挖掘机结构件加工过程分析与加工工艺的设计论文

1、 .远程教育学院 毕业设计（论文）题 目挖掘机结构件加工过程分 析与加工工艺设计 学 习 中 心 威 海 专 业 机械设计制造与自动化 层 次 专 升 本 学 生 王 恩 亮 班 号 0810 学 号 7 指 导 教 师 邵 东 向 答 辩 日 期工业大学工业大学远程教育毕业设计（论文）评语： 王恩亮 班号： 0810 学号：7专业：机械设计制造与自动化 层次：专升本 学习中心： 威海 毕业设计（论文）题目： 挖掘机结构件加工过程分析与加工工艺设计 工作起止日期： 2013 年 3 月 21 日起 2013 年 5 月 20 日止指导教师对毕业设计（论文）进行情况、完成质量的评价意见：指导教师

2、签字： 指导教师职称：评阅人评阅意见：评阅教师签字： 评阅教师职称：答辩委员会评语：根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定：学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为：对毕业设计（论文）的特殊评语：答辩委员会主 任（签字）： 职 称：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委 员（签字）：年 月 日工业大学远程教育毕业设计（论文）任务书 姓 名：王恩亮 学习中心：威海 班 号： 0810 层 次：专升本 学 号：7 专 业： 机械设计制造与自动化 任务起止日期： 2013 年 3 月21 日至 2013 年 5 月 20 日 毕业设计（论文）题目： 挖掘机结构件加工过程分析与

3、加工工艺设计 立题的目的和意义：挖掘机在国民经济的发展道路上有着重要的地位，而挖掘机结构件是挖掘机重要的组成部分，高质量的结构件成为挖掘机整机质量与性能的重要决定因素。本文通过对结构件的焊接工艺和机械加工工艺分析，设计出最省时省力的工艺过程，让生产以最小的成本，制造出最高质量的结构件，使整机的适应能力进一步加强。 技术要求与主要容：要掌握整个结构件的加工过程，从毛坯下料到过程加工，机械加工了如指掌才能对其加工工艺过程步骤做出精准的设计，对工艺过程中难题要有良好的解决办法，制造出高品质的零件。本文通过对结构加工使用的设备，下料过程，组装过程，焊接过程，以与机械加工过程和加工方案的设计做出具体分析

4、，以与加工的工艺规程做出了明确规定。进度安排：1.2013年3月21日至2013年3月30日 查资料确定论文题目、提纲起草2.2013年4月1日至2013年4月10日 初稿提交3.2013年4月11日至2013年4月21日 复稿提交4.2013年4月22至2013年5月20日 终稿提交5.2013年5月21日至2013年5月24日 指导教师批改论文6.2013年6月10日至2013年6月28日 毕业答辩同组设计者与分工：指导教师签字：_ 年 月 日 教研室主任意见：教研室主任签字：_ 年 月 日54 / 62摘 要 伴随国民经济日益繁荣以与经济基础设施的完善，对我国工程机械行业有着更多的应用和

5、需求，特别是液压挖掘机有着更多的特点让它在工程机械行业有着重要的地位。然而液压挖掘机的结构件的加工工艺成为挖掘机整机质量与性能的重要决定因素，从结构件的组装，焊接，到机械加工对液压挖掘机有着重要的意义。本文主要从液压挖掘机结构件的组装工艺，焊接工艺和机械加工工艺以与部分设备对其进行加工的设计分析。通过实践证明制定一个正确而简便的加工工艺能让我们花去最少的时间，用最小的力气，耗费最少的资金打造出耐用的结构件，从而大大的提高了液压挖掘机的稳定性和使用寿命。关键词液压挖掘机；结构件；焊接工艺；机械加工工艺；目 录摘要I目录II第一章绪论11.1液压挖掘机的发展史11.2挖掘机的定义21.3挖掘机的构

6、成21.4挖掘机的分类21.5 国外液压挖掘机的发展概况31.5.1国液压挖掘机发展概况31.5.2 国外挖掘机发展概况41.6设计加工工艺概叙51.7 本章小结5第二章液压挖掘机结构件分析与加工方法选择62.1 液压挖掘机结构件焊接工艺分析62.1.1 液压挖掘机结构件用材料与其焊接性62.1.2焊接材料选择72.1.3 焊接工艺方法和装备92.1.4液压挖掘机结构件焊接变形形式92.1.5 液压挖掘机结构件焊接变形控制方法102.2 对液压挖掘机逐个结构件的分析与其组装焊接方法112.2.1 对回转平台（上车架）的工艺设计分析与其组装焊接112.2.2 对行走架（下车架）工艺设计分析与其组

7、装焊接方法132.2.3对动臂和斗杆的工艺设计分析与其组装焊接142.2.4对挖斗的工艺设计分析与其组装焊接152.3 焊接工艺规程162.3.1 焊接准备162.3.2 焊接工艺参数选择172.3.3 焊接过程202.4本章小结20第三章结构件的机械加工工艺分析设计213.1 液压挖掘机结构件的机械加工设备介绍213.2 对结构件机械加工工艺分类设计243.2.1 回转平台（上车架）243.2.2 行走架（下车架）273.2.3 动臂和斗杆293.2.4 铲斗313.3 机械加工工艺规程313.4本章小结37结论38参考文献39致40附录41附录51附录52第一章 绪论1.1液压挖掘机的发展

