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【摘 要】掘进机本体部是掘进机的枢纽，主要都是焊接结构，我单位采用的焊接方式是CO2气体保护焊。对于重大的钢结构，焊接工艺起着重要的作用。组立时难免出现问题，这就需要对CO2气体保护焊做些分析以及对出现的问题做些补救措施。
【关键词】本体部；CO2气体保护焊；焊接工艺；补救措施
1.掘进机简介
掘进机由切割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑、液压系统、水系统、润滑系统、电气系统构成。通过电气系统与液压系统配合操作，可自如实现整机的各项生产作业。
其中本体部位于机体的中部，由回转台1、回转轴承2、本体架3组成，见图1。本体架采用整体或分体（分机型）箱形焊接结构，主要结构件为厚钢板。本体的右侧（左侧）装有液压系统的泵站，左侧（右侧）装有操纵台，前面上部回转台装有切割部，下面装有铲板部，中间装有第一运输机，在其左右侧下部装有行走部，后部装有后支承部。其相当于一个人的身体，与各个器官相连。我单位设计人员刚刚研制的EBH360掘进机本体长度达到了5米8，重量上达到了19吨。本体架分为前本体和后本体。本体部采用CO2气体保护焊的焊接方式。
图1掘进机本体部
2.CO2气体保护焊简介
CO2气体保护焊是焊接方法中的一种，是以CO2气为保护气体（有时采用CO2+Ar的混合气体），进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业。
由于CO2气体的0热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断。因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
3.CO2气体保护焊的各种参数
3.1焊丝直径
通常是根据焊件的厚薄、施焊的位置和效率等要求选择。焊接薄板或中厚板的全位置焊缝时，多采用1.6mm以下的焊丝。
3.2焊接电流
其大小主要取决于送丝速度。送丝的速度越快，则焊接的电流就越大。焊接电流对焊缝的熔深的影响最大。当焊接电流为60~250A，即以短路过渡形式焊接时，焊缝熔深一般为1mm~2mm；只有在300A以上时，熔深才明显的增大。
3.3电弧电压短路过渡时
电弧电压可用计算公式：U=0.04I+16±2(V)
此时，焊接电流一般在200A以下。当电流在200A以上时，则电弧电压的计算公式：U=0.04I+20±2(V)
3.4焊接速度
半自动焊接时，熟练的焊工的焊接速度为18m/h~36m/h；自动焊时，焊接速度可高达150m/h。
3.5焊丝伸出长度
一般的焊丝的伸出长度约为焊丝的直径的10倍左右，并随焊接电流的增加而增加。
3.6气体流量
正常的焊接时，200A以下薄板焊接，CO2的流量为10L/min~25L/min.200A以上厚板焊接，CO2的流量为15L/min~25L/min.粗丝大规范自动焊为25L/min~50L/min。
4.结合实际
EBH360掘进机本体部都是采用大于40mm的厚钢板，尤其腹板和横板焊接处，腹板的厚度为80mm，设计者开的坡口为双边V型坡口。由于V型坡口的角度的局限性，若想保证焊透外还应考虑施焊方便，Φ1.2的焊丝的焊炬为20mm，板越厚，坡口宽度越宽，焊接时钢板越容易变形。所以我建议坡口换成带钝边双J型坡口。这样，既保证能焊透，也保证了坡口宽度不至于特宽。还有就是CO2气体保护焊时，由于熔滴过渡的不同形式，需采用不同的焊接工艺参数。同时为了减弱CO2的氧化性，我单位焊接时焊接气体采用80%CO2+20%Ar的混合气体。焊接参数的选择与材质、板厚和焊接位置与焊缝类型密切相关，根据经验可知：
