工業(yè)機(jī)械設(shè)備加工過(guò)程中的焊接工藝分析

張權(quán)壽

摘 要：在煤礦開(kāi)采中，液壓支架是很關(guān)鍵的機(jī)械設(shè)備，能夠保障煤礦安全，對(duì)煤礦生產(chǎn)意義深遠(yuǎn)。近年來(lái)，煤礦業(yè)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，所使用的采煤裝置越來(lái)越趨向于大型化。為了滿足發(fā)展需求，采煤設(shè)備中運(yùn)用了許多先進(jìn)的材料和技術(shù)。立柱系統(tǒng)在礦用液壓支架中承擔(dān)關(guān)鍵承力角色，必須具有高強(qiáng)度，立柱系統(tǒng)中中缸為關(guān)鍵部件，其力學(xué)性能要求較高。立柱中缸的結(jié)構(gòu)與其他部件不同，要利用焊接技術(shù)實(shí)施加工。現(xiàn)階段，中缸優(yōu)先選用S890鋼材進(jìn)行制造，其強(qiáng)度和韌性都很高，在焊接方面存在一定的困難，若焊接加工工藝使用不合理，就會(huì)造成焊接質(zhì)量不合格，使其不能良好地發(fā)揮效用，導(dǎo)致液壓支架在工作時(shí)存在安全隱患。

關(guān)鍵詞：液壓支架;立柱中缸;焊接加工;工藝優(yōu)化

前言：

針對(duì)應(yīng)用傳統(tǒng)焊接加工工藝在焊接S890鋼材料時(shí)容易產(chǎn)生裂紋的問(wèn)題，所以，對(duì)S890鋼材料特性進(jìn)行了研究，并將焊接加工工藝實(shí)行了改良?；谠O(shè)計(jì)的焊接工藝開(kāi)展實(shí)驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)域的強(qiáng)度和韌性均良好，可以滿足實(shí)際使用需要。

1液壓支架及其立柱結(jié)構(gòu)

液壓支架結(jié)構(gòu)的形式，可以分為三類：防護(hù)式、支架式和支架防護(hù)式。但是，無(wú)論是哪種類型的液壓支架，其關(guān)鍵部件區(qū)別不大，而立柱對(duì)液壓支架而言是極其重要的組成部分。從結(jié)構(gòu)來(lái)講，立柱頂端接連至液壓支架頂板，下端接連至液壓支架底板。經(jīng)由立柱、液壓支架本身的分量和頂板所負(fù)荷的巷道作用力被統(tǒng)統(tǒng)傳送至液壓支架底板，綜上所述，立柱對(duì)液壓支架裝置而言是不可或缺的承力部件。立柱系統(tǒng)主要由以下部分組成：底缸、中缸和活桿，三個(gè)組件的相對(duì)活動(dòng)能夠完成立柱的伸縮，從而達(dá)成液壓支架式樣的變化。因?yàn)榱⒅谶\(yùn)作時(shí)要長(zhǎng)期經(jīng)受沉重的外部負(fù)荷，所以，要求立柱每個(gè)組件具備良好的力學(xué)性能。若是力學(xué)性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，又經(jīng)歷了長(zhǎng)期的、高強(qiáng)度的負(fù)荷，極大程度上會(huì)發(fā)生折斷開(kāi)裂，對(duì)液壓支架使用安全造成隱患。中缸是立柱的其中一個(gè)組件，其結(jié)構(gòu)繁雜，在生產(chǎn)和加工過(guò)程中要使用焊接步驟，務(wù)必要求焊接工藝更加嚴(yán)謹(jǐn)，保證焊接品質(zhì)。

