引言：

随着我国经济的快速发展，城市化进程也不断加快，基础设施建设的投入越来越大，相应地对混凝土泵车的需求量也不断增加。混凝土泵车是一种建筑工程中常用的起重设备，它能够实现混凝土浇筑、输送和泵送等多种功能，其广泛应用于建筑工程施工中。目前国内泵车市场份额主要被日本和德国企业所占据，而在这两个国家中日本和德国的泵车制造技术最为先进，具有明显的技术优势。但从目前我国泵车制造市场来看，我国泵车制造企业主要采用传统的铆焊工艺生产混凝土泵车臂架，由于铆焊工艺存在很多问题，所以需要对其进行优化改进，从而有效控制焊接变形。

一、混凝土泵车臂架结构及制造工艺分析

1.泵车臂架结构特点

泵车臂架结构形式通常为折弯式，由多个分节组成。分节的材质一般为Q235A、Q355A等，各节臂之间以销轴连接。泵车臂架的主要结构组成有：臂架油缸、支腿、行走机构和回转机构等。臂架的油缸长度一般为3-10m，油缸数量为1-5个。支腿采用多节铰接式结构，支腿由多节臂组合而成，一般采用销轴连接，以提高可靠性和稳定性。行走机构采用两台混凝土泵车行走机构，由行走驱动装置、液压系统、制动系统和电气控制系统组成。回转机构采用液压缸和电气控制系统组成，用于实现臂架的水平旋转和垂直旋转功能。

2.传统铆焊工艺流程

泵车臂架传统铆焊工艺流程为：下料-定位-划线-组立-铆焊-打磨-喷漆-检测。其中，下料工序是焊接的基础，在组立臂架的过程中需要进行定位，包括上下底板定位、立柱定位、主梁定位等。组立工序完成后，需要对臂架进行划线，并根据划线对臂架的外形尺寸进行测量和修整，同时还需完成臂架主梁的铆焊工作。铆焊工序是焊接的关键环节，在铆焊过程中需要先进行预拼装工作，之后再进行正式的焊接。整个工序完成后需要对臂架的外形尺寸、重量以及焊接变形等进行检测，以保证质量达标。在铆焊过程中，如果操作不当很容易产生较大变形或扭曲等问题，对后续的装配工作造成不利影响。

二、焊接变形的形成机理与影响因素

1.焊接热输入与变形关系

焊接过程中，能量在焊接构件的熔池中通过电弧作用加热和冷却，同时伴随着热量的传递和传递形式的变化，使得熔池内的温度、体积和熔敷金属的形态发生改变，从而产生焊接变形。影响焊接变形的主要因素是热输入和焊件温度。在一定条件下，焊接热输入越大，焊件的变形越大；而在一定条件下，焊件温度越高，其变形就越小。在其他因素相同的条件下，焊件厚度增加一倍时，其横向变形量将减少一半；焊件厚度增加一倍时，其纵向变形量将增加一倍。因此，对于厚度较小的焊件或薄板结构，焊接时应尽量选择较小的焊接热输入；而对于厚壁结构或结构复杂的焊接件来说则应尽量采用大一点的焊接热输入。

2.材料性能对焊接变形的影响

由于混凝土泵车臂架在制造过程中采用的材料是碳素结构钢，其熔点较低，一般在1800℃左右，如果材料的熔点较低，则其在焊接过程中的热输入较大，从而产生较大的焊接变形。同时，材料的线膨胀系数较大，焊接过程中其热膨胀系数较大，会使结构发生较大的变形。

3.结构几何形状对变形的影响

由于混凝土泵车臂架制造是在低温环境下进行的，并且由于装配和焊接的缘故，在焊接过程中会产生一定的热应力和收缩应力，而由于结构的几何形状不同，导致其在热应力和收缩应力等方面存在着很大的差异。

三、混凝土泵车臂架铆焊制造工艺优化

1.优化焊接工艺参数选择

在进行混凝土泵车臂架铆焊制造过程中，要对其进行焊接的时候，应该采用合适的焊接工艺参数。在焊接过程中，采用多层多道焊的方式进行焊接，每一层的焊缝之间都需要进行有效的隔离。在选择焊接工艺参数时，要考虑到焊缝之间的间距、母材、坡口尺寸等多个方面。同时，要对焊缝的厚度、预热温度、层间温度和焊件坡口尺寸等进行合理选择。在实际进行混凝土泵车臂架铆焊制造过程中，可以采用单道多层多道焊的方式，也可以采用多层单道多道焊的方式。但是在具体选择焊接工艺参数时，要注意每层焊缝之间需要有足够的隔离距离，从而有效控制焊接变形。

2.合理布置铆焊接头及焊接顺序设计

在焊接过程中，铆焊接头的位置直接影响到焊接质量，因此在实际操作中，应当合理布置铆焊接头，并将接头放置在对称、均衡的位置上。在臂架片与片之间连接时，应当遵循从左向右、从上到下的顺序进行连接。并且应当尽可能选择对称布置方式，从而减少焊缝数量，避免焊缝过多，进而降低焊接变形。在具体的焊接过程中，应当尽量将焊枪设置到臂架片的下边缘位置。并且由于臂架连接部位相对较为复杂，因此应当对焊接顺序进行合理设计，尽量避免焊枪与臂架接缝处产生干涉现象。

3.采用辅助抑制变形技术

在进行臂架铆焊制造时，要对铆焊变形进行合理的控制，进而对混凝土泵车整体质量进行保证。在实际施工中，可以采用辅助抑制变形技术，主要有以下几种方法：（1）反变形法：利用反变形的方式能够对臂架铆焊焊接变形进行有效的控制，进而对混凝土泵车臂架制造质量进行保证；（2）分段焊接法：分段焊接能够有效降低臂架铆焊过程中的焊接热影响范围，从而有效控制混凝土泵车臂架铆焊焊接过程中的变形；（3）对称施焊能够有效地抑制混凝土泵车臂架铆焊过程中的焊接变形，从而对混凝土泵车臂架制造质量进行保证。

四、焊接变形控制方法及其应用

1.变形预测与模拟技术

变形预测与模拟技术是控制和减轻焊接变形的有效方法。在焊接过程中，由于材料的非线性，焊接过程中产生的热量和应力等都会对结构变形产生影响。焊接过程中，工艺参数会改变工件温度场和应力场，从而引起结构变形。因此，通过对焊接过程进行模拟分析，可以对变形进行预测，并根据预测结果采取相应的措施，有效地控制或减轻结构的变形。利用有限元分析软件ANSYS建立了臂架铆焊制造有限元模型，并在此基础上进行了数值模拟。在该模型中，施加了两种不同的边界条件。结果表明：两种边界条件下得到的计算结果与实测值较为接近。

2.预变形与夹具辅助控制

预变形控制是通过人为的方法将工件在加工过程中产生的变形进行一定的修正，达到控制焊接变形的目的。预变形主要有：

（1）反变形控制：由于焊接残余应力会使工件在加工过程中产生一定的反变形，通过施加外力使其回到原始状态，从而消除焊接残余应力。

（2）刚性支撑：通过使用刚性支撑可以有效地控制工件的变形。在选择刚性支撑时，应尽量选择刚性好、易安装、操作方便且稳定可靠的支撑方式。

（3）夹具控制：夹具是一种辅助工具，在工件加工过程中使用可以减少或避免工件的应力和变形。常用的夹具主要有专用工装、工装夹具等。

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