电流的增加，焊缝的熔深和余高均增加，而熔宽增加不多，由于采用的是直径1.2mm的细焊丝，而焊接工件厚度在40mm和80mm之间，为了保证熔深和材料间较好的熔合，在保证飞溅不大的而且坡口合理的条件下，尽量用稍大的焊接电流，经过分析，我建议焊接电流为260~280A。
电弧电压升高，熔深变浅、熔宽增加、余高减小、焊趾平滑，经过计算确定电弧电压为30~32V。
在电流、电压一定的情况下，焊接速度增加时，焊缝的熔深、熔宽和余高均减小，过小则造成未焊透、未熔合等质量缺陷。为了保证焊缝的熔透性和外观质量，焊接时采用图2所示的底焊和面焊两次焊接。底焊对焊接结构起定位作用，焊接速度相对快一点；面焊起保证焊缝熔透性和焊缝外观质量的作用，所以焊接速度要相对慢一些。
气体流量是气体保护焊的重要参数之一，流量过小则焊缝氧化严重，流量过大则出现焊接时飞溅大、烟雾大、焊缝成形不良、容易产生气孔等缺陷。根据采用的电流，确定气体流量为18~20 L/min。
图2 图3
焊接环境：掘进机本体部属于厚大件焊接，且板材间厚度差较大，焊接环境对焊缝质量的影响更为突出。采用焊前预热、焊后退火的方法能提高材料的焊接性能、消除焊后内应力。但是焊前预热和焊后退火存在工件容易变形、生产效率低的缺点，不是理想的方法。
为了保证焊缝和工件质量，进行了多次不同温度下的焊接试验表明：如果焊接时母材温度低于15℃，则焊缝的熔深比较小，图3所示的焊缝截面图中，焊缝硬度值约HV250、热影响区硬度高于HV300、母材硬度约HV170，3部分的硬度差别比较大，焊接内应力较大，焊缝不能满足强度要求。因此，在生产中当环境温度高于15℃时，不再对母材进行预热处理，只有当环境温度低于15℃时，焊前应将母材放在温室里长时间预热处理，这样既可以提高母材的焊接性能又可以防止热变形，焊接时可用激光测温仪检测工件温度，当温度≥15℃时要及时焊接。
焊接流程：焊接工艺流程直接影响着焊缝的质量和生产效率，根据对以上焊接工艺的分析，制定了严格的焊接工艺规程，具体如下：
预热：如上所述，如果环境温度低于15℃，焊前应将各零件放在温室中预热至15℃以上，温度高于15℃时，可以不对零件进行预热处理。
装配：按照图纸所示的位置，将各部件装配在一起，为了保证各零件之间的位置精度和提高生产效率，装配时运用了特制的焊接工装。
点焊：各零件定位夹紧后，为了控制焊接变形，在焊前将各零件点焊成一个整体。
焊接：焊接时，从工件的外端开始采用对称焊接法焊接，每道焊缝分底焊、面焊两次焊接。
焊后处理：焊接后应及时清理焊缝，清除药皮和焊渣，发现不足之处及时修补。
检验：除外观检查外，还需用焊缝角尺检查焊缝高度是否符合要求，采用100%磁粉探伤或γ射线探伤检查焊缝是否有裂纹、气孔等缺陷。
焊接工装：焊接工装是结构件焊接时常用的工具。本体的总重量为19t，人工搬动比较困难。对于复杂焊缝焊接时,为了保证焊缝质量，焊接时需要不断变换工件的位置，尽可能使每条焊缝处于最佳的焊接位置，为了调转方便，建议购买焊接变位机。首先对工件进行定位与夹紧，焊接变位机有翻转功能，可以360度旋转，方便工人焊接。为了保证工件质量，搭焊后应检测本体侧板与上下板的垂直度和其他位置尺寸，合格后才能进入焊接工序，不合格的修复后才能焊接。焊接结束，等焊缝冷却后方可以将工件从焊接变位机上取下，焊缝检验合格后再进行喷丸、喷涂底漆、面漆等工序的处理。
注：1：电控系统，2：手动润滑泵，3：升降机构，4：机架，
5：L臂，6：底座，7：回转机构，8：倾翻机构