8、史全球知名的工程机械的发展简史：1842年，凯斯公司成立1904年，卡特彼勒前身HOLT研制第一台蒸汽动力履带推土机。1919年，阿特拉斯在德国成立1921年5月13日，小松制作所在东京成立。1925年，HOLT公司和C.L.BEST推土机公司合并，成立卡特彼勒公司。1950年，世界上第一台挖掘机在德国的阿特拉斯下线。1957年5月，小松公司推出世界上第一台混合动力液压挖掘机。2006年4月，神钢展出最新概念挖掘机油电混合动力挖掘机。在国际上曾经合作过的知名工程机械企业：P&H与KOBELCO,LINGK-BELT与SUMITOMO,CATERPILLAR与MITSUBISHI。液压挖

9、掘机是在机械传动的基础上蓬勃发展的，其工作过程是利用铲斗的切削刃切削土壤石方等装满铲斗后提升，回转至装卸位置，卸空铲斗后重新回到挖掘位置开始下次周期作业的土方机械。液压挖掘机的应用非常广泛，在交通运输、民用建筑、矿山开采、市政工程、现代军事化工程等场所有着重要的工作地位。主要用于建筑工程中拆除和地基挖掘，水利工程中开往沟槽和疏浚河道，道路建设中路面的平整和演示的破碎，市政建设中铺设管道和破碎路面，还有些新型挖掘机可以水下作业，从而大大的减轻了工人繁重的体力劳动，提高了施工的机械化水平，提高了施工速度节省了施工时间，促进了各种工程项目发展。据统计一台斗容量为1m³的液压挖掘机挖掘-级土

10、壤时，每天生产率相当于300400个工人一天的挖掘量，所以液压挖掘机在工程机械中有着重要的地位，由于有时施工环境比较恶劣，对其机械性能要求比较高，所以说挖掘机的技术含量是比较高的。液压挖掘机的整体结构比较复杂，整机的零部件有3000多件，包含机械、液压、石油化工和电气等行业，它的发展可以带动这些产业的发展从而影响国民经济的发展，或者说液压挖掘机的制造技术和生产能力也可以反映出一个国家工程机械的整体水平，从而也可以反应出该国家的装备制造业的发展现状和水平。在未来挖掘机行业必然有着飞跃性的发展，像遥控液压挖掘机，自响，对国家来说也会有深远的影响。挖掘机的发展距今已经有170多年的历史了,期间经历了

11、由蒸汽机驱动，利用杠杆原理驱动斗回转的有轨挖掘机，到由电力驱动和燃机驱动的回转挖掘机、应用机电液一体化技术的全自动液压挖掘机的逐步发展过程。挖掘机的发展阶段可以分为机械式挖掘机，液压挖掘机，电控式挖掘机，智能型挖掘机（未来发展的趋向）。1837年，在美国诞生了第一台由蒸汽驱动，利用杠杆原理进行机械传动的有轨式移动的机械式挖掘机，此挖掘机不具备回转功能。1873年，可回转的机械式挖掘机诞生，但是可回转的角度很小，也没能摆脱有轨式移动。1930年，柴油机作为动力驱动的移动式挖掘机产生，柴油机的应用可以说是挖掘机发展史上的一次飞跃，移动式挖掘机利用齿轮传动技术，通过履带进行移动作业，遗憾是没能摆脱回

12、转角度小的缺陷。1951 年，第一台全液压反铲挖掘机由法国的 Poclain( 波克兰 ) 工厂推出，在挖掘机的技术发展领域开创了全新空间。由刚开始的拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机，到今天的拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。1.2挖掘机的定义挖掘机，又称挖掘机械（excavating machinery)，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以与经过预松后的土壤和岩石。从近几年工程机械的发展状况，挖掘机的发展速度相对来说比较快，然而挖掘机作为工程建设中最主要的工程机械机型之一，其正确的选型也显得尤为重要。1.3挖掘

13、机的构成常见的挖掘机结构有：动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、行走机构和辅助设施等。从外观来看挖掘机由工作装置、上部转台和行走机构组成。1.4挖掘机的分类挖掘机分类一：按驱动方式有燃机驱动挖掘机和电力驱动挖掘机两种。其中电动挖掘机主要应用在高原缺氧的与地下矿井和其他一些易燃易爆的场所。挖掘机分类二：按行走的方式不同，挖掘机可分为履带式挖掘机和轮式挖掘机。挖掘机分类三：按照用途划分，挖掘机可分为通用挖掘机、矿用挖掘机、船用挖掘机、特种挖掘机等不同的类别。挖掘机分类四：按照传动方式的不同，挖掘机可分为液压挖掘机和机械挖掘机。其中机械挖掘机主要应用在一些大型矿山上。挖掘机分类五：按照铲斗来分，

