基于煤機制造焊接施工技術的分析及應用

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基于煤機制造焊接施工技術的分析及應用

趙志

(大同煤礦集團 機電裝備公司中央機廠技術中心，山西大同037001)

摘要針對氣體保護焊焊接施工技術在煤礦機械制造中的工藝應用，分析了焊接工藝參數及施工過程中各因素的影響，并以同煤集團機電裝備公司中央機廠為塔山煤礦、同忻煤礦和金莊煤業公司生產制造的ZF15000/27.5/42型大采高液壓支架產品為例，提出了具體的焊接工藝技術措施，實現了新材料、新工藝煤機制造焊焊接施工技術應用的新跨越，填補了煤炭行業煤機制造氣體保護焊焊接施工技術應用領域的多項空白。

關鍵詞氣體保護焊；焊接工藝；焊接接頭；焊接應力；焊接變形

收稿日期：2015-02-04

作者簡介：趙志(1969—)，男，山西渾源人，2014年畢業于太原科技大學，工程師，主要從事鉚焊工藝技術生產準備和服務的管理工作

中圖分類號：TD406

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)03-0045-03

AbstractAnalyses the soldering building technique parameters and the factors influencing the in the process of construction,And take example for ZF15000/27.5/42 large mining height hydraulic support producted by the central machinery factory supply for Datong coal mine group Ta Shan coal mine,Tongxin coal mine and Jinzhuang coal industry,puts forwards the measures of welding process of specific technical, the implementation of new materials, new technology of coal machine manufacturing a new leap welding construction technology application,from the welding process parameters selection, concrete when choosing and welding welding protective gas corresponding to the process before welding, welding heat treatment after welding technology measures should be taken to such aspects as are discussed in detail and introduction.Fills a number of gaps in the coal machine manufacturing industry of coal gas welding construction technology application.

現代煤礦機械制造中，氣體保護焊焊接施工技術的應用越趨廣泛，而在氣體保護焊焊接工藝方法中，即使采用同一種焊接材料進行焊接，焊縫金屬的性能除了要受到母材的種類、板厚等條件的影響外，還要受到焊接施工條件、熱處理條件以及焊接施工作業環境等諸多因素的影響。所以，在煤機制造氣體保護焊中選擇合適的焊接施工技術是獲得高質量焊接接頭的必要條件，更是獲得高質量煤機制造產品焊接結構件的重要保證。

1氣體保護焊焊接工藝參數的影響

在氣體保護焊焊接施工時，為了保護焊接質量而選定的諸物理量(如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊接線能量等)的總稱叫做焊接工藝參數，它是煤機制造焊接施工技術中重要的工藝參數。

1.1焊接電流、電弧電壓和焊接速度

焊接電流與電弧電壓是影響焊接材料(焊絲)融化量、電弧熱量以及電弧穩定性的重要參數。焊接電流增加則焊絲融化量增加，焊縫寬度加大，余高加高。由于電弧熱量增加，向母材輸入的熱量增加，電弧吹力增大從而導致熔深同向增大。

電弧電壓是配合焊接電流決定電弧長度的因子，其對電弧的穩定性、飛濺顆粒的大小以及數量、焊道形狀、熔深以及焊接氣孔均會產生較大的影響。提高電弧電壓，使電弧長度增加，則焊縫變寬，熔深減小。當電弧電壓過高，弧長過長，則電弧不穩發飄，飛濺量在增大，其合金成分的氧化損耗也在增大，尤其在氣體保護焊焊接氣體保護不足時就容易產生氣孔。反之，電弧電壓過低，弧長過短時，焊絲就容易插入熔池，使得焊縫外觀成型不良，并且在施焊過程中產生熄弧現象。

當焊接電流、電弧電壓確定后，焊接速度的增加可以使焊道寬度和熔深相應減小而且焊道形狀變凸。焊接速度加快，還容易導致熔渣包覆不全，焊縫外形變差，同時冷卻速度加快，還會降低焊縫的塑性；相反，焊接速度過慢，會使焊道變寬、余高加高、熔深加深，容易造成熔融金屬在電弧之前就與母材相融，進而導致融合不良甚至燒穿焊件等焊接缺陷。焊接工藝參數的變化對焊道形狀以及熔深狀態的影響見表1.

1.2焊絲干伸長度

焊絲干伸長度的改變也會影響焊接工藝性能。當焊絲送絲速度一定時，干伸長度加大，焊接電流就降低，內阻熱增加，從而使焊絲融化速度加快，熔深變淺，電弧不穩定，飛濺現象增大，在保護氣體不足時就

表1　工藝參數對焊道形狀、熔深狀態的影響表

會產生氣孔；相反，當干伸長度過短時，噴嘴上黏附的飛濺物就會增多，使導嘴發熱燒損，同時過多的飛濺物既影響到送絲的通暢也擾亂了保護氣體的流暢性，從而也成為產生氣孔的因素。通常焊接電流在250 A以下時，干伸長度為12～17 mm適宜；焊接電流在250 A以上時，干伸長度為20～25 mm適宜。

1.3氣體流量、噴嘴高度的影響

氣體保護焊中，氣體流量、噴嘴高度和焊接電流均會對焊道產生重大的影響，因此，必須選擇合適的匹配關系。焊接電流、氣體流量與噴嘴高度適配表見表2.

