工程机械大型结构件的焊接和机加工技术分析

工程机械大型结构件的焊接和机加工技术分析

高兴 

320882198804082419  江苏沐勋建设工程有限公司 225200

摘要：大型结构件的焊接及制造技术对结构件的质量及使用性能有很大的影响。工程机械中的大型结构件是由钢结构焊接而成的大零件。大型结构件除由板材焊接而成外，还包括锻件、铸件、板材等。工程机械中的大型结构件，其结构形式十分复杂，且存在焊接缺陷。因而，在制造及应用时，若不能对其焊接变形进行有效控制，将极大地影响设备的使用寿命，甚至造成焊缝缺陷的形成。因此，对工程机械焊接结构件的焊接与机加工工艺进行深入的研究，对于今后的工业研发与创新，将起到积极的推动作用。

关键词：工程机械；大型结构件；焊接；机加工技术

引言：

目前，大型结构件的生产总量约为45%，但其制造工艺仍存在诸多问题。相对于其它制造方式，利用焊接技术实现大型结构件的高效制造，对复杂难加工结构件具有显著的加工优势。虽然结构件的焊接工艺已有较大进步，但是在实际的焊接施工中，结构件由于残余焊接应力的存在，经常发生变形，严重影响结构件的质量。

一、工程机械大型结构件的定义

工程机械在建筑、矿山、农业、交通运输等方面扮演着举足轻重的角色，其中，大型结构件是其中的重要组成部分，其质量与性能的好坏，将直接关系到整个施工作业的效率与安全性。工程机械中的大型结构部件，是指对其起到主要支承作用的结构部件。这些构件一般都是大型的，如起重臂、铲斗、挖掘机车架、起重机吊臂、塔架等，承受着重力，惯性，冲击等多种载荷。在大型构件的设计与加工过程中，有许多因素是需要加以考虑的。首先，必须有足够的强度和硬度来经受住运行时的载荷，并且保证机器的稳定。其次，构件的质量与可靠性也是十分重要的，为提高施工设备的使用效率，大型结构件在保证其强度与可靠度的前提下，也要尽量实现轻量化[1]。

二、大型结构件产生焊接变形的原因

（一）焊接应力的影响

焊接应力是影响结构件焊接变形的重要因素。在结构部件上的每一次焊接，都将在一定范围内产生一定的焊接应力。结构件在焊接时，由于其自身的复杂程度，其焊接应力的大小也是不同的。随着焊接结构的复杂性，对其应力大小及方向的预测也越来越困难，焊接应力及变形将更为复杂。

（二）结构设计不合理

在结构设计时，若有不当之处，极易造成焊接构件的严重变形。当焊缝数量太多时，其设计截面较大，且不均匀，会造成较大的焊缝变形。

（三）焊接工艺不合理

焊接过程是否合理，直接关系到产品的质量和生产效率。结构件产生的大量焊接变形与焊接设备的选择、焊接参数的选择和顺序的选择等都有直接的关系。所以，在确定大型结构件的焊接技术时，必须对其进行合理的选择。

三、工程机械大型结构件的机加工工艺

（一）机加工工序

加工工艺对零件的精度、质量及性能有很大的影响。第一，原料的调配。选用适当的材料是确保构件质量的前提。在生产之前，必须对原料进行检验，以保证其质量合格。同时，按照设计要求，对零件进行切削，得到所需的尺寸。第二，对加工基准进行定义。如何选用合适的加工标准，直接关系到结构件的精度。为了保证精度，这些数据必须有较好的平整度和垂直度。第三，粗加工处理。这一阶段的首要任务就是去掉过多的物料，并迅速地塑造出构件的基本外形。常用的切削方式有铣、钻等。粗加工时，要注意工艺参数的选取，以防止切削过度，减少工具的磨损。第四，精加工是关键步骤。包括了对结构部件的精确控制。结构件在尺寸、外形及表面质量上均达到了设计要求。此外，还需对其进行热处理。热处理后，机械性能得到了明显的提高，结构件的强韧化程度也得到了很大的提高。常用的热处理工艺有正火、淬火、回火等。在实际生产中，应根据不同的材质、不同的要求，选用适当的热处理时间及工艺参数。第五，是对产品的表面进行加工。为了改善结构部件的防腐性能和美观性，应按需要对其进行喷砂、涂装、电镀等表面处理[2]。

