挖掘机工作装置的动臂、斗杆、铲斗在作业过程中，不断承受冲击力及交变载荷的作用，容易产生磨损，其中轴孔磨损及焊缝开裂是最常见的损伤形式。本文讲述挖掘机斗杆轴孔磨损及焊缝开裂2个方面的修复工艺。
1.斗杆结构
挖掘机斗杆由钢板焊接而成，斗杆上一般设有5个轴孔，即铲斗轴孔(I孔)、连杆轴孔(II孔)、动臂轴孔(III孔)、铲斗缸轴孔(IV孔)和斗杆缸轴孔(V孔)，每个轴孔内均镶有轴套，如图1所示。
2.斗杆磨损原因
(1)轴孔磨损原因
挖掘机作业时，铲斗承受冲击载荷，该冲击载荷首先作用在斗杆上的I孔。I孔承受冲击载荷的传递路径为:铲斗→销轴→轴套→I孔内壁。
由于轴套硬度大于I孔，所以冲击载荷可造成I孔内壁产生塑性变形，导致I孔内壁与轴套外径的过盈配合被破坏。当销轴与轴套之间的摩擦力大于轴套与I孔内壁配合面的摩擦力时，轴套便会沿着I孔内壁产生转动。轴套产生转动后，将造成I孔严重磨损，导致铲斗作业时产生晃动，影响挖掘机作业效率。斗杆I孔磨损情况如图2所示。
(2)斗杆焊缝开裂原因
斗杆根部为扇形套(III孔)、侧板与下盖板结合部位，扇形套因强度需要而设计为锻造件，其刚度及强度大于与之焊接的板材，因此造成此处应力集中。同时在焊接此处时，扇形套、侧板与下盖板的焊缝相结合，由于焊缝间隙不均匀，造成焊接出现缺陷。此为斗杆断裂的主要诱因。斗杆根部轴座与侧板对接焊缝开裂情况如图3所示。
3.轴孔磨损修复工艺
(1)选择修复技术
本文以斗杆I孔磨损(见图2)为例，讲述其修复工艺。I孔与轴套配合面严重磨损后，需对I孔进行修复。金属件表面修复技术有电镀、电刷镀、热喷涂、堆焊、激光熔覆、表面粘涂等，其覆层修复厚度及强度如表1所示。考虑到I孔磨损情况，及上述修复技术施工的便捷性、经济性、覆层修复厚度及强度等多方面因素，我们选择了气体保护焊、手工电弧焊堆焊修复技术。
(2)堆焊轴孔
将I孔按照孔径方向分为3等分，通过吊装或翻转，优先保证焊接区域处于水平向上位置，其中A区为水平焊接位置，B区为横向焊接位置，如图4所示。焊接区域参数如表2所示。此外，对重度划痕、磨损表面、侧磨损表面(见图2)，分别采取不同参数施焊，堆焊厚度视I孔磨损程度决定。
焊接过程中，焊丝沿轴孔方向由外向内施焊。为防止产生未熔合缺陷，焊接时后1道焊缝应压在前1道焊缝的1/2~2/3处。每层厚度控制在2~3mm，焊层之间需进行清渣处理。堆焊结束后，孔径尺寸比标准孔径小10%左右，以便于机加工。轴孔内壁润滑脂孔处直接堆焊，待轴孔完成机加工后用钻头手工钻孔即可。
将斗杆吊至轴套端面平焊位置，堆焊轴孔端面。堆焊前打磨焊缝的起弧端，采用环焊方法由内往外焊接。堆焊后轴孔两端面比标准尺寸厚5~7mm，以保证机加工所需尺寸。焊接过程中，焊缝应保证过渡顺滑，不允许出现流挂、气孔及明显沟壑，以避免影响机加工精度。
(3)加工轴孔
I孔的孔径及端面堆焊完成后，需对其进行机加工，其机加工步骤如下所述。
首先，吊装斗杆并进行预装夹。将堆焊I孔的斗杆吊装至加工中心平台上进行预装夹。此时，先用钢板尺调整II孔、III孔、V孔与加工中心基准面对称度，使其对称度偏差在1mm范围内，确保后续机加工调整精度。
其次，对斗杆进行精确调整并完成定位。使用加工中心的红宝石探头对斗杆进行精确调整，通过红宝石探头测量II孔、III孔端面尺寸并调正斗杆。为确定II孔、III孔中心坐标尺寸，将红宝石探头向上、下、左、右各移动相同距离至A、B、C、D点，这4点靠近II孔、III孔端面外边缘且此4点处应光滑无磨痕，如图5所示。
再次，判定I孔加工坐标。设定孔端面此4点处Z坐标轴分别为A、B、C、D，设定斗杆II孔端面坐标为A1、B1、C1、D1，III孔端面坐标为A2、B2、C2、D2;调整斗杆，保证各坐标点误差小于0.1mm。测量II孔、III孔、IV孔、V孔各孔中心坐标，通过MDS软件和机床程序判定I孔加工坐标。
最后，按照图纸技术要求对I孔进行加工。加工后补焊孔若有气孔需视气孔状况对其进行适当修整。经检验合格后，该斗杆I孔即完成修复工作。
4.焊缝开裂修复工艺
(1)清理母材裂缝
本文以斗杆根部轴座与侧板对接焊缝开裂(见图3)为例，讲述其修复工艺。修复开裂焊缝之前，需做好的清理工作如下所述。
首先，翻转斗杆使其倒置，将母材裂缝朝上，以便于处理。
其次，使用角磨机将裂缝区域表面及周围油漆除净，打磨程度以见到母材表面光泽为准，切勿伤及母材。
最后，由母材端部开始气刨，直至将裂缝全部刨除并再延伸10~15mm作为均匀过渡区域，以保证裂缝的清除。气刨深度与母材厚度一致，并将气刨区域处理成夹角为45°~60°的对接焊缝形状坡口，而后出渣打磨，去除渗碳层。
(2)焊接侧板对接焊缝
采用单面焊双面成形焊接焊缝，由端面引弧板起弧，打底焊1道，填充焊1层，盖面焊1道。焊接时注意:层间去渣后再焊，焊缝余高保持在2mm以内。焊缝焊接完成后，焊缝打磨平滑，不得伤及母材。焊缝开裂部位气刨及焊接参数如表3所示。
(3)焊接斗杆根部轴座焊缝
首先，翻转斗杆使其平放，将待焊区域朝上。其次，用气刨对斗杆根部裂纹进行清根处理，其要求参考表3，气刨顺序为由下至上。再次，从扇形套下部起弧开始焊接，打底焊1道，填充焊1层，盖面焊1道。最后，焊缝焊接完成后，将焊缝打磨平滑，打磨时不得伤及母材。焊接时应注意层间去渣后再焊，焊缝余高保持在2mm以内。
(4)后续处理
清理、打磨焊缝修复区域，保证外观质量。用锤适度敲打焊缝修复区，以消除应力。完成修复24h后，即可对修复区域进行无损探伤，以检验焊缝修复质量。
按照以上修复工艺将斗杆修复后，经检验轴孔尺寸、形位公差及精度，均符合设计要求。经UT探伤，修复的焊缝质量均满足设计要求。该斗杆修复工艺可应用于挖掘机动臂的修复，也可供挖掘机工作装置再制造参考。
本文选自《工程机械与维修》杂志2016年第9期
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