淺議煤礦液壓支架結構件焊接工藝

王翔

摘要：在煤礦液壓支架的承載作用方面，液壓支架各個結構件的焊接質量起著決定性作用。為了保證焊接質量，保證焊接不發生變形，保證焊接尺寸的合格性，就必須執行科學合理的焊接工藝。文章對煤礦液壓支架結構件焊接工藝進行了探討。

關鍵詞：煤礦開采；液壓支架；結構件；焊接工藝 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD353 文章編號：1009-2374（2015）15-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.081

1 概述

液壓支架是現代采煤作業的必備的支護設備，其主要由護幫板、頂梁、掩護梁、前連桿、后連桿、底座、推移桿等部件構成，見圖1：

1.護幫板；2.頂梁；3.掩護梁；4.前連桿；

5.后連桿；6.底座；7.推移桿

圖1 液壓支架的結構件示意圖

液壓支架在濕度大、粉塵多的地下巷道中擔負著負重、支撐作用，隨著地下采煤機電一體化程度的加大，液壓支架在穩定性、智能化、安全性方面的作用越來越大，在機械結構方面，支架整體為箱體式組合型構造，其各個組件形狀各異，主要是通過大量的焊接將各個組件連接在一起；在機械承載方面，液壓支架各個結構件的焊接質量起到了決定性的作用。因此，為了保證焊接質量，就必須執行科學合理的焊接工藝，以保證液壓支架的使用安全性與壽命。

2 液壓支架結構件焊接技術要素分析

2.1 材料分析

為了保證煤礦液壓支架的高強度性能，一般采用高強度結構鋼作為制造原材料。這里以Q690結構鋼為例進行說明。Q690結構鋼的主要成分如表1：

表1 Q690結構鋼的化學成分與力學性能

化學成分（質量含量%） 屈服強度（MPa） 抗拉強度（MPa） 伸長率（%）

Mn Al Ti Si C P S

1.67 0.043 0.019 0.41 0.07 0.013 0.003 550 700 17

2.2 焊接性分析

在焊接高溫的作用下，主體金屬與焊條熔化物首先會發生偏析反應，接下來在凝固結晶過程中發生氧化還原反應，會改變主體金屬的局部成分含量，對結構件的金相組織、力學性能都會造成影響。另外，隨著氧、氮、氫等氣體的析出，會產生焊縫氣孔；隨著溫度變化的不同，會因為結晶方式的不同而產生熱裂紋。

就Q690低合金結構鋼而言，在焊接過程中更容易出現裂紋、淬硬等變化傾向，導致焊接質量不過關。如果對熱影響區的溫度處理不當，就容易生成馬氏體組織，使結構件局部變硬變脆，進而降低金屬的韌性、塑性和耐腐蝕性；如果在焊接接觸面實施CO2氣體保護焊接的時候，沒有控制好各個技術參數，很容易因為氧、氮、氫氣的負面作用而加大裂紋的危害；如果焊接時沒有確保受熱均勻，就會因金屬不同部位的受熱不均而出現淬硬現象。所以，一定要嚴格按照焊接工藝進行焊接

作業。

表2 CO2氣體保護焊技術參數

焊道類別 焊接電流A 電弧電壓V 氣體流量L/min 熱輸入kJ/cm 焊縫厚度mm 焊道溫度℃

打底焊道 240～260 25～27 12～20 ≤20 6～8 ≥100

填充焊道 280～300 29～31 18～22 ≤22 8～10 ≥120

蓋面焊道 300～320 31～33 20～25 ≤24 6～8 ≥120

2.3 焊接技術標準

按照《液壓支架通用技術條件（MT312-92）》《焊接與切割安全（GB9448-88）》等國家標準，焊接技術標準主要有以下五項：（1）焊接結構件外形不得有尖角；（2）鉸接部位四孔的同軸度為D1～2mm；（3）焊接平面上的未標注直線度公差為2‰，當焊接直線大于4m，該公差不能超過3‰；（4）未標注平面度公差在任何方向長度1m內≤2mm；（5）焊縫抗拉強度不得低于520MPa。所有焊縫必須等于或高于Ⅱ級焊縫質量要求，絕不許有裂縫、氣孔、夾渣、咬邊、弧坑、焊接斷裂、未熔合等缺陷存在。