（二）机加工设备

在工程机械中，大型结构件的连接部分，一般都是采用机械加工的方法。大型结构件加工设备的精度直接关系到其制造质量与生产率。由于我国在这方面的研究起步比较晚，所以其技术水平还远远落后于国外的先进水平。造成这一差异的原因，是由于机加工设备的利用率较低，以及对大型结构件的加工质量没有很好的控制。随着国内工程机械行业的持续发展，对其研究开发的投入越来越大，对研发经费的投入也越来越多，其技术性能也越来越好，其中的大型结构件的生产与运营方式也在不断地进行创新，高效率的加工设备也在持续使用。当前，国内施工机械装备的工艺水平在不断提升，大型结构件的制造质量与效率都在不断提升。但是，为了保证产品的品质，也有部分企业在生产特种结构件时，常选用国外生产的加工设备。

四、工程机械焊接结构件的高效机加工技术

（一）应用智能信息技术

工程机械中的大型结构件，由于其尺寸大、重量大、形状复杂，在加工中遇到了很多难题。采用常规方法，既费时又费力，且不能保证加工的精度与效率。为了解决上述问题，智能化的信息技术应运而生。第一，运用计算机辅助设计软件，实现大型结构件的数字化编程与仿真，及早发现问题，优化制造工艺。第二，以数控机床和工业机器人为代表的智能化加工设备，能够实现高精度、高效率的加工，并且能够根据需要做出相应的调节。第三，数据的采集和处理，对加工工艺参数、设备运行状况等进行了实时的采集。第四，采用物联网技术对工艺设备进行远程监测与管理，并对其工作状态进行实时记录，便于维修维护。在工程机械中，采用智能化信息技术，可以有效地提高制造过程中的大型结构件的精度与效率，同时也可以减少生产成本，减少工人的劳动强度。随着现代信息技术的不断发展，大型构件的制造工艺已成为一种必然趋势。

（二）应用激光加工技术

激光加工是一种采用高能量密度的激光，在材料表面进行切削、焊接、钻削、切削等加工。与常规工艺比较，激光加工有很多优势。（1）该技术能够实现对大口径结构件的高精度制造，实现微米量级以上的高精度制造。（2）快速的激光加工能极大地提高制造效率和缩短制造时间。在大型结构件的加工中，激光切削是一种常用的加工方法。采用激光切割技术，能对板材、管材等大型结构件进行精确切割，具有较高的切割精度和较低的变形率。相对于传统的等离子切割、火焰切割等方式，激光切割具有较好的切割效果，同时也降低了材料的浪费，降低了后续的加工工作量。采用激光焊接技术可获得高强、优质的焊缝，改善结构件的综合性能及可靠性。除切削、焊接外，雷射制程也可应用在其他方面，如钻孔、表面处理等。比如，在大型结构件上，可以采用微细孔制造，也可以采用激光硬化、熔敷等方法，改善结构件的耐磨、抗腐蚀性能。但是，目前的激光制造技术还存在很多问题。激光器的造价比较高，初期投入也比较大。另外，对于一些特殊的材料、复杂的构件，还需进行深入的研究，并进行工艺优化[3]。

结语：

综上所述，在大型工程机械结构件的生产工艺中，焊接与机加工工艺是至关重要的，通过对焊接工艺的优化、加工的精确控制等方面的研究，能够有效地改善结构件的性能与质量，保证其安全、可靠地工作。高效率的机加工工艺是降低生产成本、扩大市场份额的一个重要途径。大型结构件制造难度大，需通过对其焊接及机加工工艺进行优化，提升其焊接质量、效率，提升其制造质量与效率。

参考文献：

[1]夏小君,花蓉.工程机械焊接结构件的高效机加工工艺研究[J].中国金属通报,2021,(03):235-236.

[2]王明.工程机械焊接技术发展与创新思路[J].湖北农机化,2020,(14):115-116.

[3]杨立勇.工程机械结构件的焊接工艺现状与发展趋势[J].信息记录材料,2019,20(12):37-38.