焊接工藝在煤礦電纜槽機械手上的應用

張 洋

（鐵法能源公司大興煤礦， 遼寧 兵山 112700）

引言

在現代化的煤礦生產礦井中，隨著綜采工作面生產能力的提高和推進速度的加快，對工作面安裝速度也在不斷地提出新要求。如何安全、快速、高效地進行煤礦生產工作面的各種設備安裝，已擺在煤礦管理工作的首要位置。管理人員對工作面的各臺安裝設備要精心、細致地分析安裝順序、安裝速度、安裝效果、安裝后的使用效果及有無安全隱患等。鐵煤集團大興礦在井下Sv709 安裝綜采工作面設備，雖已嚴格按照大興礦規定的順序對每一臺設備進行精心、細致、穩妥、高效地安裝，但仍存在一些不足，其中電纜槽設備的安裝就存在一些問題，電纜槽的方法和安裝速度均有待于提高[1-2]。

大興礦在以往工作面的安裝過程中，一直按照如下順序進行。首先安裝中部槽，其次鋪鏈子，接著上刮板，再次安裝支架，最后安裝電纜槽。在電纜槽安裝前，需將工作面使用的運輸機和各組液壓支架安裝完后，方可安裝電纜槽。每一次安裝工作面電纜槽，均需3～4 人配合作業，且需使用多臺起吊設備，安裝電纜槽工期長、效率低，存在諸多不利因素，它嚴重地制約著工作面的安裝速度。為加快電纜槽的安裝速度，不影響工作面整體的安裝進程，特設計一款電纜槽安裝機械手，專門用于電纜槽的安裝，它能夠快速地完成起吊、搬運、安裝工作，替代人的繁重勞動以實現工作面安裝電纜槽的機械化，電纜槽機械手還能在危險的環境中保護人們的安全，實現安全、快速、高效地完成電纜槽的安裝任務[3-4]。

1 電纜槽機械手存在的問題

由于井下工作環境的特殊性和安裝電纜槽的復雜性，各個連接部件所受應力不均勻，結構會發生變化，脆性加強，韌性減弱，造成各部件開焊、變形、斷裂。造成生產中斷和產生安全隱患。由于上述原因，需要設計出一套合理的焊接工藝來滿足電纜槽安裝機械手在生產工作中的需要[5-6]。

2 電纜槽機械手簡介

電纜槽機械手主要由起吊臂、起吊勾、回轉臺、基座、操作閥、千斤頂等件構成，大部分由焊接組成，它利用液壓原理，完成對電纜槽操作的各種動作，依次完成電纜槽起吊、移位、組對工作。手部用來勾起電纜槽，運動機構用來將電纜槽吊起、移位等來實現規定動作，機械手改變電纜槽的位置，完成升降、收縮、旋轉等動作，它靈活性大、通用性廣，可應用在其他需要起吊和移位的工作地點。

電纜槽機械手簡圖如圖1 所示。機械手的基座通過運輸機的銷排做導向，基座下方有4 個行走輪，行走輪在運輸機中板上行走，機械手行走到一定位置準備起吊電纜槽時，為防止機械手前后、左右擺動，用漲緊油缸通過銷排孔，鎖緊機械手。當機械手鎖緊后，開始對電纜槽進行起吊和安裝工作。

圖1 電纜槽機械手簡圖

3 機械手中各種千斤頂的功能

伸縮千斤頂起伸縮臂作用，能伸出1.2 m。側支撐千斤頂起銷軸作用，鎖緊機械手，防止機械手向各個方向擺動。回轉千斤頂起往復運動，控制機械手往復搬運電纜槽。升降千斤頂起升降作用，控制機械手完成上升和下降動作。自移千斤頂起自身移動作用，控制機械手在運輸機中板邊沿上行走，前進或后退，完成從遠處搬運電纜槽的動作。

4 焊接中出現裂紋的原因

1）焊接性分析中碳鋼在焊接過程中出現的問題主要是焊縫及熱影響區淬硬性和冷裂紋敏感性，焊接接頭還會出現熱裂紋。

2）熱裂紋一般在500～700 ℃敏感溫度區內形成，并且出現殘余應力較高的部位，例如接頭咬邊、未焊透等集中處，這些部位在加熱過程中，殘余應力釋放，蠕變變形較大，更容易出現裂紋。

3）鋼的回火脆性與其雜質含量有密切的關系，這些雜質主要是鋼中的P、S 等，它們易在晶界偏析，導致晶間結合力下降而引起脆化[7-9]。

5 焊接工藝的應用

5.1 焊接材料的選擇

選擇保證焊縫性能同母材匹配的焊接材料，焊縫應具有必要的熱強性，但是為了防止焊縫有較大的熱裂傾向，焊縫含碳量往往比母材要低一些。焊接的工件需要承受動載荷或沖擊載荷，應選用熔敷金屬沖擊韌性較高的低氫型堿性焊條。綜合以上多種因素，應該選擇低氫型堿性焊條。

5.2 焊接方法的選擇

1）鎢極惰性氣體保護焊；由于生產率低，故不宜采用。

2）二氧化碳氣體保護焊；焊接設備較復雜，并且抗風能力差，故不宜采用[10]。

3）手工電弧焊，適用于工作環境較差，并且適用于堿性焊條。操作靈活，可全方位焊接，所以可以做為焊接設備。

4）手工電弧焊需進行段焊，每條焊縫必須焊接200 mm、斷開100 mm，直到整條焊縫焊完。間隔10～20 min 后，再把未焊的、斷開的縫焊完。目的是防止焊縫溫度高，在溫度敏感區產生裂紋，防止產生殘余應力。

5.3 焊接工藝的選擇

1）電焊機選型為BX1-500 型交流焊機，焊條選型為E506 堿性焊條。

2）將需要對接的鋼板兩側開V 型坡口，留1～2 mm 鈍邊，并將坡口兩側20 mm 以內的鐵銹及雜質清理干凈。

3）接頭焊縫需焊兩遍形成，第一遍為第二遍焊縫預熱，第二遍焊縫可以為第一遍保溫，有利于焊縫中氫氣的逸出，以減少形成氣孔，同時還增加了焊縫的韌性。

4）第一遍打底焊選擇Φ3.2 焊條施焊，電流選擇90～120 A，將工件組合在一起，并留2 mm 縫隙以利于施焊。

5）打底焊的焊量為坡口的1/3，焊完第一遍后必須將焊縫內焊渣清理干凈。間隔10～20 min 后，再焊第二層，目的是控制層間溫度，以免產生應力或熱裂紋。

6）蓋面焊時選用Φ4.0 堿性焊條，焊前焊條需經350 ℃高溫烘干，電流選擇為150～200 A，要求填滿坡口，不許出現咬邊、氣孔、未焊透、裂紋等焊接缺陷，焊縫余高不得超過3 mm，焊縫與母材圓滑過渡。

6 結語

機械手具有結構簡單、性能穩固、使用靈活、造價低廉、維護方便、速度快捷等優點，它能快速、高效、安全地完成電纜槽的安裝，可提高設備在機械化、自動化安裝過程中的壽命和安全性，保證作業人員人身安全，同時以最快速度縮短安裝工期，達到設備安裝的高效性，具有很好的推廣價值和應用前景。