14、挖掘机又可以分为正铲挖掘机和反铲挖掘机。正铲挖掘机主要用于挖掘地表以上的物料，反铲挖掘机更多用于挖掘地表以下的物料。反铲挖掘机是我们日常生活中最常见的，其动作形式特点是“向后向下，强制切土”。可以用于停机作业面以下的挖掘，其基本作业方式有：沟端沟侧挖掘、直线曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。正铲挖掘机的铲土动作形式，其特点是“前进向上，强制切土”。应为正铲挖掘力比较大，能开挖停机以上的土石方，宜用于挖掘高度不大于2m的干燥基坑，但是必须预留上下的坡道。正铲的挖斗比同型号的反铲的挖掘机的斗要略大一些，一般可以挖掘含水量不高于27%的类土石方，并且与自卸汽车配合完成整个的挖掘运输

15、作业，还可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。正铲挖掘机的挖掘方式根据开挖路线与运输车的相对位置不同，挖土和卸土方式有两种：正向挖土，反向卸土；正向挖土，侧向卸土。1.5 国外液压挖掘机的发展概况1.5.1国液压挖掘机发展概况我们国家挖掘机的生产起步比较晚，从1954年挖掘机厂生产的第一台机械式单斗挖掘机到今天，基本上经理了三个阶段：测绘仿制、自主研发和发展创新。新中国刚成立时期，我国主要以测绘仿制前联二十世纪三十到四十年代的W501、W501、W1001、W1002等型号的机械式单斗挖掘机，并由此开辟了中国挖掘机生产的历史纪元。因为国家经济建设的需求，我国先后建立了十几家挖掘机生产厂。从1967年以

16、后，中国开始自主研制液压挖掘机。二十世纪八十年代末，中国的挖掘机生产厂家已经突破30家，生产机型已经有40余种。并且中、小型的液压挖掘机已经形成系列，斗容量有0.12.5m³不等的十二个等级、20多种型号，还生产0.54.0m³的挖掘机以与大型矿用的10m³，12m³机械传动式单斗挖掘机，1m³的隧道挖掘机，4m³的长臂挖掘机，1000m³/h的推土机等，还开发研制了斗容量为0.25m³的船用挖掘机。总体来说我国挖掘机的生产批量小，生产地分散，生产工艺落后以与产品质量低等，很难与国际知名企业的挖掘机相比较，差距太大

17、。改革开放以后，我国积极引进国外的先进技术，通过生产实践积极的消化吸收，从而促进了我国挖掘机行业的迅猛发展。通过多年的努力，我国液压挖掘机产品的性能指标得到了全面性的提高，与当时国际上二十世纪八十年代的国际水平相媲美，产量也大大提高。因为中国的经济发展迅速，国对液压挖掘机的需求量也不断的增加而且多样化，由于国有大中型企业产品结构的调整，使得其他一些机械行业的制造厂商加入了液压挖掘机的生产行列。 据相关人士表明，未来中国单斗液压挖掘机应该向全液压的方向去发展，然而对于大型以与多斗挖掘机则因为液压元件的制造、装配精度要求高，以与施工现场维修条件差等原因，仍然以机械式为主。当下应该着手研究如何运用电

18、液控制技术来实现液压挖掘机操纵的自动化。1.5.2 国外挖掘机发展概况在国外，挖掘机最早的雏形出现在十六世纪意大利的威尼斯，那时还是靠人力驱动用于运河的疏浚工程。直至1836年出现了蒸汽机以后，于是诞生了由蒸汽机驱动的“动力铲”，可以模拟人的挖土工作。到1899年人们开始将电动机应用到挖掘机上，电动挖掘机也就产生了。第一次世界大战之后，汽油机和柴油机被应用到挖掘机上，从而大大改善了挖掘机的使用性能和围，也使得挖掘机得到了推广和发展。到二十世纪，液压技术的应用，让挖掘机有了质的飞跃。二十世纪五十年代液压技术开始应用于挖掘机，并出现的半液压传动的挖掘机。到二十世纪五十年代研制出了全液压的挖掘机。虽

19、然说初期研制的液压挖掘机在液压技术上有些缺陷，主要采取的机床和飞机的液压技术，其液压元件的制造质量不稳定和水平也达不到液压挖掘机所需求的标准，但是液压技术的应用还是让液压挖掘机成为了新宠。尤其是到了六十年代，出现了专门为液压挖掘机设计的液压技术和液压元件，液压挖掘机正式的踏上了蓬勃发展的道路。伴随经济发展的加快，挖掘机制造商和品种迅速增加，挖掘机的产量也迅猛增加，到了七十年代，液压挖掘机已经成为了挖掘机行业的主流产品，已占据了挖掘机市场的大部分份额。目前，我们所见的挖掘机几乎都是液压挖掘机，特别是中、小型液压挖掘已基本占据的挖掘机市场。现今液压技术不断成熟完善，加上信息技术，自动控制技术和机电