2立柱中缸焊接加工缺陷

焊接環(huán)節(jié)在立柱中缸制作和完善流程中是一個(gè)主要環(huán)節(jié)，焊接工藝對(duì)全部組件的力學(xué)功能有直接關(guān)系。S890鋼材中包括許多合金，并且合金種類相當(dāng)豐富。以碳當(dāng)量計(jì)算方式為準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出S890鋼碳當(dāng)量是0.63%。進(jìn)行了有關(guān)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果，如果材料的碳當(dāng)量含量高出0.6%，那么，可焊性則達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。S890鋼在淬火時(shí)硬化能力較差，焊接和冷卻后極易產(chǎn)生裂痕、變軟和變脆。此外，因?yàn)榱⒅Y(jié)構(gòu)相對(duì)特別，中缸焊接強(qiáng)度要達(dá)到大于650兆帕的條件，必須確保其高質(zhì)量的焊接工藝。

3立柱中缸焊接加工工藝的改進(jìn)

3.1實(shí)驗(yàn)材料的選擇

（1）實(shí)驗(yàn)材料。選用S890鋼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此鋼材用于制造立柱中缸，是無(wú)縫鋼管，鋼管直徑401毫米，長(zhǎng)63毫米。S890鋼的化學(xué)成分表參照表1。將鋼材進(jìn)行淬火和高溫回火，按照拉伸實(shí)驗(yàn)檢測(cè)得出，屈服強(qiáng)度820兆帕，抗拉強(qiáng)度907兆帕，延伸率19%，零下20℃時(shí)，沖擊功為161焦。

（2）保護(hù)性氣體。立柱中缸在運(yùn)作時(shí)，因?yàn)橐袚?dān)的外部負(fù)荷比較沉重，所以其韌性要更強(qiáng)，必須能滿足工作要求，大熱輸入的焊接方法并不適用。另外，在焊接工藝的實(shí)用效果和經(jīng)濟(jì)效益方面，也要多加注意，根據(jù)實(shí)際狀況，最后選擇熔化極氣體保護(hù)焊焊接工藝。這樣的焊接方法需要用到保護(hù)氣體，該焊接中采用的保護(hù)氣體成分是φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%。

（3）焊材的選用。立柱中缸是關(guān)鍵的承力結(jié)構(gòu)，不但要有充分的強(qiáng)度，還必須具有較好的韌性。但是，材料的強(qiáng)度和韌性的標(biāo)準(zhǔn)卻是相互沖突的，材料的強(qiáng)度較大時(shí)，韌性一般不好;反之，如果材料的韌性優(yōu)異，強(qiáng)度值則達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，若想使焊縫強(qiáng)度和韌性完美契合，防止產(chǎn)生一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)很高，另一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)很低的問(wèn)題出現(xiàn)，所以，最后選用了低強(qiáng)度焊接材料。該焊材的運(yùn)用，會(huì)將焊縫部分的碳含量和碳當(dāng)量限定在合理范圍內(nèi)，保證焊縫強(qiáng)度不但可以達(dá)到設(shè)計(jì)需求，而且在一定程度上提高其抗變形能力，優(yōu)良的塑性是增強(qiáng)抗裂性能的根本。對(duì)各種焊材屬性進(jìn)行分析比較，最后選擇了GHS-70焊絲。焊絲的屈服強(qiáng)度是645兆帕，抗拉強(qiáng)度是735兆帕，延伸率高達(dá)21%，零下40℃時(shí)沖擊功為91焦。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，GHS-70焊絲材料與20%CO2+80%Ar（φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%）的保護(hù)氣體聯(lián)合運(yùn)用，焊接質(zhì)量良好，焊縫部分的強(qiáng)度和韌性均達(dá)到了有效保證。

3.2焊接工藝設(shè)計(jì)

（1）焊前準(zhǔn)備。焊接前，要先把焊縫部位加工成“U”形，還要把焊縫周邊位置打掃干凈，清除殘?jiān)蛊湔宫F(xiàn)出金屬光澤。S890鋼碳當(dāng)量含量較大，并且在焊接過(guò)程中較易發(fā)生裂痕，因而，在開(kāi)始焊接時(shí)，務(wù)必把準(zhǔn)備用來(lái)焊接的焊料先加熱，為了使焊接更加方便快捷，初次焊接時(shí)的預(yù)熱溫度設(shè)定位125～150℃。經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理，可以防止S890鋼材料溫度發(fā)生快速改變，從而導(dǎo)致熱裂紋。