表2　焊接電流、氣體流量與噴嘴高度適配表

1.4噴嘴傾角的影響

氣體保護焊焊接時，噴嘴傾角會影響熔池的溫度和焊縫的成型，其傾斜角度的大小應當以被焊件的厚度、焊縫的位置以及焊接施工工藝要求來確定。

2保護氣體的影響

氣體保護焊中，保護氣體既是焊接區域的保護介質，又是產生電弧的氣體介質。因此，保護氣體的特性不僅影響到保護效果，而且還會影響電弧特性、焊絲金屬的熔滴過渡特性、焊接冶金特性以及焊縫的成型與質量等。所以，保護氣體的合理選用，不僅要考慮到保護作用，而且要綜合考慮上述因素，以獲得最好的焊接施工工藝、保護效果和焊縫性能。

3焊接應力、焊接變形的影響和控制

氣體保護焊焊接施工時，在焊接區附近定會產生不均勻的溫度場，焊接構件因冷卻產生收縮，這種“快速變化”由于接頭附近復雜的拘束不能隨著溫度的快速變化自由膨脹和收縮，在焊件內部就會產生不均勻的內應力場，這也是在焊接熱循環過程中，焊接區附近的母材產生的塑性應變是產生焊接殘余應力和焊接變形的重要原因。

焊接應力和焊接變形的大小，一方面取決于被焊材料的彈性模量、屈服極限、線膨脹系數、導熱系數等材料的性質，另一方面還取決于焊件的形狀、尺寸和焊接施工工藝。由于焊接應力是產生各種焊接裂紋的重要因素，而焊接變形不僅影響焊接結構件的尺寸精度和外觀，而且還會降低焊接結構的承載能力，所以，在焊接施工時必須采取相應的控制措施。

1) 盡可能選擇合理的焊接順序和方向，使焊縫能夠自由收縮，從而減小焊接應力以及焊接變形的產生。

2) 采取錘擊焊縫的方法。錘擊力應當均勻適度并且也要盡可能避免在材料的蘭脆溫度(200～300℃)范圍內錘擊，以防止裂紋的產生。

3) 在必要時采取焊前預熱和后熱等焊后熱處理的工藝措施。

4典型煤機制造產品焊接施工技術的應用

2014年，同煤集團機電裝備公司中央機廠在為該集團塔山煤礦、同忻煤礦和金莊煤業公司生產制造的ZF15000/27.5/42型大采高液壓支架中，由于該套支架最大工作阻力為15 000 kN，最大支撐高度為4 200 mm，其為典型的大采高綜放開采煤機設備，該套液壓支架主要鉚焊承載結構件頂梁和底座均是由Q690(80 kg級)和Q550(70 kg級) 等低合金高強度板材構成，其淬硬傾向嚴重，焊接性較差。因此,為了防止產生焊接裂紋等焊接質量問題，制定了嚴格的焊接工藝施工技術措施。

1) 具體焊接工藝參數：焊絲直徑d1.2 mm，焊接電流：280～320 A,焊接電壓：29～32 V，焊絲干伸長度：20～23 mm,焊接氣體流量：19～20 L/min.

2) 為保證焊接質量，增強焊縫保護效果，在氣體保護選用上采取了Ar+ CO2的混合氣體。

3) 為降低Q690和Q550 鋼的淬硬傾向，防止產生焊接裂紋和延遲裂紋，要求焊接施工時必須嚴格按工序進行:150～200℃的焊前預熱和焊后再將工件加熱和保溫的焊后熱處理的焊接施工工藝。

綜上所述，氣體保護焊焊接施工技術在同煤集團公司大功率刮板輸送機、特厚煤層大采高綜放開采液壓支架等煤機產品制造的實踐應用中均取得了較大的成功，尤其在700 MPa(Q690和Q550 鋼)以上低合金高強度鋼和Ar+ CO2混合氣體保護焊的生產實踐應用上更是實現了新材料、新工藝煤機制造焊接施工技術應用的新跨越。其中有多項煤機制造產品獲得了大同煤礦集團公司科技成果獎并且填補了煤炭行業煤機制造氣體保護焊焊接施工技術應用領域的多項空白。

參考文獻

[1]吳樹雄.焊絲選用指南[M].北京：化學工業出版社，2002:150.

Based on the Analysis and Application of the Coal Machinery

Manufacture Welding Construction Technology

ZHAO Zhi

Key wordsGas and safeguards the soldering; Soldering technology; Soldering joins; Soldering stress; Soldering deforming