高效焊接方法在煤機維修中的應用

煤機行業的綜采設備主導產品為“三機一架”(采煤機、刮板機、破碎機和液壓支架)，其產品的結構件比重超過70％，采用合適的焊接工藝，不僅可以提高焊接質量，還可以提高焊接效率乃至整個產品的生產效率，提升企業的經濟效益和市場競爭力。因此，探尋高效的焊接工藝具有深刻的現實意義。針對我院對國內幾家大型煤礦機械廠的工藝設計及設備選型方案的分析和比較，總結關鍵部件的焊接方法。

1 焊接技術在煤礦機械維修中存在的問題

目前我國大多數煤礦為三班連續運轉的企業，為保證設備安全、正常的運轉，每月廠部都對設備進行檢修定保，對于已磨損、能夠更換的配件在檢修中都要進行更換，更換下來的具有修復價值的構件被送到檢修車間進行焊接修復。但有些設備比較大，如四立鏟的大臂，牙輪鉆的立架，無法拆卸更換但已有開裂跡象，只能在現場緊急搶修。在焊接修復的過程中，焊件受到局部不均勻加熱和冷卻，容易產生應力和變形；受工作環境條件影響，易引發夾渣、裂紋等焊接缺陷；或是焊前準備、預熱、焊后熱處理等工作做得不到位等原因，易產生氣孔、裂紋等焊接缺陷。這些具有焊接缺陷的焊件進入工作狀態后，很快又會出現裂紋，有的裂紋會很快擴展，又要重新進行修復。如此循環不但會增加更多的焊修成本，延誤更多的時間，甚至會影響生產任務的順利完成。為保證焊修工件的修復質量，除了加強焊接技術的應用管理外，還要采取有針對性的措施。

2 產品分析

2.1產品焊接工作量分析

在煤機“三機一架”產品中以刮板輸送機和液壓支架的質量重，以一套200m左右的中型綜采生產線為例，刮板輸送機和液壓支架的重約為3500t，結構件比重超過70％、液壓件的比重達到20％，焊接工作量大(填充金屬的重量占結構件比重達4％左右)，其焊材的消耗量超過100t。以富氬氣體保護焊為主導的焊接工藝情況下，提高焊材的熔化效率(或減少填充金屬量)即可提高焊接效率。

2.2產品結構特點分析

(1)刮板輸送機主要部件為中部槽，中部槽由兩個槽幫、中板和底板焊接而成，共有6條對稱的焊縫組成，且兩兩在同一平面內，易于實現工裝定位和焊接自動化。

(2)液壓件(立柱和千斤頂)要求高的密封性，焊接可靠性要求高。

以雙伸縮立柱為例，外缸壁厚超過20mm，常規以“V”坡口與缸底焊接，填充金屬量大、焊接時間長和焊縫晶粒粗大的特點。立柱中缸壁厚一般在40mm左右，由于無縫鋼管的尺寸序列和壁厚限制，市面采購困難，以前采用圓柱型鍛材或特厚壁鋼管金切加工而成，材料成本高，生產效率低，刀具磨損快。

3 焊接方法選擇

(1)針對中部槽結構簡單、焊縫規則的特點，可采用焊接機器人或焊接專機，輔以焊接變位機，實現自動焊接。某煤礦機械廠采用TANDEM焊接系統，其原理是將兩根焊絲按一定角度放在一個特制的焊槍內，由兩根焊絲具有各自的電源，可以獨立調整參數，最佳的控制電弧。其工藝特點如下：①可以大大提高熔敷速度和焊接效率，保持較低的熱輸入量，細化焊縫組織，減少焊接變形和焊接應力。

②中板和底板焊接機器人含兩套TANDEM雙絲焊機，兩個機器臂同時施焊，提高焊接效率，減少焊接變形；自帶焊接變位機，實現一次裝卡，完成中板和底板的焊接，節省焊接輔助時間。

③雙絲處于同一焊槍，節約焊接保護氣體，降低焊接成本。

(2)采用窄間隙焊接方法，改“V”型坡口為“U”型坡口，可節約焊材30％左右，氣體保護熔化極電弧焊的焊接形式應用于外缸與缸底的焊接，采用中低線能量，實現多層多道熔覆而不需清理，降低焊接電能的消耗，提高焊接效率，同時由于焊接熱輸入量的減少使焊縫晶粒細化，提高焊縫的機械性能和抗疲勞性能，減少缸體漏液現象的發生，提高了液壓缸的使用壽命。

(3)對立柱中缸的加工工藝，采用高壓無縫鋼管堆焊工藝再精車表面的工藝方案代替切屑工藝，減少加工量。利用原有臥式車床的旋轉系統實現工件的旋轉和焊接速度的控制，車床拖板加持焊槍實現縱向進給，形成半自動焊接系統，提高加工效率，減少工時50％左右。

4 使用效果及效益分析

通過某煤礦機械廠的試驗對比，對于中部槽的焊接，采用TANDEM焊接系統的焊接效率是手工半自動焊接的6倍，大大提高焊接效率，降低人工成本，保證焊接質量的穩定性。

通過某煤礦機械廠的立柱的實際數據分析，以年產70000t立柱計算，以φ360×2000m立柱計算(折合約為35000根)，采用窄間隙焊焊接立柱外缸可節省焊材35t，按焊材2萬元／t，節省費用合計為70萬／年。

立柱中缸采用堆焊的方案與金切方案相比，設備及制造費用大致相當，僅考慮材料費用，假設無縫鋼管與鍛材價格均為2萬元／t，單根可節省材料0.2t，則可節省材料費14000萬元。同時，采用窄間隙焊和堆焊的方法可以提高效率，降低人工成本。

5 結論

焊接技術是煤礦機械維修中非常必要的檢修手段，焊接質量的好壞直接影響設備的運行效率。因此我們要在工作實踐中善于發現問題，解決問題，積累經驗，不斷提高焊工的綜合技術水平，這樣，不僅保證維修后的煤礦設備能夠安全運行，還能減少焊修成本，保證焊修工件的修復質量。

通過以上分析，采用TANDEM焊接系統來焊接中部槽、窄間隙焊接技術來焊接立柱外缸和中缸的表面堆焊技術，可以明顯提高制造效率和質量，降低制造成本，具有明顯經濟效益。因此，以上三項高效的焊接方法值得在煤機制造行業廣泛推廣應用。