超重型礦用結構件安全制造工藝設計及應用

Design and Application of Safe Manufacturing Process for Super Heavy Mining Structural Parts

SHI Ming-li

摘要：施行模塊化生產，封閉式管理，共分為焊前加工模塊、焊接模塊和焊后加工模塊，每個模塊各司其職，相互銜接，采用類似流水線模式，保證生產有序推進，減少交叉往返工序，加快了產品生產流通速度。另外，通過引進先進的工藝裝備，焊接、加工設備擴容，提升了分廠的生產能力。優化了焊接工藝。

Abstract： Modular production and closed management are divided into pre-weld processing module， welding module and post-weld processing module. Each module performs its own functions and connects with each other， adopting a similar pipeline mode to ensure orderly advancement of production， reduce the cross-trip process and speed up the production and circulation of products. In addition， through the introduction of advanced process equipment， welding， processing equipment expansion， the production capacity of the branch is improved and the welding process is optimized.

關鍵詞：超重型結構件;工藝布局;工藝規程;安全制造;工裝應用;工藝裝備

Key words： super heavy structural parts;process layout;process specification;safe manufacturing;tooling application;craft equipment

中圖分類號：TH227? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0155-02

1? 緒論

刮板輸送機成套設備在近幾年的時間里不斷向超大型、超重型的方向發展，隨著煤機市場的激烈競爭，對大型結構件的需求也不斷旺盛。近幾年，大型結構件產品質量要求不斷提高，也是生產企業堅持不懈努力的方向。不斷追求高質量的工藝方法是近幾年所有大型煤機制造企業面臨的主要任務，其中智能制造是主流，避免制造過程中的一些不穩定環節，同時減少人工參與是每個企業追求的目標。

2? 超重型礦用結構件工作環境及結構特點

2.1 超重型結構件的工作環境分析

煤礦輸送設備中的超重型結構件其結構復雜，零件比較多，噸位比較重，在生產制造過程中，安全保障是實施制造工藝的前提。超重型結構件是目前超大型成套設備的主要構成部分，大約占成套設備的60%左右，它們是整個輸送設備的骨架，其余的輔助設備及零部件都依托它們而存在。它們主要使用方式是年工作330天左右，工作制式為24小時連續工作，運輸能力大概在4000t/h以上。使用的環境條件是煤層埋藏深度200m以上，煤層平均厚度至少6m以上，煤層的屬于可采的厚煤層，井田內煤層的傾角不大于0.5～1.0°，屬于水平煤層，煤體的強度較高，普式系數不低于4.0這樣的環境下工作。

2.2 超重型結構件中的典型結構形式分析

超重型礦用結構件主要應用于槽寬在1250mm以上的成套設備，比如輸送機的機頭采用交叉側卸結構、機尾的伸縮結構、轉載機的機頭與后槽體伸縮結構等。以交叉側卸式機頭架為例，這種結構有利于布置兩個傳動裝置，一個平行于煤流方向，一個垂直于煤流方向。機頭架在設計時也考慮后期的維修比如：活動中板結構，方便維修更換;機頭架回轉端機頭護罩設置檢查窗，方便鏈輪檢修。交叉式側卸式機頭架結構比較復雜，設計和加工比較麻煩，從使用上來說，對地質條件的適應性也比端卸式機頭架差。但同時其優勢在高產高效工作面上也是明顯的。

3? 超重型礦用結構件工藝流程再造升級

3.1 超重型礦用結構件的工藝流程

我公司結構件分廠可按用戶的不同要求生產各類刮板輸送機成套設備所需結構件及配件。目前我公司已經生產的輸送機和轉載機成臺套設備種類近五百余種，輸送機槽寬：460-1400mm，電機功率40kW-3×1600kW，過煤量50-2000萬噸;轉載機槽寬：630-1800mm，裝機功率單機已達到1200kW;結構件噸位/單件最大到40噸。

3.1.1 生產類型及生產方式

結構件分廠生產性質為多品種、小批量生產。原材料常用板材厚度范圍δ20-δ60mm，板材最大厚度為130mm，常用材質為常用普通低合金高強鋼和調質類高強耐磨鋼。

生產方式為多分廠協作式生產，下料件30000噸（板材29500t，型材500t）、鍛件2000噸分別由下料分廠、鍛件分廠提供。最重結構件外形尺寸為4500×2600×1600（mm），重量約為26噸;最大結構件外形尺寸為8700×2600×900（mm），重量約為15噸。最大采用40噸天車。

3.1.2 超重型礦用結構件主要工藝流程

通過合理的進行車間工藝布局，使得物流順暢簡捷，有效減少零件的周轉量或次數，減少運輸成本。加工設備根據工藝流程采用機群式布置。所有焊接主要采用富氬混合氣體保護焊，與二氧化碳氣體保護焊相比，可改善熔滴過渡形式，大幅減少焊接飛濺，減少合金元素的燒損，提高焊縫綜合力學性能和外觀成形。針對結構件產品品種多、形狀各異和重點結構為高強板的特點，采用焊前火焰預熱或臺車爐整體預熱、焊后臺車爐去應力退火的方式來焊接。

3.2 超重型礦用結構件的模塊化生產、封閉式管理

3.2.1 焊前加工模塊

所有超重型礦用結構件的零件大部分來自于下料分廠，它們的材質主要采用Q345B、WQ690D，中板、底板、特殊部位材料主要采用ZM400、ZM450（實際代料為JFE-EH400、JFE-EH450、Hardox400、Hardox450、Wearturf450）。焊前加工主要是矯形、銑面、銑倒角、鉆孔為主，加工過程不允許有誤差或錯誤的情況，否則對下工序的銜接造成了很大的麻煩。

