苏ICP备112451047180号-6
摘要：在YJY31B钩头组件焊接过程中，其固定板很容易发生变形。固定板为厚度20mm的中厚板，发生变形后进行矫正十分困难。针对钩头组件焊接过程的研究发现，在焊接过程中没有采用有效的预防措施是产生焊接变形的主要原因。通过采用“背靠背”焊接，调整焊接顺序，调整焊接参数等措施，对焊接变形进行有效控制，保证了钩头组件的焊接质量。
关键词：“背靠背”焊接 焊接顺序 焊接参数
1.引言
钩头组件作为YJY31B箱体的重要结构件，承载着拉臂钩对箱体的巨大牵引力。但是钩头组件在焊接后，固定板的变形量很大，不合格率高达80%。每个钩头组件需要耗费0.5～1个工时矫正变形，增加了劳动强度，降低了生产效率。固定板的变形还会导致钩头的偏移，使箱体上车后无法与车架精确配合，容易引发安全事故。因此，控制固定板的焊接变形是需要解决的首要问题。
2.问题描述
钩头组件主要由固定板、弯板、钩子、连接板组成。固定板板厚为20mm，长为874mm，宽为300mm。连接板与固定板相互连接形成焊缝A、B（左右对称）,焊脚尺寸为20mm（如图1所示）。
在固定板的焊接过程中，采用多层多道的焊接方法，工艺要求焊接电流260～280A，电弧电压26～28V，焊丝型号ER50—6，焊丝直径1.2mm，保护气体为CO2混合气体（80%Ar+20%CO2）。当钩头组件焊接完成后，固定板末端最大出现了上翘35mm的焊接变形（如图2所示）。
3.焊接变形的原因分析
3.1 刚性固定不合理
由于固定板自身刚性不足，而且焊缝不对称，再加上焊接过程中受热集中，所以容易产生焊接变形。在实际生产中，也缺少有效的措施来控制变形量，通常采用将固定板点固在平台上的方法来控制焊接变形（如图3，左右对称）。但是这种方法存在缺陷，虽然可以抵消一部分的变形，但是在焊接过程中，经常出现焊点炸开的现象,不能较好的控制固定板的变形量。而且焊后需要打磨焊点，也会对平台造成损坏。
3.2焊接顺序不合理
现场的焊接指导书未对钩头组件的焊接顺序做出明确要求，在实际焊接过程中为了方便焊接，通常采用顺序焊接的方法（如图4所示,A-B-C-D)对一条焊缝进行连续施焊，而不管其他的焊缝，忽视了焊接顺序对结构变形的影响。再加上焊脚尺寸较大，导致熔敷金属量增大，进而在焊缝处产生应力集中，导致焊接变形。因此，在焊接时需要调整焊接顺序，减少焊接变形。
3.3焊接参数不合理
钩头组件产生变形的原因和焊接参数的选择也有很大的关系。虽然工艺要求给定了焊接参数（如表1所示），但是在实际生产中，为了提高生产效率，在焊接时往往使用工艺要求的上限进行操作(280A,28V)，未调节最佳的焊接参数。这样做虽然在一定程度上可以提高生产效率，但是过大的焊接参数增大了焊接热输入，焊接热影响区加宽，使得局部温度过高造成热应力集中，产生焊接变形。因此，在焊接时需要调整焊接参数,减少焊接变形。
表1 焊接参数参考表
| 钢板厚度（mm） | 焊接速度 （cm/min） |
焊接电流 （A） |
焊接电压 （V） |
气体流量 (L/min) |
| 20 | 40-50 | 260-280 | 26-28 | 15-20 |
4. 焊接变形的控制措施
4.1采用“背靠背”焊接
针对刚性固定不合理的情况，现将两个拼点完成的钩头组件，把固定板“背靠背”对接在一起进行点固，并用顶压夹具夹紧两端，然后再进行施焊（如图5所示）。这样能够使焊缝够沿着中性轴两侧均匀分布，利用两个固定板自身相反的变形力相互抵消，再加上顶压夹具的夹紧力，从而达到减少焊接变形，保证焊接质量的目的。
4.2调整焊接顺序
