合理；
（3）由于工艺上对焊接顺序没有明确要求，在编程过程中为了提高焊接效率，减少变位机及机器人空转、翻转时间。机器人焊接顺序、空间点运转路径都是以最优最短距离为前提进行编程，焊接顺序存在不合理现象。
4.实施改进过程
4.1工艺参数优化
产生焊接变形的原因与焊接参数密切相关，合理的焊接工艺参数可以有效控制线能量从而减小焊接变形。在前车架总成机器人焊接工艺指导书上，规定电流260A～280A，电压26V～28V，CO2气体流量为20L/min~25L/min。焊丝牌号UnionX70，直径为1.2mm，在生产中，要严格遵守焊接工艺卡的参数进行焊接，经对比试验后，选择工艺要求的下限可将变形量控制在工艺要求的范围内，电流采用260A，电压采用26V，从而有效的减小焊接变形。焊接工艺参数与焊接变形的对比试验如表1所示。
表1 焊接工艺参数与焊接变形对比试验表
| 项目 | 工艺要求 | 试验1 | 试验2 | 试验3 | 最佳参数 |
| 焊接速度（cm/min） | 28～30 | 30 | 30 | 30 | 28～30 |
| 焊接电流（A） | 260～280 | 280 | 270 | 260 | 260 |
| 焊接电压（V） | 26～28 | 28 | 27 | 26 | 26 |
| 变形量（mm） | 1～3 | 2～3 | 1～1.5 | 0～1 | 0～1 |
4.2增加工艺支撑
根据分析，找出前车架通焊后易变形的位置，在不影响机器人焊接的前提下，增加辅助支撑；
（1）左右立柱合件通焊前在开档处增加支撑如下图3，这样可保证小部件通焊后尺寸的稳定性，为后续的总成点焊奠定基础。
（2）在总成点焊时，在上下铰接处增加辅助支撑如图4，控制上下铰接的开档，同时也控制了上铰接和下铰接的小开档。
4.3点焊尺寸留量
为了保证通焊后，尺寸符合图纸要求。采取反变形的控制措施，收集点焊时及通焊后的尺寸变化，找出规律在点焊时，对其尺寸放量，即把开档尺寸放大，通焊后焊接收缩，使其自然恢复至要求尺寸。
如图5所示，原左右立柱开档尺寸为64±1mm，部件点焊时尺寸放至66mm，通焊后尺寸为63mm；外开档尺寸1115±1mm，总成点焊时尺寸放至1118mm，通焊后尺寸恢复至尺寸1115mm，符合尺寸要求。
4.4焊接程序优化
通焊过程中，不同的焊接顺序和焊接参数也影响着焊接变形量；为此我们通过试验采用不同的焊接顺序和焊接参数进行焊接，找出了焊接变形量比较稳定，且变形量很小的方案，并通过标准化文件的方式进行固化，为规范化编程提供依据。
如图6所示，原焊接顺序为1-2-3-4-5-6-7-8， 经过调整现焊接顺序为2-3-5-6-7-8-4-1。
4.5实施效果验证
经过一系列措施的实施，我后期对效果进行了数据收集。结果如下：
表2
| 车架编号 | 图纸要求尺寸 | |||||
| 535±0.5 | 75（+1/0）左 | 75（+1/0）右 | 1150 | 64（+1/0）左 | 64（+1/0）右 | |
| 11507021 | 535.5 | 75 | 76 | 1149 | 64 | 64 |
| 11507022 | 535 | 76 | 76 | 1150 | 65 | 65 |
| 11507023 | 535.5 | 76 | 75 | 1151 | 64 | 64 |
| 11507024 | 535 | 75 | 75 | 1149 | 64 | 65 |
| 11507025 | 535 | 75 | 76 | 1150 | 65 | 64 |
| 11507026 | 535 | 76 | 75 | 1149 | 64 | 65 |
| 11507027 | 535.5 | 76 | 75 | 1150 | 64 | 64 |
| 11507028 | 535 | 76 | 75 | 1150 | 64 | 64 |
| 11507029 | 535 | 76 | 76 | 1151 | 64 | 65 |
| 11507030 | 535 | 75 | 75 | 1149 | 65 | 64 |
焊后尺寸都在要求公差范围内。
5.结论
（1）500F前车架焊接变形，对下道工序及装配有很大影响，通过研究和分析，找出了焊接变形的原因和控制措施，并应用在了实际生产中，得到了明显的效果，不仅节约了工作时间，而且减少了返修造成的资源浪费，同时提高了生产效率，由此说明以上控制措施切实可行。
（2）对本课题的研究，可以推广至其他产品，目前300F/330F前车架也按此方案进行改进，效果比较好；
参考文献
[1] 陈焕明.焊接工装设计[M]. 北京：航空工业出版社 2006
[2] 王长忠.焊工工艺与技能训练[M].中国劳动和社会出版社.2001.
[3] 熊腊森.焊接工程技术[M].北京：机械工业出版社.2002