图4焊接变位机结构
图4变位机是本人联系的制作厂家的L型变位机，可使工件在空间任意变换位置。经过系统的分析，采用此类变位机可以提高生产效率，会给公司带来经济效益。
【关键词】本体部；CO2气体保护焊；焊接工艺；补救措施
1.掘进机简介
掘进机由切割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑、液压系统、水系统、润滑系统、电气系统构成。通过电气系统与液压系统配合操作，可自如实现整机的各项生产作业。
其中本体部位于机体的中部，由回转台1、回转轴承2、本体架3组成，见图1。本体架采用整体或分体（分机型）箱形焊接结构，主要结构件为厚钢板。本体的右侧（左侧）装有液压系统的泵站，左侧（右侧）装有操纵台，前面上部回转台装有切割部，下面装有铲板部，中间装有第一运输机，在其左右侧下部装有行走部，后部装有后支承部。其相当于一个人的身体，与各个器官相连。我单位设计人员刚刚研制的EBH360掘进机本体长度达到了5米8，重量上达到了19吨。本体架分为前本体和后本体。本体部采用CO2气体保护焊的焊接方式。
图1掘进机本体部
2.CO2气体保护焊简介
CO2气体保护焊是焊接方法中的一种，是以CO2气为保护气体（有时采用CO2+Ar的混合气体），进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业。
由于CO2气体的0热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断。因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
3.CO2气体保护焊的各种参数
3.1焊丝直径
通常是根据焊件的厚薄、施焊的位置和效率等要求选择。焊接薄板或中厚板的全位置焊缝时，多采用1.6mm以下的焊丝。
3.2焊接电流
其大小主要取决于送丝速度。送丝的速度越快，则焊接的电流就越大。焊接电流对焊缝的熔深的影响最大。当焊接电流为60~250A，即以短路过渡形式焊接时，焊缝熔深一般为1mm~2mm；只有在300A以上时，熔深才明显的增大。
3.3电弧电压短路过渡时
电弧电压可用计算公式：U=0.04I+16±2(V)
此时，焊接电流一般在200A以下。当电流在200A以上时，则电弧电压的计算公式：U=0.04I+20±2(V)
3.4焊接速度
半自动焊接时，熟练的焊工的焊接速度为18m/h~36m/h；自动焊时，焊接速度可高达150m/h。
3.5焊丝伸出长度
一般的焊丝的伸出长度约为焊丝的直径的10倍左右，并随焊接电流的增加而增加。
3.6气体流量
正常的焊接时，200A以下薄板焊接，CO2的流量为10L/min~25L/min.200A以上厚板焊接，CO2的流量为15L/min~25L/min.粗丝大规范自动焊为25L/min~50L/min。
4.结合实际
EBH360掘进机本体部都是采用大于40mm的厚钢板，尤其腹板和横板焊接处，腹板的厚度为80mm，设计者开的坡口为双边V型坡口。由于V型坡口的角度的局限性，若想保证焊透外还应考虑施焊方便，Φ1.2的焊丝的焊炬为20mm，板越厚，坡口宽度越宽，焊接时钢板越容易变形。所以我建议坡口换成带钝边双J型坡口。这样，既保证能焊透，也保证了坡口宽度不至于特宽。还有就是CO2气体保护焊时，由于熔滴过渡的不同形式，需采用不同的焊接工艺参数。同时为了减弱CO2的氧化性，我单位焊接时焊接气体采用80%CO2+20%Ar的混合气体。焊接参数的选择与材质、板厚和焊接位置与焊缝类型密切相关，根据经验可知：
