液壓支架結構件板件坡口焊接工藝優化與應用

陳 清(兗礦東華重工有限公司煤機裝備制造分公司,山東 鄒城273500)

1 前言

液壓支架是煤礦智能化開采的重要設備,是利用液體產生的巨大支撐力來實現液壓支架的伸縮、橫移,從而對煤礦頂板進行支護。液壓支架由頂梁、掩護梁、底座、千斤、頂立柱、推移裝置、液壓控制系統和其他輔助裝置等組成。由于液壓支架的整體結構比較復雜,且焊接部分所占比例高,所以焊接工藝對整個液壓支架的質量影響較大。隨著煤炭企業生產中對高端液壓支架需求量的增加,對液壓支架的制造質量及支撐高度提出了新的要求,同時面臨國內外同行業的激烈競爭,液壓支架制造廠家只有不斷提高制造能力、生產水平,才能當前市場中站住腳。

坡口角度是影響焊縫成形、焊接稀釋率、熔合區形狀的一個重要焊接工藝因素,原有的液壓支架結構件板件的坡口角度為50°,熔深深度不能滿足焊接件的技術參數要求,結構件板件坡口的焊接工藝已經難以滿足當前礦井生產對液壓支架的需求,如不進行坡口焊接工藝優化將會影響整個液壓支架的工作性能以及安全性。如何不斷提高液壓支架結構件板件坡口焊接質量,以滿足生產企業對液壓支架的要求,成為液壓支架制造企業共同關心的問題。這就需要對原有的液壓支架結構件板件的坡口焊接工藝進行優化,特別是坡口焊接角度、坡口切割工藝優化、檢驗工裝的研究設計等進行優化,提高液壓支架結板件的合格率,逐步提升產品質量,同時節約成本,不斷提升液壓支架工作性能以及安全性。

2 焊接工藝現狀分析

隨著液壓支架結構件板件對材質要求的提升,對高強度鋼板的焊接性能要求更高。作為基礎制造工藝中的一環,焊接是一種精確、可靠、低成本、高科技的材料連接方法。原有的液壓支架結構件坡口焊接工藝,其焊接質量雖然也可以達到液壓支架基本的焊接質量要求,但距離高端液壓支架質量要求還有很大的差距。原來生產中所采用的坡口形式,其焊接質量雖然也可以達到支架的焊接要求,但若應用到現在的工作中效率很低,影響生產工期,而且焊接質量也不理想,浪費焊絲,增加了生產成本;原先的氣割坡口是正面打坡口,效率低、速度慢;平面成形差,有鋸齒現象;坡口大小難控制,且火焰利用率低。這些都在一定程度上影響了生產效率以及產品的質量[1-2]。

3 坡口焊接工藝優化設計

為提高產品質量、節約成本,避免造成不必要的浪費,保證生產任務的順利完成,需要對高端液壓支架的生產過程中產生的坡口進行工藝優化。

3.1 坡口角度工藝優化

在液壓支架的裝配過程中,結構件板件具有一定形狀的溝槽的部分稱為坡口,坡口是施焊的重要部位,坡口焊接質量直接影響整個液壓支架的質量,而在液壓支架結構件板件中主筋貼板和蓋板是重要的焊接部件。因此,主要是對結構件板件中的主筋貼板和蓋板切割出的坡口角度進行了工藝優化,將結構件主筋貼板和蓋板的坡口角度根據液壓支架結構件的焊接強度規格要求做出相應調整[3]。

1)坡口焊接角度工藝優化

液壓支架結構件板件坡口焊接角度工藝優化的重點是主筋貼板和蓋板的坡口角度,要充分考慮液壓支架結構件主筋貼板和蓋板板材的厚度來最終確定切割設備切割坡口角度的大小,氣割坡口角度的大小直接影響焊縫的熔深度,進一步影響到焊接部位的強度[4-5]。

當液壓支架結構件主筋貼板的厚度小于25 mm時,切割設備切割出的坡口角度為40°;當液壓支架結構件主筋貼板的厚度大于或等于25 mm 時,切割設備切割出的坡口角度為37°。具體如圖1所示。

