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工程液压油缸关键焊缝焊接技术研究
王志峰①1，王凯2，赵静2，靳洪斌2
(1：首都航天机械公司，北京 100076；2：燕山大学，河北 秦皇岛 066004)
摘 要：液压缸缸筒与缸头、缸筒与油口的焊接部位是液压缸漏油的最频发部位，其焊缝质量是关系液压油缸成品率，液压油缸质量、性能的关键因素，焊接不良时会导致焊缝处的漏油，严重影响整机性能，甚至造成严重事故。对其进行返修补焊，又费时费力，大大降低了液压缸生产效率。针对油缸复杂焊缝焊接机理和工艺过程进行了研究，提出了新的工艺路线和焊接方案，并制定了焊接工艺规范，取得了非常显著的效果。
关 键 词：焊接；焊缝；漏油；焊接工艺
1 引言
随着现代科技的突飞猛进，对焊接工艺的要求也越来越高，例如液压行业使用最广泛的执行元件——液压缸，看似结构简单，焊接的部位也少，但是这些焊缝恰恰是影响液压缸质量的关键因素。液压缸缸筒与缸头、缸筒与油口的焊接部位是液压缸漏油的最频发部位，其焊缝质量直接影响液压油缸成品率，焊接不良时会导致焊缝处的漏油，严重影响整机性能，甚至造成整条生产线的严重事故。对其进行返修补焊，又费时费力，大大降低了液压缸生产效率。图1所示了缸筒的各焊接部位。
2 漏油焊缝机理分析
2．1 焊接变形与开裂引起焊缝漏油
液压缸焊缝漏油故障有的在出厂试验时可立即检测出，有的则是在工作一段时间后出现了漏油状况。针对其漏油的原因，经过大量试验测试、分析，发现主要原因有：
1)焊接时缸筒局部预热不足，焊接时缸筒局部高温，加之冷却处理不当，导致缸筒受到较大的应力而发生变形，从而焊缝处出现裂纹现象；
2)焊接零部件外形出现明显棱角和尖点，导致相应焊接部位焊缝应力高度集中，焊缝变形并出现裂纹。如图2所示，图中的缸筒受到了严重变形，形状从焊接前的圆形变成了焊接后的椭圆形状，变形量为0．2～0．3mm，而经实践证明，可接受的变形量为0．02～0．03mm，出现这种情况，可想而知，不仅无法保证焊缝质量，而且无法保证装配质量，焊缝漏油及缸筒内外泄油也成为必然结果。
2．2 焊缝气孔引起焊缝漏油(见图3)
焊缝气孔是导致油缸漏油的另一因素，所谓气孔指的是气体在焊缝中形成的孔洞。它的存在减少了焊缝有效的截面积，使应力集中，破坏了焊缝的致密性，当焊缝受到高压油液压迫时致使焊缝出现漏油现象。主要原因有：
1)由于焊接参数选择不当和焊接环境保护不当，通风
过度，导致焊缝有气孔，焊缝致密性、强度不够；
2) 焊接部位焊前清洁度不够，焊渣清理不彻底，多余物颗粒的存在形成了气孔核心及焊接不均匀颗粒核心，导致焊缝致密性、强度严重降低，在高压油液渗透下，最终导致焊缝漏油。
3 焊缝质量实验研究
3．1 实验工艺方案
针对上述焊接缺陷，为了深入剖析焊缝机理，制定更为合理的工艺规程，进行了如下实验(注：实验中的所有焊接零部件材料均为45#钢)：
1)用T502焊条焊中、小型油缸油口和油管。油口有方形与圆形两种，焊缝形状均为角焊缝；
2)用富氩保护焊焊接中、小型油缸的缸头、油口架座与法兰。缸头与缸筒之间的焊缝为对接焊缝，油口架座与缸筒、法兰与缸筒的焊缝均为角焊缝；
3)用T506焊条焊接中、小型油缸的油口和油管。焊缝形状均为角焊缝；
4)用CO2气体保护焊焊接大型油缸的缸头。焊缝形状为对接焊缝；
5)毛坯焊油口全部用机器人焊接，焊缝形状为角焊缝。
