苏ICP备112451047180号-6
摘要：在YT53G1活动腿焊接过程中，由于活动腿是由上下盖板、左右侧板拼焊的方箱结构形式，很容易发生变形。发生变形后进行矫正十分困难。需要利用压力机进行矫正调形，针对活动腿焊接过程的研究发现，在焊接过程中没有采用有效的预防控制措施是产生焊接变形的主要原因。通过采用调整结构形式，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，保证了活动腿的焊接质量。
关键词：调整结构形式 焊接顺序 焊接参数
1.引言
活动腿作为消防车的重要结构件，承载着消防车整车支撑重量。但是活动腿在焊接后变形量很大，不合格率高达80%。每个活动腿需要耗费0.5～1个工时矫正变形，增加了劳动强度，降低了生产效率。活动腿的变形还会导致上下盖板错口偏移，影响后道工序加工成形精度，使活动腿与车架固定腿装配时无法精确配合，导致垂直缸歪斜，容易引发安全事故。因此，控制活动腿的焊接变形是需要解决的首要问题。
2.问题描述
活动腿组件主要由底板、上盖板、左右腹板、腹板加强板、油缸支撑板等组成。为四块板方箱型形式，上下板厚为20mm，侧腹板为10mm板厚，长为2175mm，宽为290mm。上下盖板与侧腹板主焊缝相互连接形成焊缝A、B、C、D（左右对称）,焊脚尺寸为6mm角焊缝（如图1所示）。
在活动腿的焊接过程中，采用打底和盖面焊接方法，分为头遍和二遍工序，工艺要求焊接电流240～280A，电弧电压24～28V，焊丝型号SLD-70，焊丝直径1.2mm，保护气体为CO2混合气体（80%Ar+20%CO2）。当活动腿组件焊接完成后，活动腿出现了菱形3-5mm的焊接变形（如图2所示）。
3.焊接变形的原因分析
3.1 结构设计不合理
针对活动腿结构左右侧板加强板为两块板对接，单边存在3道焊缝，造成焊接热量大，存在焊接变形，通过对左右侧板加强板进行优化，实现侧板加强板2件改为1件形式，减少中间对接处焊缝焊接，提升焊接效率和焊接质量控制焊接变形。
由于活动腿自身侧板刚性不足，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，无焊接装夹工装，通常采用将固定腿放在在平整钢板台上固定住焊接，先打底再盖面的方法来控制焊接变形（如图3，改进前活动腿结构形式）。但是在焊接过程中，经常出现焊接后菱形的现象,不能较好的控制活动腿的变形量。而且焊后需要打磨焊点，也会对工件造成损坏。
3.2焊接顺序不合理
现场的焊接指导书未对活动腿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)对每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。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
活动腿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)，未调节至最佳的焊接参数。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。导致返工返修也会影响因此，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优化活动腿结构形式，增加装夹工装焊接
针对结构形式不合理的情况，反馈技术对活动腿侧板加强板进行优化改进，由原来两块加强板改为一块整板，取消一道对接处焊缝，然后再进行施焊，下发技术更改通知（如图5所示）。这样能够减少焊接热变形，增加活动腿装夹定位工装焊接，并利用机械手焊接，实现焊接工装与机械手自动翻转焊接，保证焊接活动腿时一致性，从而达到减少焊接变形，保证焊接质量的目的。（如图6所示）
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，并会影响后道工序生产。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，根据活动腿箱形结构形式，采用交叉对称的焊接方式，尽量使焊接热量在活动腿上能够分布均匀,避免应力集中。并采用先打底再盖面焊接工艺方法，焊接工艺要求焊缝焊脚尺寸为6mm，（如图7所示）。在进行打底焊接时，焊接顺序为1-2-3-4。当第一层打底焊接完成后，进行盖面焊接，焊接过程利用翻转工装按照焊接顺序将工件翻转进行焊接，焊接顺序为4-1-2-3（如图7所示）。这样可以让焊缝能够有时间得到冷却，使焊接热量分布均匀,防止焊接时热输入过量，将活动腿的变形量控制在技术要求1.5mm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）
械手焊接工艺参数为:打底电流180A，电压21V焊接速度：400mm/min，盖面：电流210A，电压23V，焊接速度：170mm/min
表1 多层多道焊电流电压试验表
| 一层打底电流（A） | 一层打底电压（V） | 二层盖面电流（A） | 二层盖面电压（V） |
活动腿变形量 （mm） |
|
| 1 | 280 | 28 | 240 | 26 | 10 |
| 2 | 280 | 28 | 270 | 27 | 8 |
| 3 | 280 | 28 | 270 | 27 | 7 |
| 4 | 280 | 28 | 260 | 26 | 6 |
| 5 | 270 | 27 | 270 | 27 | 7 |
| 6 | 270 | 27 | 270 | 27 | 6 |
| 7 | 260 | 26 | 260 | 26 | 5 |
| 8 | 180 | 21 | 210 | 23 | 1.5 |
| 9 | 220 | 22 | 230 | 23 | 4 |
| 10 | 200 | 20 | 210 | 23 | 3 |
| 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 | 180 | 21 | 40～42 | 15～20 |
| 2 | 1.2 | 210 | 23 | 170 | 15～20 |
5.改进后的效果
未改进前，活动腿组件在焊接完成后，都无法将活动腿的变形量控制在1.5mm范围内，存在菱形，达不到技术工艺要求。并影响后面机加工生产，需要进行压力机调形，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 YT53G1活动腿结构焊后合格率（随机30台）
| 类别 | 数量/每批次5台 | 不合格数/台 | 不合格率 |
| 改进前 | 20 | 16 | 80% |
| 改进后 | 20 | 2 | 10% |
6.结论
通过生产实践表明，通过改进结构形式，采用焊接翻转夹具焊接，采用合理的焊接顺序，选择合理的焊接参数等措施，可以将活动腿结构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）高卫明《焊接工艺》北京航工航天大学业出版社 2011.1