20、一体化技术的迅速发展，让未来国际上液压挖掘机行业的发展趋向更加丰富，未来挖掘机的生产和研发朝着高效化、节能化、小型化、多功能化、人性化甚至智能化的方向发展。1.6设计加工工艺概叙工艺过程是指在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程。它是生产过程主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的热处理；零件的机械加工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。一个零部件的加工工艺就是它整个的单一零件的加工工艺过程。正确的选择加工工艺可以让我们的生产在最短的时间得到最高质量、最低成本的零件，这是我们每一位设计者和生产者所追求的目标。为了达

21、到目的，我们要对零部件进行工艺分析，从单一零件的加工方式方法考虑，哪一种才是最省力、最省时、最有效、最低成本，而且在我们的能力围之的方法，所谓的精益求精可以解释一切。液压挖掘机的结构件大多为钢板材料和轴套料的组合，我们所要选择的加工工艺过程也就:热切割，钣金，焊接，车，铣，刨，钻，镗等，需要选择的设备很明显要有：火焰切割机，折弯机，焊机，车床，刨床，钻床，镗床等。应为我们所加工的是一些大型的结构件，在我们进行加工的时候可能会需要一些专机和辅助机械，例如焊接变位机，对头镗床，数控加工中心等1.7 本章小结本章针对液压挖掘机的发展过程、定义分类做了简单地介绍，并且就加工工艺给予了定义性的解释，概括

22、的描述了液压挖掘机结构件所需的加工方法和设备。第二章 液压挖掘机结构件分析与加工方法选择2.1 液压挖掘机结构件焊接工艺分析2.1.1 液压挖掘机结构件用材料与其焊接性现在液压挖掘机焊接节后见所需用的钢材绝大多数为低碳合金钢，其中以Q345（16Mn）的使用量最多，其他还包括国产的Q235、Q295、HQ60、HQ100等；日本产的SS400、SM490等；美国产的T-1；德国产的STE690等等。Q345的化学成分和力学特性如下表所示：表21 Q345的化学成分与力学特性化学 成分CSiMnSPCrMoVNi0.020.051.001.600.0450.045-0.020.15-力学 特性抗

23、拉强度Rm/Mpa屈服强度Rel/Mpa伸长率A/%冲击功Akv/J47063034521-钢的焊接性是指钢对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下，获得优良焊接接头的难易程度（工艺焊接性），以与材料在施工条件下，焊接成按规定要求设计的构件，并满足预先服役要求的能力（使用焊接性）。焊接性受母材、焊接方法、焊接构件类型以与使用要求四个方面因素的影响。工艺焊接性是指材料经焊接加工后形成完整焊接接头的能力，通常以材料对形成例如裂纹、气孔等焊接缺陷敏感性的大小，以与所采取的工艺措施的复杂程度来比较工艺焊接性的优劣。使用焊接性是指材料经过行街加工所形成的焊接接头能满足产品制造技术条件与安全服役要求的

24、程度，结构与其所采用的材料不同，具体要求和指标也不同。焊接冷裂纹 焊接冷裂纹是最危险的焊接缺陷，在日常生产中我们常常把焊接冷裂纹作为重要的考核项目之一，就低碳合金钢来说，裂纹主要发生在具有缺口效应的焊接热影响区，热影响区淬硬倾向大的钢材会因急冷容易产生焊接冷裂纹，冷裂纹可以在焊接后立即出现，也有时要经过一段时间（几个小时，几天甚至更长时间）才会出现。冷裂纹的出现会严重降低接头的塑形，开始少量出现，随时间增长逐渐增多和扩展。决定此类钢材的热影响区淬硬性的主要因素是碳当量CE，其计算公式为：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15有经验表明。如果CE0.4时，钢材的淬硬倾向

25、不大，焊接性比较好，焊接前可以不预热；如果CE=0.40.6时钢材的淬硬倾向增大，焊接前要进行与热处理，控制焊接工艺参数、环冷或者消除扩散氢等工艺措施；如果CE0.6时，钢材的淬硬倾向强，属于难焊接钢材，需要采取较高的余热温度和严格的工艺措施。挖掘机主要用钢为Q345，,其碳当量计算值为CE=0.02+1.6/6+0.15/5=0.320.4，所以说挖掘机结构件部分的焊接性较好，焊接冷裂纹敏感性较小，不需要采取预热和缓冷等工艺措施。焊接冲击韧性母材和焊接区如果有足够的强度、塑形和缺口韧性，则说明焊接结构具有可靠地使用性能。对低温下使用的挖掘机结合构件的焊接，其V型缺口冲击值的下线要达到其规定的

26、温度韧性保证值，用来防止结构在负荷时脆性破损。挖掘机结构件主要材料Q345D的焊接接头冲击试验值如下表所示：表22 Q345D钢焊接接头冲击韧性板厚（mm）焊接材料冲击部位Akv20/J规定值12ER70-G实芯焊丝焊缝92，86，922712热影响区85，94，942.1.2焊接材料选择液压挖掘机的工况条件十分恶劣, 除了载荷复杂外( 交变载荷、冲击载荷), 还受严寒地区冬季(-4O左右)作业的考验, 低温作业和载荷的冲击性是液压挖掘机工况条件的主要特点。焊接结构的钢材与焊材除应满足必要的强度和刚度要求外, 还应满足低温冲击韧度的要求。早期,液压挖掘机焊接结构件选材原则局限于满足强度要求,而

