礦用刮板機中部槽焊接質量的優化改進

崔海兵， 郭翠綿

（山西焦煤汾西礦業（集團）設備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

隨著國家制造業的快速發展，焊接技術已成為機械制造中的重要工藝。中部槽作為礦用刮板機的關鍵部件，其各部件的焊接性能決定了礦用刮板機的使用壽命及設備的可靠性。而在中部槽實際焊接過程中，焊縫處經常存在焊接收縮變形等缺陷，影響著中部槽的焊接質量，降低了刮板機的使用性能[1]。因此，找到影響中部槽各部件焊接質量的原因，加強焊接質量的優化改進十分重要。

1 刮板機中部槽結構

1.1 中部槽結構組成

中部槽的結構主要由鏟板槽幫、底板、中板及擋板槽幫等部件組成，其結構組成如圖1所示。其中，底板、中板等部件與槽幫采用焊接方式連接，占中部槽結構中焊接工作量的80%以上，槽幫采用高錳鋼鑄造整體式成形的方式生成。在物料輸送過程中，通過中部的槽幫、中板及底板的共同作用，并作為煤礦物料的運輸和傳遞的運輸軌道，實現物料的遠程運輸。中板主要用于物料的阻擋和隔離作用，其結構性能的好壞直接影響著中部槽的運輸效果和使用壽命[2]。其中，槽幫與中板之間的焊接收縮縫影響較為突出。

圖1 刮板機中部槽結構組成

1.2 中部槽焊接收縮變形方式

在焊接過程中，各焊接部位均會出現局部高溫集中的現象，促使各部件內部發生熱應力的集中和傳遞，最終導致在焊縫位置處出現焊縫收縮變形現象，影響著焊縫的焊接質量，其焊縫收縮主要包括在垂直于焊縫方向發生收縮的焊橫向收縮變形和沿焊縫方向發生收縮的縱向焊縫收縮變形兩種形式。其中，在中板與槽幫焊接過程中，會在高溫集中處發生高溫膨脹變形，但受槽幫等部件的阻礙作用未形成壓應力。而在焊縫冷卻過程中，焊縫會隨溫度的降低而產生較大的壓縮應力，使焊縫發生橫向收縮變形[3]。由于中部槽中各部分的焊接接頭主要采用對接接頭的形式，因此，各焊縫的收縮變形情況受坡口形式、焊接層數、焊接工藝等參數影響。

2 刮板機中部槽焊接影響因素分析

結合實際焊接過程分析，在中部槽焊接過程中，影響其焊接質量的因素主要包括焊接收縮縫變形、中板結構尺寸與槽幫加工尺寸。

2.1 焊接收縮縫變形

結合前文分析，中部槽各部件在焊接過程中會在高溫區域發生熱膨脹現象，在焊縫冷卻過程中，焊接部分體積減小，母材隨溫度的降低形成壓縮應力，進而發生位移變化，使槽內焊縫產生焊縫收縮變形，影響著整體的焊接質量。為保證焊接部分的焊接合格率，目前實際工程中主要采用剛性固定法和反變形法，其中，反變形法主要是焊接前在焊縫收縮相反方向考慮適量的變形補償量[4]。因此，在中部槽焊接過程中，將槽幫、中板等部件的尺寸增加一定的焊接余量以補償焊接收縮變形影響。由于坡口大小、坡口形狀、焊絲直徑及焊接厚度等因素將直接影響焊縫的焊接質量，坡口越大，焊縫截面積越大，所消耗的焊接能量越多，焊縫收縮變形則越大。因此，在實際焊接過程中，因理論和實際相結合，合理選擇相關參數值，以此保證焊縫不發生較大的焊縫收縮變形。

2.2 中板結構尺寸

中板作為中部槽的關鍵部件，在物料輸送過程中起到了阻擋物料移動的目的，具有較高的承載能力和耐磨性。目前主要采用35～45mm厚的高強耐磨鋼板通過火焰切割下料加工而成。根據工程反應，中板寬度尺寸一般為660mm，尺寸較小，存在對接間隙較大、焊接難度較高等問題，而由于中板尺寸較小，導致坡口加工時會存在較大的加工誤差。在焊接過程中，中板由于高溫作用，出現了高溫膨脹現象，并使焊縫發生位移變形，中板的結構尺寸誤差導致了中部槽焊接出現了質量問題[5]。因此，在實際加工過程中，可將中板坡口焊接比例控制在1∶1，并保證中部的結構尺寸和坡口尺寸符合設計要求，可有效控制焊縫的焊接質量。

2.3 槽幫加工尺寸

槽幫是中部槽的重要部件之一，采用整體鑄造焊接形成，其外形尺寸影響了中部槽焊縫的焊接質量。槽幫的關鍵尺寸主要是內槽的寬度尺寸，加工后尺寸需保證刮板機運行通暢和高效。由于槽幫結構長度較長，在加工過程中會產生整體結構彎曲變形等缺陷，為使其結構滿足設計要求，需對其彎曲部位進行局部打磨找正，導致其在組對間隙或焊接寬度出現變大或不一致現象。同時，由于槽幫采用鑄造而成，鑄造設備的加工精度、鑄造師傅的技術水平、鑄造工藝等因素均會影響槽幫的結構尺寸，導致其鑄造質量較難保證[6]。而在實際工程中，僅考慮槽幫產品性能符合設計要求，就以合格產品通過驗收，其輕微的尺寸誤差則未被考慮，這也直接影響了槽幫在焊接過程中焊接質量。

3 中部槽焊接質量優化改進

結合前文分析，焊接收縮縫、中板尺寸及槽幫加工尺寸等因素不符合設計要求，將直接導致組對間隙的增加，影響著各部件焊縫的焊接質量。因此，為提高中部槽中各部件焊縫的焊接質量，除加強產品的質量監督檢查外，還可從中板下料編程方面著手。結合工程實際，在編制中板下料程序時，對中板加工尺寸預留一定的下料余量，可彌補中板坡口加工時的坡口損耗，減小焊縫的收縮變形程度，有助于減小部件之間的組對間隙，提高焊縫的焊接質量。

同時，在選用焊接設計之前，應根據所焊部件的焊接厚度和坡口大小，結合理論計算，準確計算所需焊絲的直徑、焊接電流大小及焊接走絲速度，在實際焊接過程中，對焊接師傅進行現場技術交底，嚴格要求焊接工藝、焊接操作按標準焊接規范執行，加強焊接過程中焊縫的質量監督和控制，以此使中部槽各部件的焊接質量符合焊接要求，從規章制度和源頭上保證了中部槽的焊接質量，同時也降低了生產成本。

4 結論

結合工程實際，通過在編制中板下料程序時對加工尺寸預留一定的下料余量，可減小焊縫的收縮變形程度；同時，加強焊接過程中對焊縫質量的監督和控制，規范焊接工藝、焊接操作等措施，可改善中部槽焊縫的焊接質量，實現對中部槽焊接質量的優化改進。刮板機實際焊接過程中，可參考此研究內容及措施來改進優化各部件的焊接品質。該研究對保證礦用刮板機中部槽焊接質量，提高刮板機的使用性能具有重要意義。