XZA800活塞杆支板焊缝漏油分析与优化

XZA800活塞杆支板焊缝漏油分析与优化

李斯 田传坝

徐州徐工液压件有限公司 221000

摘要：XZA800活塞杆支板焊缝在9点到3点位置易出现漏油现象，漏油率达2%。本文针对活塞杆支板焊缝漏油问题进行技术分析，从而得出了漏油原因和解决方案。通过改变焊缝形式、改进焊接工装、优化焊接工艺等措施使XZA800活塞杆的漏油率降到0.2%，漏油问题得到了有效的控制，从而提高了产品质量。

关键词： 焊缝漏油 优化工艺 船形焊缝 焊接工装 焊接专机

1.引言

近年来，随着工程机械行业的快速发展，液压油缸在工程机械行业的运用越来越广泛，市场对液压油缸的数量和质量也提出了越来越高的要求，焊接质量的好坏直接影响到油缸的平稳运行和使用寿命，是质量控制的关键和难点。

XZA800系列悬挂油缸是轮式起重机的配套产品，安装在车桥底部，起到缓冲、减震的作用，可根据不同工况的要求适时升高或着降低起重机底盘，使起重机具有通过复杂路面的良好能力。悬挂油缸设计比较特殊，进出油管被设计活塞杆内部，活塞杆支板的焊缝漏油也同时发生在油缸内部，外部环境不具备维修条件，必须返厂维修，这严重影响了整机性能和分厂的生产进度，甚至有可能造成重大安全事故，给客户和公司带来难以弥补的损失。因此解决XZA800系列悬挂油缸支板焊接漏油问题迫在眉睫。

2.问题描述

2.1 XZA800系列悬挂油缸结构与其焊接工艺

XZA800活塞杆是由杆体、支板、芯管和缸底等四部分组焊而成，芯管穿入并焊接在活塞杆内。

杆体的材质为27SiMn，支板为45号钢。根据工艺路线，先焊接杆体和支板，然后焊接芯管和缸底，最后在40MPa的压力下进行试压并保压5min。使用OTC-500S焊机，采用Φ1.2mm的ER50-6焊丝、CO₂与Ar的混合气体（Ar体积比为80％，CO₂为20％）手工旋转360°，一次性焊接完成一个7 mm 的环形角焊缝，焊缝进行机加工。

2.2 问题现状

通过对漏油活塞杆的分析可以发现，焊缝缺陷多出现在活塞杆杆体与支板焊缝连接位置，以焊工焊接工件面为基准，其漏油部位多出现在焊缝的9点钟到3点钟位置。这是因为9点钟到3点钟的位置受焊枪保护套的影响不易观察熔池，从而使焊枪角度发生变化时焊丝难以对准焊缝中心，焊丝偏向支板一侧。通过超声波探伤和对漏油部位的分层打磨等方法分析可知，焊缝缺陷是造成油缸漏油的主要原因。焊缝有气孔、未熔合、咬边、夹渣、焊缝成型差等缺陷。

3原因分析

造成焊接缺陷的原因有以下几种可能：

经过机加工的焊接件表面，虽然表面有金属光泽、无水、无锈，但仍留存有干燥的切削液，普通的擦拭不能完全去除，焊接时会增加出现气孔的机率。

焊缝需一次性焊接完成，焊接时由于空间狭小，焊接位置部分受限，特别是受到焊枪保护套的影响不易观察焊缝的点钟9到3点钟位置，焊枪角度变化快、焊接速度不能保证，从而导致焊丝未能对准焊缝中心偏向支板一侧，形成未熔合、咬边等不美观现象。在9点到3点位置不便观察而微微提升焊枪的高度，容易造成焊丝干伸长过长，增加了出现气孔的几率。

焊缝坡口为直角角焊缝形式，焊接有效截面积小 、结合力弱，在瞬时大应力的作用下存在一定的安全隐患。为满足焊缝外观及尺寸要求，焊缝会被机加工成7×7mm的角焊缝。这会使内部缺陷进一步暴露，特别是在难以保证的起弧点和收弧点部位。

正是这些问题的存在产生焊接缺陷，从而直接导致焊缝质量降低，在使用过程中出现活塞杆漏油的情况。

4 解决措施

4.1焊缝形式优化

针对上述问题，可以通过以下几种方法来解决：用清洗剂和擦拭纸将焊件坡口清理干净，直至无油、无脂，或放在清洗箱用高压清洗枪冲洗擦拭干净再使用。在不影响结构及性能的情况，将原直角焊缝改为单边坡口角焊缝。这样不仅增加了焊缝的有效截面积，提高了产品的安全性，同时也相应的增加焊接层数，第一层的小电流打底焊接，降低了拼焊点的高度、平滑了焊道，同时对第二层焊缝又进行了预热，第二层焊缝对于第一层焊缝而言等于是进行后热处理，这对获得优良的焊缝均有积极的意义。