27、对钢材其它方面性考虑较少,因而在北方高寒地区作业的液压挖掘机,断裂事故时有发生。随着挖掘机在使用过程中开裂问题的不断发生，人们开始意识到焊接结构应按地区作业温度的不同选择结构用钢材,包括焊接材料,在气温偏低的地区,钢材和焊材的选择除了强度指标要求外,材料的低温冲击韧度,特别是一4 0 的冲击韧度指标,成为必须满足的条件。液压挖掘机焊接材料选择是根据结构材料的化学成分、力学性能、焊接工艺性、使用条件、焊接件的结构特点与刚性、焊接方法焊接设备和现在场环境等因素综合考虑的，必要时采取试验的方法确定。表23列出了挖掘机焊接结构件常用材料的力学性能。表23 液压挖掘机结构件材料力学性能分析钢号力学性能备

28、注 b/Mpas/ Mpa/%A/Kv（J）Q345A(16Mn)47063034521-SM490B49060034515常温47日本A633D48562034521-4027国产T-18528017-50 62美国STE69079094069016-40 31德国NK-HITEN780A78093068524-2035日本Welten78078093068024-2047日本焊接材料选择的具体原则有：等强度或者低强度匹配原则，按照液压挖掘机结构件所用钢材的强度来选择相应等强度级别的焊接材料，对受力情况复杂的焊接结构，有时也选用比母材强度级别低一级的焊接材料。例如：1 焊接Q550钢：选用焊

29、丝SLD-70或等强度工艺匹配焊材。2 焊接DOMEX650MC钢：选用焊丝SLD-70或等强度工艺匹配焊材。3 焊接20Mn2钢：选用焊丝SLD-70或等强度工艺匹配焊材。4 焊接WELDOX700钢与DOMEX700MC钢：选用焊丝SLD-70或等强度工艺匹配焊材。5 焊接WELDOX900钢与S890G1QL钢：选用焊丝UnionX90或GM120或等强度工艺匹配焊材。6 焊接WELDOX960钢：选用焊丝UnionX90或GM120或等强度工艺匹配焊材。7 焊接WELDOX1100钢：选用焊丝UnionX90或GM120或等强度工艺匹配焊材。等成分原则，选用低氢焊接材料，是为了改善液压

30、挖掘机结构件焊接接头的抗冷裂性能，要求使用低氢焊接材料，也就是焊条电弧焊采用低氢型焊条，二氧化碳气体保护焊要选用扩散氢含量低的焊丝，由于药芯焊丝的扩散氢含量高于实芯焊丝，故优先考虑使用实芯焊丝。工作条件和使用性能，低温工作情况使用时选用低温用钢焊接材料，受振动载荷和冲击载荷的要选用强度，塑性韧性高的焊接材料。操作工艺性，可根据焊缝空间位置选用适合平焊、立焊、仰焊以与全位置焊接材料。2.1.3 焊接工艺方法和装备如何选择焊接方法，应考虑到焊接制造质量和生产的效率问题，据目前液压挖掘机结构件焊接普遍使用熔化极气体保护焊（MAG）(采用80%Ar+20%CO2混合气体保护)的方法，使用全自动活半半自

31、动二氧化碳保护焊接工艺的约占到70%，为了提高生产的效率有些结构件采用了焊接专机、焊接机器人等，现在大量的焊接机器人工作站呗应用到斗杆、动臂、挖斗以与回转架的焊接。/图21 液压挖掘机焊接机器人工作站2.1.4液压挖掘机结构件焊接变形形式焊接变形主要有六种形式：角变形，纵向和横向收缩变形，弯曲变形、扭曲变形、波浪边形和错边变形。其产生原因为：收缩变形是由于焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直焊缝方向）收所引起的；角变形由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀从而引起的变形；弯曲变形由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大而引起的结构件弯曲，多出现在“T”型梁的焊接加工过程

32、中；扭曲变形由于焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的结构件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接过程中；波浪边形这种变形易发生在薄板焊接过程中。由于焊缝收缩使薄板局部引起较大的压应力而失去稳定性，焊后使构件呈波浪形。错边变形焊接过程中，由于两块板材的热膨胀系数不同，可能引起长度方向或者厚度方向上的错边。液压挖掘机结构件焊缝焊接的主要设计形式是对接焊缝和角焊缝，焊接变形主要为角变形、收缩变形和扭曲变形。焊接变形可以分为在焊接过程中发生的瞬态热变形和在温室条件下的残余变形。影响焊接变形的因素很多，但归纳起来主要有三个方面：材料性能、设计结构和焊接工艺三个方面。从主观上看，在焊接材料以与焊