3.2.2 焊接模塊

焊接模塊是所有超重型結構件的主要環節，無論從組裝、焊接到最終的檢驗都是關鍵環節，也是檢驗產品在實際使用中的關鍵所在，焊接質量的好壞直接影響著整套設備的運行是否可靠。其中影響焊接性的四大因素分別是材料、設計、工藝及服役環境。

3.2.3 焊后加工模塊

焊后加工模塊全部采用數控鏜銑床機群和搖臂鉆床機群組成，從工藝裝備方面對大型結構件焊后加工精度進行全面的保證。

4? 超重型礦用結構件生產制造過程的質量控制

4.1 生產制造過程中的工藝保障措施

4.1.1 焊接氣體的選擇

我公司全面采用Ar+CO2混合管道氣體，它也被廣泛應用于焊接碳鋼及低合金鋼，Ar氣與CO2氣的比例，通常為（70～80）：（30～20）。這種比例既可用于噴射過渡電弧也可用于短路過渡電弧及脈沖過渡電弧。其優良保護效果以及焊道成型美觀、焊接質量高將其進行全面采用，主要也是為了追求產品的高質量的產出。

4.1.2 焊接材料的選擇

焊接材料選擇由焊接接頭機械性能要求而定，選擇焊材屈服強度時，要遵循很多原則，由超高強耐磨鋼的機械性能可知抗拉強度大于1250MPa，而大型結構件除了中底板外的材料主要選擇WQ690D的時候比較多其抗拉強度要大于800MPa級，故超高強鋼與WQ690D焊接，焊縫強度介于兩者之間，根據低強匹配原則，選用強度為700MPa級的國產ER69-G強韌性焊絲。

4.1.3 預熱溫度的確定

根據國家標準直Y形坡口對接抗裂試驗法，選定不同預熱溫度測定裂紋率。通過試驗測得裂紋率，可以繪出預熱溫度與裂紋率的曲線圖。一般認為，只要在此試驗中，裂紋率小于20%，在實際生產中就不致于產生裂紋，所以通過曲線圖可以看出JFE-EH450與WQ690D焊接時，預熱大于100℃，接頭中就不會產生裂紋。根據理論計算與抗裂試驗，我們在實際生產中控制Hardox450、JFE-EH450與WQ690D焊接的預熱溫度范圍在150～200℃。

4.1.4 焊前整體預熱、焊后去應力處理

焊前預熱對于大型結構件來說，火把預熱是不建議執行的，因為在整個預熱過程中，由于超重型結構件噸位重、零件多的特點，火把預熱往往達不到理想的預熱溫度且預熱的效果不好，鑒于以上原因引進了臺車式電阻爐，用于各種工件的去應力退火、回火等熱處理，以改善工件的機械性能及消除工件的焊接應力。

4.2 產品質量保證措施

按照公司現行的管理制度，分廠內部實行檢察員檢驗制度，公司檢查人員實行抽檢制度，實行二級檢驗對產品整個生產制造過程進行全面控制。

4.2.1 焊接后的檢測

大型結構件在焊接完成后，我公司有專業檢查人員要對各部位尺寸進行檢查，從以下幾個方面：整體焊接變形檢查、外形尺寸檢查、內寬尺寸檢查、焊縫焊道焊接質量檢查、焊接表面是否有飛濺等等。各種部位檢查的過程中，檢查人員要借助相關輔助工具、自制檢具等進行。為了保證焊縫內部焊接質量，不出現氣孔、夾渣等等焊接缺陷，我公司均要進行全方位超聲波探傷檢測。

4.2.2 加工后的檢測

大型結構件在焊接后進行一定時間的時效處理，然后在落地鏜銑加工中心上面進行全面尺寸加工。加工后各部位尺寸檢查是為了保證設備安裝使用性能的關鍵，主要從外形尺寸、聯接孔尺寸、位置尺寸、軸口部位尺寸等進行檢查。其中軸口尺寸檢查使用專用內千尺進行檢測，專業的檢查人員經過多年的實踐工作經驗，確保尺寸公差的符合性。形位公差的檢測采用三坐標測量儀進行，嚴格保證軸口部位尺寸精度。

5? 技術支持保證超重型礦用結構件安全制造

超重型礦用結構件由于體積較大，噸位較重，在焊接過程中需要立焊時需要及其注意焊接安全，例如：輸送機的固定架體是比較龐大的結構件，長度6m多，噸位高達13噸，側面較小并且沒有平面，側立焊接時不穩且十分的危險，以前只能用天車吊著焊接，但是一旦天車脫車會給操作現場帶來不可估量的災難性安全事故。所以專門制作了專用工裝，通過利用兩個支撐工裝分別放置在固定架兩端，讓固定架以一定角度靠在支撐工裝上，同時在固定架側面墊上支撐塊，然后用定位銷限制固定架滑動，以此來防止固定架傾倒，同時也達到側立焊接的目的。

6? 結論

公司經過工藝流程的再造升級后，工序流轉簡化，工藝流程清晰、充分利用了空間、場地，實現了物流高效、快捷運輸，節約了時間，提高了超重型礦用結構件生產效率。同時施行模塊化生產，封閉式管理，共分為焊前加工模塊、焊接模塊和焊后加工模塊，每個模塊各司其職，相互銜接，采用類似流水線模式，保證生產有序推進，減少交叉往返工序，加快了產品生產流通速度。

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作者簡介：史明立（1984-），男，滿族，遼寧鳳城人，工程師，本科，研究方向為工藝設計。