圖1 貼板焊接示意圖

當液壓支架結構件蓋板的厚度小于25 mm 時,切割設備切割出的坡口角度為40°;當液壓支架結構件蓋板的厚度大于或等于25 mm 時,切割設備切割出的坡口角度為37°。具體如圖2所示。

圖2 蓋板焊接示意圖

液壓支架主筋貼板和蓋板的坡口角度工藝優化節約了焊接時的使用焊絲數量,降低了生產成本。液壓支架結構件主筋貼板和蓋板的焊縫焊接熔深度越好,熔深截面積越大,工件的強度越大,機械性能越好,使用壽命越長,滿足高端液壓支架的要求。

2)坡口切割工藝優化

液壓支架結構件板件坡口切割方式主要有機械冷加工、機械熱加工兩種方式。

(1)坡口的機械冷加工主要是使用機械設備進行切割,其特點是加工時間長、成本高、效率低,在液壓支架機構件板件坡口加工中很少采用。

(2)坡口的熱加工主要通過切割氣體燃燒產生的高溫熔化多余的金屬材料,達到金屬熱加工的目的,主要包括手工坡口、半自動切割、全自動機器人切割。手工坡口是操作人員手動坡口加工,對工作場所沒有限制,可以在提供氧氣的場所進行切割,對操作人員技術水平要求高,操作人員在作業時易出現疲勞,難以實現持續性加工,加工質量不穩定難以批量生產;半自動切割適用于加工直線坡口,加工效率低,易形成一端深、一端淺的現象,很難滿足工藝要求,不能對其他形式的坡口進行切割;全自動機器人切割坡出的坡口角度合適,產品厚度均勻,加工質量穩定,可以實現大批量加工,降低了勞動強度。

液壓支架結構件板件切割使用全自動機器人代替原有的切割設備,切割的方式為反面氣割使得半自動氣割坡口效率提高,速度快;平面成形度好,坡口質量明顯提高,達到坡口機器人的氣割質量;鈍邊大小可見。工藝優化后切割出的液壓支架結構件主筋貼板和蓋板坡口角度使工件坡口尺寸合格率大幅度提高,提高了生產效率、坡口切割質量。

3.2 坡口檢驗工裝設計

結合現場實際,專業技術人員從切割設備、切割方式、工序、焊接質量要求等方面考慮,為保證坡口機器人制作坡口的質量,在既要求尺寸精確又能滿足焊接強度,同時又不浪費焊絲的前提下,制作了坡口角度的檢驗工裝。坡口檢驗工裝的設計使用,提高了坡口的精度和合格率,給后續工序提供基礎,降低了生產成本,避免造成不必要的浪費,真正達到節約降耗、增效的目的,滿足了生產需要,對提高產品質量有十分重要的作用。

當坡口板件厚度δ<25 mm 時,使用的板件模板檢驗工裝如圖3所示。

圖3 δ<25 mm 示意圖

當坡口板件厚度δ≥25 mm 時,使用的板件模板檢驗工裝如圖4所示。

圖4 δ≥25 mm 示意圖

4 板件坡口焊接工藝的應用

坡口焊接工藝優化后的應用,應用到實際生產中,經過計算,焊絲能節約16%的用量,每年節約的焊絲就達210 萬元;通過坡口切割工藝的優化,提高了坡口尺寸的合格率;坡口檢驗工裝的設計使用,提高了坡口的精度和合格率,給后續工序提供基礎,降低了生產成本,避免造成不必要的浪費。通過制定合理的加工工藝,采取有效地控制措施,優化后的工藝在滿足焊接質量和生產要求的前提下,提高了液壓支架的質量,降低了生產成本,提高了企業生產效率,擴大了企業產能。

5 結論

通過對液壓支架結構件板件坡口焊接工藝進行優化,進一步規范坡口切割工藝、角度,制作坡口檢驗工裝,提高了高端液壓支架的制造質量、坡口的精度和合格率,降低了生產成本,提高了企業生產效率,擴大了企業產能。