33、接方法确定的前提下，就液压挖掘机结构件产生焊接变形主要原因有：结构形式设计不当，焊接时容易发生变形；焊接接头的形式、焊缝布置不合理；控制焊接变形的工艺方法应用不合理。例如：焊接方法的影响，熔焊是焊缝与其附近的母材经理了一个加热和冷却的热过程，由于温度分布不均匀，焊缝收到一次复杂的冶金过程，焊缝周围受到一次不同规的热处理，引起相应的组织和性能的变化，直接影响焊缝质量。结构件焊接变形的根本原因是焊接所产生的焊接残余应力的不均匀性造成的，造成盈利不均匀的原因主要焊丝焊接过程中构件区域存在不均匀的温度场。因此，控制焊接变形就必须控制焊接应力。按常理来说，在焊接方法确定的可以从两方面考虑改善：将结构件固

34、定，组织起变形，然后经过抛丸，整体人处理等后续工序处理方法是应力释放；使结构件不受拘束而自由收缩，使其释放应力后的工件尺寸达到设计要求。液压挖掘机结构件的焊接变形，会影响到生产工艺流程的正常进行，迫使结构件的外形尺寸和吃寻精度严重超差，焊后矫正焊接变形，是生产成本增加，还会增加机械加工、装配等后续工序的难度，并且焊接变形会降低结构件的承载能力，造成产品质量部稳定等不良后果。所以，根据焊接变形的不同形式，去控制盒消除液压挖掘机结构件的焊接变形十分重要。2.1.5液压挖掘机结构件焊接变形控制方法控制焊接变形的方法有很多，各种方法的具体应用要根据工件的实际结构形式、钢板厚度、焊接方法等具体分析确定。

35、在实际生产表明，对于液压挖掘机结构件来说，主要是控制焊接变形的工艺方法，可以通过进行控制焊接方法的应用或者几种综合应用可以有效的控制结构件的焊接变形。反变形法根据生产中已经发生的变性规律，预先把焊接件人为的加工产生一个变形，使这个变形与焊接后发生的变形方向相反而数值相等这种犯法称为反变形法。刚性固定法：焊接前将易变形的工件加以固定用来限制和减小焊接变形的方法称为房型固定法。特别是对于结构形式比较复杂，焊缝设计不对称的构件，焊缝主要集中在工件的一侧时刚性固定法可以很好的控制焊接变形，常见的方式主要是点焊拉筋，使用刚性轴，工装刚性制约以与依靠工件背对背相互制约变形的方法都可以达到控制焊接变形的目的

36、。制定合理的焊接顺序：焊接件的焊接顺序会给焊接结构件带来很大的影响，所以要针对不同的结构形式制定合理的焊接顺序。合理的焊接顺序会使焊缝自由收缩，所以要焊接收缩大的焊缝以与工作时受力大的焊缝。以下是制定合理焊接顺序的原则：对称焊缝尽量采用对称焊接；不对称的焊缝先焊接短而小、焊缝少的一侧；对于长焊缝采取分段退焊法、中间分段退焊法、跳焊法以与交替焊法。 但是也要根据结构实际状况采取相应改变措施。多层多道焊接工艺次序和方向：多层多道焊接可以提高焊缝金属质量，尤其是塑性，这是因为多层焊缝具有热处理的作用，相当于对焊缝进行了一次正火处理，因而改善了二次组织采用多层多道焊可以有效减少热输入，故有效的减小了热

37、变形量。然而多层多道焊接时正确的焊接次序以与方向可以有效的抵消焊接结构整体产生的应力和应变。以上这些方法在后续说明结构件加工顺序的时候会得到证实。2.2 对液压挖掘机逐个结构件的分析与其组装焊接方法由于结构件的某些工艺过程基本一致像下料、打磨去飞边毛刺、钣金等过程一致，就回转平台详细说明，对于其它结构件只会之处其中不同之处。2.2.1 对回转平台（上车架）的工艺设计分析与其组装焊接回转平台（上车架）主要由三部分构成：左架，右架和回转支撑架。左右架主要由薄板材经过钣金工艺成形加工，再经过焊接而成，回转支撑架主要由中厚板材经过焊接而成。它是挖掘机最重要的结构件之一，整机的工作装置、司机室、动力等都

38、是安装在它之上的。其加工工艺过程设计：由板材下料(全自动数控火焰切割机自动下料，程序由CAXA绘图再由FAST CAM生成程序进行排版切割)，对于中厚板材（超过12mm以上）一般用氧炔火焰切割，对于薄板材（10mm以下）一般用等离子切割，下料完成后经过打磨去除毛刺切割残留熔渣等；由液压折弯机或者成形压力机，对于厚板材的焊接需要对厚板材打坡口(用机械加工方法刨床或者铣床成形和火焰切割打坡口两种方法），例如回转架中间支撑板与侧板之间的焊接位置，将成形后的零件通过胎具进行定位组装点焊（左右架）或者完全焊接（回转支撑架），其中左右架部分焊缝需要直接焊接完成（为了减小焊接变形量），例如左右架槽缸和边板之

39、间的焊缝，并且左右架在在点焊完成后需要对其焊接拉筋（因为左右架的焊接属于非对称焊接，对其平面度影响会比较大）；左右架焊接完成后对其进行机械加工主要是定位孔加工，先由划线机划线定位后再由钻床钻通孔丝孔，最后将三个部件经过抛丸消除部分应力后，通过液压胎具组装 (适用于大批量生产)或者平台组装（适用于产品试制），经过最后的组焊以后，需要对回转平台的支撑座位置进行平面度加工，回转平台的加工工艺完成。对于回转平台三个部件的焊接方法可以借助于焊接变位机，可以减少焊接时间，从而提升可以生产效率。回转平台的焊接是借助于刚性固定法来完成，这种方法可以有效的减少焊接变形。如图所示：图22 液压挖掘机回转平台支撑架