3 液壓支架的焊接工藝與焊接操作

液壓支架的焊接工藝與焊接操作包括焊前準備、焊接操作、焊后熱處理等主要階段，下面分別對其進行

說明。

3.1 焊前準備

3.1.1 原料的復檢。對采購進來的鋼材，首先要使用超聲波探傷儀進行探傷檢測；還必須通過多種實驗進行復檢，以確保鋼材是合格的。實驗項目包括成分分析、拉伸試驗、冷彎試驗、沖擊試驗等。

對庫存的焊料，要再次核對其型號、牌號，還要對其進行熔敷金屬力學性能復驗。對來路不明的焊料絕不使用。

3.1.2 鋼材下料。本著安全、節約、方便的原則，在除去銹跡并做矯平處理之后，根據鋼材尺寸和需要的尺寸進行計算，安排好各種材料的下料位置與順序，使用氣割、切割機、剪切機等工具下料，下料后，要注意再次進行矯平整形，以消除下料時產生的變形和內應力。

加工坡口一般使用熱切割的方式，在垂直切下之后，可以使用機械加工的辦法切削、刨削出坡口，坡口角度公差在±5o，鈍邊公差為±2mm。需要注意的事項有：坡口處不能有油污，不能有切割熔渣，不能有銹跡，應保持坡口端面的光亮平整。

3.2 焊接操作

3.2.1 清理焊道。在焊接之前首先必做的工作就是清理焊道，要保證兩邊焊道各20mm范圍內沒有切割熔渣、銹蝕、掛渣、油污、水跡等直接影響焊接質量的雜物，還應該檢查焊接工位及周圍的安全性，以避免發生不必要的安全事故。

3.2.2 定位焊接結構件。通過劃線標注或使用專用工件，將主筋板、筋板、頂板等拼裝擺放到位，用工藝芯軸穿過鉸接孔，以保證各個孔位的同軸度，預留空間尺寸，以防止定位焊接后因內應力導致的結構件變形。為防止焊縫開裂，應選用與結構件相匹配的焊料。若焊縫出現裂紋，須及時清除，重新進行定位焊接。在焊接之后，應該及時按照清理標準進行焊道清理，保持清潔，另外需要在焊道兩側各25mm的范圍內做打磨處理，直至露出金屬光澤。endprint

定位焊的工藝尺寸要求是：定位間距為300mm，焊縫高6～8mm，長40～60mm，單側焊縫不得少于兩處，在容易發生變形的部位，可以增加焊接支撐件。

3.2.3 預熱溫度的控制。在焊接時對焊件做預熱處理可以有效防止焊接應力出現，避免發生較為嚴重的焊接變形。定位焊的預熱溫度應控制在150℃～200℃，正式焊接時的預熱溫度應控制在100℃～150℃，可以使用乙炔氣做預熱處理，要控制住溫度，使焊接部分均勻受熱，避免因局部溫度過高而影響到鋼材的金屬性能。在做預熱處理的時候，最好在室內進行，周圍環境溫度以5℃～40℃為好。

3.2.4 合理安排焊接次序。安排好焊接次序，可以有效防止或控制焊接變形，一般情況下，是按照先焊接周圍主筋板，后焊接其他筋板；先里后外，對稱交錯，先縱焊后橫焊的原則進行焊接。科學合理的焊接順序是必須遵循的工藝要素。

3.2.5 有效控制焊接過程。對于角焊縫，需采用多層多道焊接方法，打底層2～3mm，視焊腳大小的不同，分作1～4層進行焊接，直至完成焊接。

對于塞焊縫、單邊V形坡口焊接，一般可以采用船形焊接法，當角焊縫尺寸小于10mm的時候，也可以采用船型焊接法。

對于蓋面焊縫，多采用平焊，嚴禁出現下坡焊，在相鄰的夾角處，運用包角焊接工藝進行焊接，引弧點與收弧點距夾角50mm開外，在應力集中的地方不能做引弧、收弧，對之前預留的應力釋放孔，可以不做焊接處理。

3.3 焊后熱處理

在焊接結束之后，應對結構件做退火處理，以消除應力影響。將焊接后的結構件轉移至熱處理車間，按照每小時升溫100℃～150℃的速度加熱結構件，待溫度升至450℃～500℃，保持2小時，之后隨爐冷卻至300℃，出爐空冷，完成熱處理操作。

4 結語

總之，科學合理的焊接工藝可以保證煤礦液壓支架結構件的制造質量，可以保證結構件符合設計要求，以及液壓支架的使用安全和應用功效。

參考文獻

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[4] 孫洪霞.ZY8600/25/53型液壓支架結構件焊接工藝研究[J].山東煤炭科技，2011，（1）.

（責任編輯：蔣建華）endprint