挖掘機工作裝置的動臂、鬥杆、剷鬥在作業過程中，不斷承受衝擊力及交變載荷的作用，容易產生磨損，其中軸孔磨損及焊縫開裂是最常見的損傷形式。本文講述挖掘機鬥杆軸孔磨損及焊縫開裂2個方面的修復工藝。
1.鬥杆結構
挖掘機鬥杆由鋼板焊接而成，鬥杆上一般設有5個軸孔，即剷鬥軸孔(I孔)、連桿軸孔(II孔)、動臂軸孔(III孔)、剷鬥缸軸孔(IV孔)和鬥杆缸軸孔(V孔)，每個軸孔內均鑲有軸套，如圖1所示。
2.鬥杆磨損原因
(1)軸孔磨損原因
挖掘機作業時，剷鬥承受衝擊載荷，該衝擊載荷首先作用在鬥杆上的I孔。I孔承受衝擊載荷的傳遞路徑為:剷鬥→銷軸→軸套→I孔內壁。
由於軸套硬度大於I孔，所以衝擊載荷可造成I孔內壁產生塑性變形，導致I孔內壁與軸套外徑的過盈配合被破壞。當銷軸與軸套之間的摩擦力大於軸套與I孔內壁配合面的摩擦力時，軸套便會沿著I孔內壁產生轉動。軸套產生轉動後，將造成I孔嚴重磨損，導致剷鬥作業時產生晃動，影響挖掘機作業效率。鬥杆I孔磨損情況如圖2所示。
(2)鬥杆焊縫開裂原因
鬥杆根部為扇形套(III孔)、側板與下蓋板結合部位，扇形套因強度需要而設計為鍛造件，其剛度及強度大於與之焊接的板材，因此造成此處應力集中。同時在焊接此處時，扇形套、側板與下蓋板的焊縫相結合，由於焊縫間隙不均勻，造成焊接出現缺陷。此為鬥杆斷裂的主要誘因。鬥杆根部軸座與側板對接焊縫開裂情況如圖3所示。
3.軸孔磨損修復工藝
(1)選擇修復技術
本文以鬥杆I孔磨損(見圖2)為例，講述其修復工藝。I孔與軸套配合面嚴重磨損後，需對I孔進行修復。金屬件表面修復技術有電鍍、電刷鍍、熱噴塗、堆焊、激光熔覆、表面粘塗等，其覆層修復厚度及強度如表1所示。考慮到I孔磨損情況，及上述修復技術施工的便捷性、經濟性、覆層修復厚度及強度等多方面因素，我們選擇了氣體保護焊、手工電弧焊堆焊修復技術。
(2)堆焊軸孔
將I孔按照孔徑方向分為3等分，通過吊裝或翻轉，優先保證焊接區域處於水平向上位置，其中A區為水平焊接位置，B區為橫向焊接位置，如圖4所示。焊接區域參數如表2所示。此外，對重度劃痕、磨損表面、側磨損表面(見圖2)，分別採取不同參數施焊，堆焊厚度視I孔磨損程度決定。
焊接過程中，焊絲沿軸孔方向由外向內施焊。為防止產生未熔合缺陷，焊接時後1道焊縫應壓在前1道焊縫的1/2~2/3處。每層厚度控制在2~3mm，焊層之間需進行清渣處理。堆焊結束後，孔徑尺寸比標準孔徑小10%左右，以便於機加工。軸孔內壁潤滑脂孔處直接堆焊，待軸孔完成機加工後用鑽頭手工鑽孔即可。
將鬥杆吊至軸套端面平焊位置，堆焊軸孔端面。堆焊前打磨焊縫的起弧端，採用環焊方法由內往外焊接。堆焊後軸孔兩端面比標準尺寸厚5~7mm，以保證機加工所需尺寸。焊接過程中，焊縫應保證過渡順滑，不允許出現流掛、氣孔及明顯溝壑，以避免影響機加工精度。
(3)加工軸孔
I孔的孔徑及端面堆焊完成後，需對其進行機加工，其機加工步驟如下所述。
首先，吊裝鬥杆並進行預裝夾。將堆焊I孔的鬥杆吊裝至加工中心平臺上進行預裝夾。此時，先用鋼板尺調整II孔、III孔、V孔與加工中心基準面對稱度，使其對稱度偏差在1mm範圍內，確保後續機加工調整精度。
其次，對鬥杆進行精確調整並完成定位。使用加工中心的紅寶石探頭對鬥杆進行精確調整，通過紅寶石探頭測量II孔、III孔端面尺寸並調正鬥杆。為確定II孔、III孔中心座標尺寸，將紅寶石探頭向上、下、左、右各移動相同距離至A、B、C、D點，這4點靠近II孔、III孔端面外邊緣且此4點處應光滑無磨痕，如圖5所示。
再次，判定I孔加工座標。設定孔端面此4點處Z座標軸分別為A、B、C、D，設定鬥杆II孔端面座標為A1、B1、C1、D1，III孔端面座標為A2、B2、C2、D2;調整鬥杆，保證各座標點誤差小於0.1mm。測量II孔、III孔、IV孔、V孔各孔中心座標，通過MDS軟件和機床程序判定I孔加工座標。
最後，按照圖紙技術要求對I孔進行加工。加工後補焊孔若有氣孔需視氣孔狀況對其進行適當修整。經檢驗合格後，該鬥杆I孔即完成修復工作。
4.焊縫開裂修復工藝
(1)清理母材裂縫
本文以鬥杆根部軸座與側板對接焊縫開裂(見圖3)為例，講述其修復工藝。修復開裂焊縫之前，需做好的清理工作如下所述。
首先，翻轉鬥杆使其倒置，將母材裂縫朝上，以便於處理。
其次，使用角磨機將裂縫區域表面及周圍油漆除淨，打磨程度以見到母材表面光澤為準，切勿傷及母材。
最後，由母材端部開始氣刨，直至將裂縫全部刨除並再延伸10~15mm作為均勻過渡區域，以保證裂縫的清除。氣刨深度與母材厚度一致，並將氣刨區域處理成夾角為45°~60°的對接焊縫形狀坡口，而後出渣打磨，去除滲碳層。
(2)焊接側板對接焊縫
採用單面焊雙面成形焊接焊縫，由端面引弧板起弧，打底焊1道，填充焊1層，蓋面焊1道。焊接時注意:層間去渣後再焊，焊縫餘高保持在2mm以內。焊縫焊接完成後，焊縫打磨平滑，不得傷及母材。焊縫開裂部位氣刨及焊接參數如表3所示。
(3)焊接鬥杆根部軸座焊縫
首先，翻轉鬥杆使其平放，將待焊區域朝上。其次，用氣刨對鬥杆根部裂紋進行清根處理，其要求參考表3，氣刨順序為由下至上。再次，從扇形套下部起弧開始焊接，打底焊1道，填充焊1層，蓋面焊1道。最後，焊縫焊接完成後，將焊縫打磨平滑，打磨時不得傷及母材。焊接時應注意層間去渣後再焊，焊縫餘高保持在2mm以內。
(4)後續處理
清理、打磨焊縫修復區域，保證外觀質量。用錘適度敲打焊縫修復區，以消除應力。完成修復24h後，即可對修復區域進行無損探傷，以檢驗焊縫修復質量。
按照以上修復工藝將鬥杆修復後，經檢驗軸孔尺寸、形位公差及精度，均符合設計要求。經UT探傷，修復的焊縫質量均滿足設計要求。該鬥杆修復工藝可應用於挖掘機動臂的修復，也可供挖掘機工作裝置再製造參考。
本文選自《工程機械與維修》雜誌2016年第9期
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