（2）焊接流程。本次所采用的焊接樣本是環(huán)形部件，因而運(yùn)用環(huán)縫焊缸機(jī)實(shí)施焊接，采用保護(hù)性氣體20%CO2+80%Ar（φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%），通常運(yùn)作情況下，氣體流量維持在16至20升/分鐘之間。

如果需要焊接區(qū)域偏廣，則有必要實(shí)施多道次焊接，道次為20次，焊接過(guò)程中，每道次的把控溫度都必須嚴(yán)謹(jǐn)，每層的溫度不能超過(guò)250℃，焊接速度為0.5毫米/秒，電流強(qiáng)度設(shè)置在315安，電弧電壓設(shè)定為30伏上下。完成全部的焊接步驟后，千萬(wàn)不要水淬，使用棉被包裹住焊接部位，保持兩小時(shí)，采用此種方法可以有效減緩焊縫部位的冷卻速度。

4.立柱中缸焊接工藝優(yōu)化的效果研究

等到焊縫位置溫度與室內(nèi)溫度一致時(shí)，可依據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則，察看焊縫的焊接效果，焊縫部位沒(méi)有鮮明的瑕疵，表明焊接質(zhì)量出色。經(jīng)過(guò)48小時(shí)后，使用超聲波無(wú)損探傷技術(shù)觀測(cè)焊縫區(qū)域，重點(diǎn)檢查焊縫內(nèi)部是不是有問(wèn)題，檢查后，全部焊縫部位都沒(méi)有欠缺和瑕疵，質(zhì)量?jī)?yōu)異。對(duì)焊縫位置的力學(xué)功能進(jìn)行探討，按照相關(guān)規(guī)定，把焊縫部位鋼材制作成拉伸樣本和沖擊樣本，并遵循相關(guān)規(guī)定進(jìn)行拉伸和沖擊測(cè)試。經(jīng)過(guò)室溫拉伸檢測(cè)，得出焊縫位置的抗拉強(qiáng)度高達(dá)730兆帕，并且斷裂部位為焊縫區(qū)域;零下20℃時(shí)，焊縫中央部位沖擊功為100焦，熱影響區(qū)部位沖擊功為95焦上下。通過(guò)對(duì)立柱中缸進(jìn)行焊接工藝加工，焊縫部位的抗拉強(qiáng)度大于650兆帕，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且沖擊韌性較好。因而能夠確定焊接工藝設(shè)計(jì)良好，可以保證立柱中缸焊縫部位的強(qiáng)度和韌性，從而確保液壓支架的綜合使用效果。

5.結(jié)語(yǔ)

焊接是合理應(yīng)用高壓或高溫方法，接合金屬或非金屬的一種工藝措施。焊接是機(jī)械設(shè)備加工期間不可或缺的一項(xiàng)環(huán)節(jié)，在對(duì)焊接工藝進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，要做好相應(yīng)分析作業(yè)，確保焊接作業(yè)的合理性，使最終生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步提升，滿足應(yīng)用需求。工程機(jī)械焊接工藝與普通焊接工藝相比，具有專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以將機(jī)械焊接設(shè)備作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)焊接工藝和焊接構(gòu)件，以滿足焊接的需求。液壓支架是煤礦開(kāi)采過(guò)程中極其關(guān)鍵的機(jī)械設(shè)備，對(duì)煤礦的安全保障具有重要意義。先進(jìn)焊接加工工藝的運(yùn)用保證了焊接質(zhì)量，加強(qiáng)了液壓支架的使用性能，以達(dá)到使用安全的目的。

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