3．2 试验过程
以某型液压缸缸头焊接为例，随机选取15对缸筒和缸头，分成5组，每组采用不同的焊接参数进行焊接，分别测量各样品焊接前后的缸筒焊接部位的内圆尺寸。由于篇幅有限，仅将试验效果较好的三组试验参数及数据列入表1和表2：
通过试验数据的比较可以得出。第1组的焊接效果最好。
3．3 实验结果
1)用502焊条焊接油口油管，焊缝美观、飞溅小，但易出现裂纹形成漏油，用富氩保护焊接，焊接致密性强，焊缝美观，焊口质量可靠，飞溅小，但热变形区大。
2)用T506焊条焊接油口油管，焊口质量稳定，但飞溅大，要求操作人员技术水平高。
3)用CO2气体保护焊接缸缸头热变形小，焊口质量稳定，但飞溅大。点焊参数为110A、20V、5mm/s(端法兰焊缝规则，采用机器人自动焊)。
改进工艺前后机器人焊接参数如表3和表4。
3．4 工艺要求
从实验可以得出避免和降低液压缸焊缝质量的工艺要求如下：
1)油缸毛坯焊油口(精镗孔前)全部用机器人焊接，采用富氩保护焊(80%氩气、20%二氧化碳)焊接方法，采用多工位焊接。
2)油缸焊接法兰上下面均用机器人焊接，采用富氩保护焊(80%氩气、20%二氧化碳)焊接方法。下面45°大焊角焊接用同样的方法在专用工装焊接。
3)油管和油口由于空间限制，均用手工焊接，采用T5063．5或4焊条，油管直接和缸筒焊接时用3．5焊条。
4)不同钢号的两个零部件焊接时，预热温度按预热要求较高的钢号选取；
5)焊接速度：半自动焊不超过0．5m/min，自动焊不超过1．5m/min。
6)当焊接电流较大或速度较快时或焊丝伸出长度较长或在室外焊接时，增大氩气体流量。
7)当气瓶内的压力低于1MPa时，停止使用，以免产生气孔。
8)焊丝伸出长，其上的电阻热增加、融化快，有利于提高生产率，但是，焊丝过热容易造成成段熔断，飞溅严重，焊接过程不稳定，同时，伸出增大后喷嘴与焊件之间的距离亦增大，气体保护焊效果较差。焊丝合适的伸出长度，粗焊丝为其直径的10～12倍，细焊丝为其直径的8～15倍为宜。
9)方形油口与缸筒连接处结构改为圆弧过渡，每次焊前清理焊渣及多余物，焊缝形状由凸型改为凹型，增加焊接处冷却工装。
3．5 工艺改进的效果
经过上述实验，改进焊接工艺及焊接方法，油缸焊接质量有明显提升，如图4所示，7～8月份为工艺改进前的不合格数，从9月份开始进行工艺改进，可以看到不合格数明显减低。
4 结论
虽然缸筒在进行焊接时产生的热变形很大，也会产生单个或成堆密集的气孔，但是只要认真地分析好引起变形的主次原因，采取确实有效可行的焊接施工措施，在施工过程中，就完全能够控制焊接时的热变形。本文通过对油缸复杂焊缝焊接机理和工艺进行研究，提出了工程油缸复杂焊缝焊接新的工艺路线和焊接方案，并通过实验验证提出制定了相应的焊接工艺规范，应用于同类型油缸的焊接，取得了非常显著的效果，具有推广价值。
参 考 文 献：
[1] 赵静一．液压气动系统常见故障分析与处理[M]．化学工业出版社，2009－5－1．
[2] 任志萍，张克民．液压缸筒CO2自动焊接[J]．太原经济管理干部学院学报，2004(z1)，192－193．
[3] 任芝兰．液压缸体的焊接[J]．新技术新工艺，2005(6)，52－53．
[4] 蒋志林．不预热焊条电弧焊接液压活塞杆[J]．实践与探索，2011(30)，178－178．
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