液壓支架結構件板件坡口焊接工藝優(yōu)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(chǎn)生的巨大支撐力來實現(xiàn)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(tǒng)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(zhì)量影響較大。隨著煤炭企業(yè)生產(chǎn)中對高端液壓支架需求量的增加,對液壓支架的制造質(zhì)量及支撐高度提出了新的要求,同時面臨國內(nèi)外同行業(yè)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(chǎn)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(qū)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(shù)要求,結構件板件坡口的焊接工藝已經(jīng)難以滿足當前礦井生產(chǎn)對液壓支架的需求,如不進行坡口焊接工藝優(yōu)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(zhì)量,以滿足生產(chǎn)企業(yè)對液壓支架的要求,成為液壓支架制造企業(yè)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(yōu)化,特別是坡口焊接角度、坡口切割工藝優(yōu)化、檢驗工裝的研究設計等進行優(yōu)化,提高液壓支架結板件的合格率,逐步提升產(chǎn)品質(zhì)量,同時節(jié)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(xiàn)狀分析

隨著液壓支架結構件板件對材質(zhì)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(huán),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(zhì)量雖然也可以達到液壓支架基本的焊接質(zhì)量要求,但距離高端液壓支架質(zhì)量要求還有很大的差距。原來生產(chǎn)中所采用的坡口形式,其焊接質(zhì)量雖然也可以達到支架的焊接要求,但若應用到現(xiàn)在的工作中效率很低,影響生產(chǎn)工期,而且焊接質(zhì)量也不理想,浪費焊絲,增加了生產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)效率以及產(chǎn)品的質(zhì)量[1-2]。

3 坡口焊接工藝優(yōu)化設計

為提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本,避免造成不必要的浪費,保證生產(chǎn)任務的順利完成,需要對高端液壓支架的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的坡口進行工藝優(yōu)化。

3.1 坡口角度工藝優(yōu)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(zhì)量直接影響整個液壓支架的質(zhì)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(yōu)化,將結構件主筋貼板和蓋板的坡口角度根據(jù)液壓支架結構件的焊接強度規(guī)格要求做出相應調(diào)整[3]。

1)坡口焊接角度工藝優(yōu)化

液壓支架結構件板件坡口焊接角度工藝優(yōu)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(yōu)化節(jié)約了焊接時的使用焊絲數(shù)量,降低了生產(chǎn)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(yōu)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(chǎn)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(yè)時易出現(xiàn)疲勞,難以實現(xiàn)持續(xù)性加工,加工質(zhì)量不穩(wěn)定難以批量生產(chǎn);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(xiàn)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(chǎn)品厚度均勻,加工質(zhì)量穩(wěn)定,可以實現(xiàn)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(zhì)量明顯提高,達到坡口機器人的氣割質(zhì)量;鈍邊大小可見。工藝優(yōu)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(chǎn)效率、坡口切割質(zhì)量。

3.2 坡口檢驗工裝設計

結合現(xiàn)場實際,專業(yè)技術人員從切割設備、切割方式、工序、焊接質(zhì)量要求等方面考慮,為保證坡口機器人制作坡口的質(zhì)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(xù)工序提供基礎,降低了生產(chǎn)成本,避免造成不必要的浪費,真正達到節(jié)約降耗、增效的目的,滿足了生產(chǎn)需要,對提高產(chǎn)品質(zhì)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(yōu)化后的應用,應用到實際生產(chǎn)中,經(jīng)過計算,焊絲能節(jié)約16%的用量,每年節(jié)約的焊絲就達210 萬元;通過坡口切割工藝的優(yōu)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(xù)工序提供基礎,降低了生產(chǎn)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(yōu)化后的工藝在滿足焊接質(zhì)量和生產(chǎn)要求的前提下,提高了液壓支架的質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本,提高了企業(yè)生產(chǎn)效率,擴大了企業(yè)產(chǎn)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(yōu)化,進一步規(guī)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(zhì)量、坡口的精度和合格率,降低了生產(chǎn)成本,提高了企業(yè)生產(chǎn)效率,擴大了企業(yè)產(chǎn)能。