40、背对背刚性固定法图23 液压挖掘机回转平台支撑架工装刚性固定法2.2.2 对行走架（下车架）工艺设计分析与其组装焊接方法行走架主要由：X 架、行走减速机安装座、履带架三部分构成。主要以中厚板材为主，焊缝比较多，而且多为坡口焊，对于焊接工艺要求比较严格，要制定固定的焊接顺序以保证其焊接变形量。其上还有链轨护板，也是简单的结构件，用以保护履带上黏着的泥土影响履带的运动。对于其下焊接基本上在胎具上完成。重要的是下车架的焊接工艺顺序是挖掘机履带架的焊接顺序：图24 液压挖掘机下车架的焊接顺序由于焊缝呈对称分布，故采用对称焊接： 上：F-RHS-R-RHF-LHS-R-LHR-LHS-F-LHR-RHS

41、-F-RH 下：R-RHS-F-LHR-LHS-R-LHF-LHS-R-RHF-RHS-F-RH。采用这样的焊接顺序可以有效的减小其焊接变形量。焊接机器人的在X架的应用如图所示：图25 液压挖掘机X架采用的焊接机器人2.2.3对动臂和斗杆的工艺设计分析与其组装焊接由于动臂和斗杆都属于箱体式焊接件，在这里可以一起分析。动臂和斗杆主要是坡口焊而且是长焊缝，对于人工焊接来说会比较困难，因为人工焊接很难达到一次焊接完成，多段焊接会影响其使用性能，我们一般采用焊接机器人来完成，可以避免这个潜在的危险，使其使用性能大大提高。箱体式的结构件的有些轴套需要经过机械加工，跟它们配套使用的还有连杆和摇臂也属于结构

42、件，相比来说其加工过程比较简单不复杂而且工艺步骤也少。对于斗杆动臂的组装我们以轴套（轴套先用车床经过粗加工，留出一定的加工量为后面焊接后的精加工做准备）为基准对它们进行组装，组装时进行点焊定形，再用焊接机器人进行焊接。如下面两图所示：图26斗杆焊接机器人图27 动臂焊接机器人2.2.4对挖斗的工艺设计分析与其组装焊接挖斗是挖掘机直接执行工况的易损元件，所以挖斗的斗型、强度、焊缝、板材等参数直接决定其使用寿命。主要元件有斗齿，斗齿座。挖斗的焊接中，对于斗齿座板与斗齿座的焊接有特殊要求，焊接前要先预热，焊后要经过24小时以上的保温时间，这样可以提高焊接韧性。在组装时，一般以侧刃板为基准，用卷板机对

43、斗板成形，然后点焊组装各个零件。挖斗的焊接也属于对称焊缝焊接，大多数用人工焊接也有焊接机器人焊接，对于大批量生产我们可以用焊接机器人焊接，对于产品试制火小批量生产我们可以一般采用人工手动焊接，因为要对小批量生产或试制产品制作夹具和工装费时费力而且增加成本，得不偿失。大批量的生产采用焊接机器人则可以提高生产效率，提高产品质量的稳定性等诸多优点。挖斗焊接机器人如下图所示：图28 挖斗焊接机器人2.3 焊接工艺规程T 91861999二氧化碳气体保护焊工艺规程适用于直径不超过1.6mm实芯焊丝的、结构钢的二氧化碳气体保护半自动和自动焊接工艺，不涉与二氧化碳保护点焊与气电立焊工艺。2.3.1 焊接准备

44、1)坡口形式与尺寸坡口形式与尺寸与接头型式、板厚、焊接位置、施工条件等因素有关，按GBT985-1988气焊、手工电弧焊与气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸选用。平焊位置施焊，若焊枪喷嘴不需伸入坡口时，坡口角度应选下限。2)非全熔透性焊缝的熔透深度S0.7即可，否则应注明熔透深度的具体数据。3)焊丝、坡口与坡口周围1020mm围必须保持清洁，不得有影响焊接质量的铁锈、油污、水和涂料等异物。4)应根据工艺评定试验的结果编制产品的焊接工艺，以确定是否焊前预热、预热规、层间温度、焊接工艺参数以与是否焊后热处理与热处理规等。工艺评定的容和要求，可根据产品技术要求或供需双方协商的结果由制造厂拟定，并经制

45、造厂技术负责人批准后执行。工艺评定试验结果应存档备查。2.3.2 焊接工艺参数选择(1)工艺评定试验的焊接工艺参数选择1)焊丝直径可按下表选用焊丝。2)焊丝伸出长度。表21 母材厚度与焊丝直径对照表母材厚度/mm44焊丝直径/mm0.51.21.O1.6焊丝伸出长度与焊丝直径、焊接电流与焊接电压有关。焊接过程中，导电嘴到母材间的距离一般为焊丝直径的1015倍。3)焊接电流a在保证母材焊透又不致烧穿的原则下，应根据母材厚度、接头形式以与焊丝直径正确选用焊接电流。b各种直径焊丝的常用的焊接电流围见下表。表22 焊接电流与焊丝直径对照表焊丝直径/mm0.50.60.8焊接电流/A3070499050