电流的增加，焊缝的熔深和余高均增加，而熔宽增加不多，由于采用的是直径1.2mm的细焊丝，而焊接工件厚度在40mm和80mm之间，为了保证熔深和材料间较好的熔合，在保证飞溅不大的而且坡口合理的条件下，尽量用稍大的焊接电流，经过分析，我建议焊接电流为260~280A。
电弧电压升高，熔深变浅、熔宽增加、余高减小、焊趾平滑，经过计算确定电弧电压为30~32V。
在电流、电压一定的情况下，焊接速度增加时，焊缝的熔深、熔宽和余高均减小，过小则造成未焊透、未熔合等质量缺陷。为了保证焊缝的熔透性和外观质量，焊接时采用图2所示的底焊和面焊两次焊接。底焊对焊接结构起定位作用，焊接速度相对快一点；面焊起保证焊缝熔透性和焊缝外观质量的作用，所以焊接速度要相对慢一些。
气体流量是气体保护焊的重要参数之一，流量过小则焊缝氧化严重，流量过大则出现焊接时飞溅大、烟雾大、焊缝成形不良、容易产生气孔等缺陷。根据采用的电流，确定气体流量为18~20 L/min。
图2 图3
焊接环境：掘进机本体部属于厚大件焊接，且板材间厚度差较大，焊接环境对焊缝质量的影响更为突出。采用焊前预热、焊后退火的方法能提高材料的焊接性能、消除焊后内应力。但是焊前预热和焊后退火存在工件容易变形、生产效率低的缺点，不是理想的方法。
为了保证焊缝和工件质量，进行了多次不同温度下的焊接试验表明：如果焊接时母材温度低于15℃，则焊缝的熔深比较小，图3所示的焊缝截面图中，焊缝硬度值约HV250、热影响区硬度高于HV300、母材硬度约HV170，3部分的硬度差别比较大，焊接内应力较大，焊缝不能满足强度要求。因此，在生产中当环境温度高于15℃时，不再对母材进行预热处理，只有当环境温度低于15℃时，焊前应将母材放在温室里长时间预热处理，这样既可以提高母材的焊接性能又可以防止热变形，焊接时可用激光测温仪检测工件温度，当温度≥15℃时要及时焊接。
焊接流程：焊接工艺流程直接影响着焊缝的质量和生产效率，根据对以上焊接工艺的分析，制定了严格的焊接工艺规程，具体如下：
预热：如上所述，如果环境温度低于15℃，焊前应将各零件放在温室中预热至15℃以上，温度高于15℃时，可以不对零件进行预热处理。
装配：按照图纸所示的位置，将各部件装配在一起，为了保证各零件之间的位置精度和提高生产效率，装配时运用了特制的焊接工装。
点焊：各零件定位夹紧后，为了控制焊接变形，在焊前将各零件点焊成一个整体。
焊接：焊接时，从工件的外端开始采用对称焊接法焊接，每道焊缝分底焊、面焊两次焊接。
焊后处理：焊接后应及时清理焊缝，清除药皮和焊渣，发现不足之处及时修补。
检验：除外观检查外，还需用焊缝角尺检查焊缝高度是否符合要求，采用100%磁粉探伤或γ射线探伤检查焊缝是否有裂纹、气孔等缺陷。
焊接工装：焊接工装是结构件焊接时常用的工具。本体的总重量为19t，人工搬动比较困难。对于复杂焊缝焊接时,为了保证焊缝质量，焊接时需要不断变换工件的位置，尽可能使每条焊缝处于最佳的焊接位置，为了调转方便，建议购买焊接变位机。首先对工件进行定位与夹紧，焊接变位机有翻转功能，可以360度旋转，方便工人焊接。为了保证工件质量，搭焊后应检测本体侧板与上下板的垂直度和其他位置尺寸，合格后才能进入焊接工序，不合格的修复后才能焊接。焊接结束，等焊缝冷却后方可以将工件从焊接变位机上取下，焊缝检验合格后再进行喷丸、喷涂底漆、面漆等工序的处理。
注：1：电控系统，2：手动润滑泵，3：升降机构，4：机架，
5：L臂，6：底座，7：回转机构，8：倾翻机构
图4焊接变位机结构
图4变位机是本人联系的制作厂家的L型变位机，可使工件在空间任意变换位置。经过系统的分析，采用此类变位机可以提高生产效率，会给公司带来经济效益。