4.2 船形焊接工装

原焊接方式为手工焊接，焊接空间小、焊接时部分焊缝不易观察、焊速不均匀、焊缝成形不美观、焊脚尺寸超差大、焊缝需机加工等。根据活塞杆内孔具有较好的同轴度这一特点，利用一些废旧机构制作一焊接工装，利用工装焊接可以得到船形焊缝，可很好的解决上述问题。活塞杆放在工装上可以倾斜45°，利用夹具使焊枪垂直于焊道，这样能够得到船形焊缝。焊接时手动控制转速焊枪不能运弧。

经过试压测试，使用焊接工装焊接的焊缝无漏油，内部探伤未发现气孔等缺陷，焊缝成形较之前的手工焊有明显的改观。但由于手工转动活塞杆转速不均匀、不易调节角度，焊缝会存有夹渣、未熔合的风险，部分焊角尺寸不能满足设计尺寸的要求，仍需对焊缝进行机加工。

焊接过程中焊枪无摆动，不利于气孔从熔池中快速逸出，因此对焊工的操作技能有较高的要求，故采用焊接工装不能完全满足生产要求，还需对焊接工装进行进一步改进。

4.3 焊接专机

为进一步改善焊接性能和焊后形貌，将工件改为焊接专机焊接，焊接专机可将工件倾斜40°~70°的设备，有利于工件实现船形位置焊接，并且可以实现自动提枪、摆枪、转速可调、预设参数等功能，原为手工平角焊，现改为将工件倾斜45°的焊接专机焊接，原来的部分工艺参数已不能满足焊接专机的需要，必须作适当的修改。

定义焊缝最低点为6点钟位置并设为基点，焊接过程中使工件沿顺时针方向转动，并且保持焊枪在5点钟位置，从而使熔池随着工件的转动到达6点钟位置，即平焊位置。这样可避免因熔池下淌造成的夹渣或成型不良的鱼脊骨式焊缝。

为了增加焊缝的有效截面积，焊接前给支板预设了45°倒角，焊接填充量也随之增加，原来一层一道的焊缝需改为两层焊接。根据坡口大小、焊缝大小以及工件倾斜的状况确定了两种焊接方案——双层双道焊和两层三道焊。

通过对焊后数据的分析和焊缝形貌的观察可以发现，双层双道焊接成形良好，焊脚尺寸可控性好，可以减少机加工工序，采用超声波对焊缝检验也未发现缺陷。与双层双道焊相比，两层三道焊焊缝表面存在股沟不平滑、焊脚尺寸超差大、成形不美观的现象。焊接过程中，两层三道焊较双层双道焊转速快，容易出现焊丝带着熔池跑的现象，从而增加未熔合的风险。两层三道焊的生产效率低、调节频繁、自动化水平差。因此双层双道焊更符合产品的焊接要求。

4.4 两种焊接方式对比结论

通过对比两组新的焊接方式的焊接试验可以得出结论：焊接专机的焊接方式能完全满足XZA800液压油缸的焊接要求，焊接工装在焊缝外观和焊接操作上仍有一定的缺陷。焊接专机在加工速度、焊脚尺寸大小、人机功效、可减少一道工序等方面更占优势，因此优先推荐焊接专机。

5 总结

通过上述对比实验可以得出以下结论：焊接缺陷是造成XZA800型液压油缸漏油的主要原因，其中以气孔和未熔合对漏油的影响最大，焊接工装和焊接专机与手工焊相比可以有效的减少漏油率，焊接专机与焊接工装相比，焊接专机在加工速度、焊脚尺寸大小、人机功效等方面更占优势，效果也更好，同时又能减少一道机加工工工序。

通过三个月的统计分析，产品质量返修率由2%降到0.2%，此改进方法使活塞杆支板焊缝漏油率大大下降，减少了修复时间，提高了产品质量，为公司赢得了声誉。相比改进前的漏油年返修费用较改进后可节约10万元，此方案得到了分厂的认同，形成工艺文件，进而在产线进行推广，为分厂生产质量与效率的提高做出了巨大作用。

参考文献：

[1]陈裕川.钢制压力容器焊接工艺第二版[M].机械工业出版社,2007.

[2]郭晶.焊接材料选择原则和实践[J].石油化工设备，2001.

[3]陈焕明.焊接工装设计基础[M].机械工业出版社，2004.

[4]陈伯蠡《 焊接工程缺欠分析与对策》 机械工业出版社2006年1月出版

[5]陈裕川《焊接工艺设计与实例分析 》机械工业出版社2010年1月出版

[6]《活塞杆焊接作业指导书》两层两道焊实验表