46、120焊丝直径/mm1.01.21.6焊接电流/A7018090350150500c.立焊、仰焊时以与对接接头横焊焊缝表面焊道的施焊，当所用焊丝直径1.0mm时，应选用较小的焊接电流，见下表。表23 焊接电流与焊丝直径对照表焊丝直径/mm1.01.2焊接电流/A70120901504）电弧电压a电弧电压必须与焊接电流合理的匹配。不同直径的焊丝常用电流与相应电弧电压的匹配关系见图。b提高电弧电压，可以显著增大焊缝宽度。5)焊接速度a半自动焊时，焊接速度一般不超过30m/h；自动焊时，焊接速度不超过90m/h。b焊接速度应能满足不同种类钢材对焊接线能量的要求。6)气体流量a.当焊丝直径小于或等于1

47、.2mm时，气体流量一般为615L/min；焊丝直径大于1.2mm时，气体流量应取1525L/2nin。b焊接电流越大，焊接速度越高，在室外焊接以与仰焊时，应采用较大的气体流量。(2)推荐使用的半自动与自动焊工艺参数见下表所示。表24 推荐的半自动与自动焊工艺参数（/T9186-1999）接头形式母材厚度mm坡口形式焊接位置垫板焊丝直径mm焊接电流A电弧电压V气体流量L/min自动焊速度m/h极性对接接头1/2型F无0.5/1.235/12017/216.1/218/35直流反接有40/15018/2318/30V无0.5/0.835/10016/198/15/2/4.5F0.8/1.2100

48、/23020/2610/1520/30有0.8/1.6120/26021/27V无0.8/1.070/12017/20/5/9F1.2/1.6200/40023/4015/2020/42有250/42026/4115/2518/3510/12无1.6350/45032/4320/2520/425/40单边V型1.2/1.6200/45023/4315/25有250/45026/4320/2518/35V无0.8/1.2100/15017/2110/15/H1.2/1.6200/40023/4015/255/50V型F200/45023/4320/42有250/45026/4320/2518/3

49、5V无0.8/1.2100/15017/2110/15/10/80K型F1.2/1.6200/45023/4315/2520/42V0.8/1.2100/15017/2110/15/H1.2/1.6200/40023/4015/2510/100X型F200/45023/4320/42V1.0/1.2100/15019/2110/15/20/60U型F1.2/1.6200/45023/4320/2520/4240/100双U18/21T型接头1/2型F无0.5/1.240/12016/196/1218/35直流反接V0.5/0.835/10018/21/H0.5/1.240/12020/262/

50、4.5F0.8/1.6100/23017/2010/1520/30V0.8/1.070/12017/20/H0.8/1.6100/23020/265/60F无1.2/1.6200/45023/4315/2520/42V0.8/1.2100/15017/2110/15/H1.2/1.6200/45023/4315/255/40单边V型F20/42有250/45026/4320/2518/35V无0.8/1.2100/15017/2110/15H1.2/1.6200/40023/4015/255/80K型F200/45023/4320/42V0.8/1.2100/15018/2110/15H1.2

51、/1.6200/40016/1815/20角接接头1/2型F0.5/1.240/12018/216/1220/35V0.5/0.835/8016/18/H0.5/1.240/12018/212/4.5F0.8/1.6100/23020/2610/1520/30V0.8/1.070/12017/20/H0.8/1.6100/23020/265/30F1.2/1.6200/45023/4320/2520/42V0.8/1.2100/15017/2110/15/H1.2/1.6200/40023/4015/255/40单边V型F200/45023/4320/42有250/45026/4320/251

52、8/35V无0.8/1.2100/15017/2110/15/H1.2/1.6200/40023/4015/255/50V型F200/45023/4320/42有250/45026/4320/2518/35V无0.8/1.2100/15017/2110/15/1080K型F1.2/1.6200/45023/4015/2520/42V0.8/1.2100/15017/2610/15/H1.2/1.6200/40023/4015/25搭接接头14.5/0.5/1.240/23017/268/155301.2/1.6200/40023/4015/25注：焊接位置代号：F-平焊位置；V-立焊位置；H-横焊位置。表25 定位焊缝的长度和间距 mm（/T9186-1999）板厚/mm定位焊缝长度定位焊缝间距2812507026122070200620502005002.3.3 焊接过程1)必须根据被焊工件结构的特点，选择合理的焊接顺序。2)定位焊缝应有足够的强度，一般定位焊缝的长度和间距见表5。如发现定位焊缝有夹渣、气孔和裂纹等缺陷，应将缺陷部分除尽后再补焊。3)立焊时可采用立向下焊。焊接时应注意防止未熔合缺陷的产生。4)保护气体应有足够的流量并保持层流，应与时清除附在