焊接顺序的合理与否对焊接变形有较大的影响。焊接顺序不合理很容易产生焊接变形，焊接变形将显著降低结构的承载能力。现针对焊接顺序不合理的情况，根据“分散、对称、均匀、减小拘束度”焊接顺序制定方针，采用交叉对称的焊接方式，尽量使焊接热量在固定板上能够分布均匀,避免应力集中。焊接工艺要求的焊缝焊脚尺寸为20mm，焊缝采用3层7道（如图6所示）。在焊接A面第一层时，焊接顺序为1-3-2-4。当A面第一层焊接完成后，将工件翻转对B面的第一层进行焊接，焊接顺序为1'-3'-2'-4'（如图7所示）。然后再将工件翻转至A面，继续使用上述方法焊接。这样可以让焊缝能够有时间得到冷却，使焊接热量在固定板上分布均匀,防止焊接时热输入过量，将固定板的变形量控制在公差范围之内。
4.3调节焊接参数
选择合理的焊接参数是保证焊缝质量的关键。在保证焊缝质量的前提下，应尽量采用较小的焊接参数。采用小电流、小电压，提高焊接速度，可以减少焊接热输入，降低焊接产生的应力，从而达到减少焊接变形的目的。针对焊接参数过大的情况，现经过多次焊接试验和反复调整，以及对实验数据的研究、分析、总结，确定了最佳的焊接参数。（如表2所示）
表1 多层多道焊电流电压试验表
| 一层电流（A） | 一层电压（V） | 二层电流（A） | 二层电压（V） | 三层电流（A） | 三层电压（V） |
固定板变形量 （mm） |
|
| 1 | 280 | 28 | 280 | 28 | 280 | 28 | 10 |
| 2 | 280 | 28 | 270 | 27 | 270 | 27 | 8 |
| 3 | 280 | 28 | 270 | 27 | 260 | 26 | 7 |
| 4 | 280 | 28 | 260 | 26 | 260 | 26 | 6 |
| 5 | 270 | 27 | 270 | 27 | 270 | 27 | 7 |
| 6 | 270 | 27 | 270 | 27 | 260 | 26 | 6 |
| 7 | 270 | 27 | 260 | 26 | 260 | 26 | 5 |
| 8 | 260 | 26 | 260 | 26 | 260 | 26 | 1 |
| 9 | 260 | 26 | 260 | 26 | 270 | 27 | 4 |
| 10 | 260 | 26 | 270 | 27 | 270 | 27 | 6 |
| 层数 | 焊丝直径(mm) | 焊接电流(A) | 焊接电压(V) | 速度（cm/min） | 气体流量(L/min) |
| 1 | 1.2 | 260 | 26 | 40～45 | 15～20 |
| 2 | 1.2 | 260 | 26 | 45～50 | 15～20 |
| 3 | 1.2 | 260 | 26 | 45～50 | 15～20 |
5.改进后的效果
未改进前，钩头组件在焊接完成后，都无法将固定板的变形量控制在3mm范围内，达不到工艺要求。焊后不合格率高达80%，严重影响生产效率。经过上述措施改进后，不合格率由原来的80%降低到10%，可见该系列措施效果十分明显（如表3所示）。
表3 YJY31B钩头组件焊后合格率（随机30台）
| 类别 | 数量/台 | 不合格数/台 | 不合格率 |
| 整改前 | 30 | 24 | 80% |
| 整改后 | 30 | 3 | 10% |
6.结论
通过生产实践表明，通过使用“背靠背”焊接，采用合理的焊接顺序，选择合理的焊接参数等措施，可以将钩头组件固定板的焊接变形控制在工艺范围内。将其运用到实际生产中，得到了明显的效果。不仅保证了焊接质量，提高了生产效率，而且减少了返修造成的人力，物力，财力。由此说明，以上的控制措施切实可行，且具有很好的应用推广价值。
参考文献：
（1）马晓涛、张海鸥《焊接变形的控制和预防》 《科技与创新》2015年12期
（2）付荣柏《焊接变形的控制与矫正》机械工业出版社 2006
（3）英若彩《熔焊原理及金属材料焊接》北京机械工业出版社 2000