工作阻力大于10 000 kN液壓支架結(jié)構(gòu)件制造工藝

厲華

工作阻力大于10 000 kN液壓支架結(jié)構(gòu)件制造工藝

厲華

針對大同煤礦集團(tuán)公司中央機(jī)廠近年來工作阻力大于10 000 kN或支護(hù)高度大于4 m液壓支架的大批量制造，在生產(chǎn)過程中，從結(jié)構(gòu)件的原材料選用、下料要求、組點(diǎn)成型、焊接、機(jī)加工、表面拋丸除銹、以及結(jié)構(gòu)件的涂裝工藝要求等各個工序制定并嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝規(guī)范，達(dá)到了預(yù)期效果。

液壓支架；結(jié)構(gòu)件制造；組點(diǎn)成型；焊接應(yīng)力消除；表面拋丸除銹；涂裝工藝

近幾年，大同煤礦集團(tuán)公司綜采、綜放工作面向石炭二疊系延深，生產(chǎn)條件發(fā)生了質(zhì)的變化，而且隨著煤炭產(chǎn)量日趨提高，對綜采、綜放支護(hù)設(shè)備的要求也越來越高。大同煤礦集團(tuán)公司中央機(jī)廠為了適應(yīng)石炭系煤層開采，設(shè)備制造和研制工藝從2006年開始進(jìn)行技術(shù)升級，先后研制了ZZ10000、ZF15000、ZF10000、ZZ13000、ZF13000等液壓支架，在一系列液壓支架的研制實(shí)踐過程中，逐步形成了一套可行性高、工藝性好的工藝程序及技術(shù)要求。

1 工藝程序適用范圍及引用標(biāo)準(zhǔn)

工作阻力大于10 000 kN或支護(hù)高度大于4 m液壓支架制造過程適用此工藝程序。

此工藝程序引用標(biāo)準(zhǔn)：①GB 25974.1-2010《煤礦用液壓支架通用技術(shù)條件》，②GB 1591-2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》，③MT/T 587-2011《液壓支架結(jié)構(gòu)件制造條件》，④JB/T 5000.12-2007《重型機(jī)械通用技術(shù)要求第12部分：涂裝》，⑤GB/T 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》，⑥JB/T 5000.2-2007《重型機(jī)械通用技術(shù)要求第2部分：火焰切割件》，⑦JB/T5000.3-2007《重型機(jī)械通用技術(shù)要求第3部分：焊接件》。

2 技術(shù)要求

2.1 毛坯件處理

2.1.1 母材的選用與工藝要求

首次使用的鋼材及首次供貨方供應(yīng)的鋼材，必須制定出相關(guān)焊接機(jī)械性能技術(shù)評定要求，其中主要針對焊接件的母材化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪切強(qiáng)度等，并且對工廠自制的鑄鋼件、鍛件進(jìn)行剖切檢測；還要制作相應(yīng)試驗(yàn)件，進(jìn)行焊件相同性分析、試驗(yàn)。

2.1.2 母材成形工藝要求

（1）選擇合理的氣割嘴規(guī)格，控制板件成形割口熱影響區(qū)，減小板件氣割熱影響區(qū)，控制板件成形誤差。供氣氣壓正常條件下，鋼板厚度與割縫寬度比不得大于20:1。確?？v向筋板寬度方向允差0 mm～-2mm，高度方向允差0mm～-2mm[1]。

（2）切割表面的偏斜度：20 mm～40 mm厚鋼板，偏斜度≤1 mm；40 mm～60 mm厚鋼板，偏斜度≤1.5 mm；60 mm～100 mm厚鋼板，偏斜度≤2 mm。表面粗糙度Ra≤50μm。對于重要構(gòu)件，如主筋板、重要筋板下料后，對重要結(jié)合面進(jìn)行刀檢，包括主筋板與頂（底）板結(jié)合表面，重要筋板與主筋板結(jié)合兩表面，均應(yīng)留2mm～4mm加工余量進(jìn)行刀檢，確保零件組點(diǎn)間隙≤2mm。

（3）主要受力板件數(shù)控切割下料后，須采用平板機(jī)或壓力機(jī)進(jìn)行矯正、矯直，確保平面度允差滿足1/ 1 000要求，即每1 m范圍內(nèi)平面度、直線度允差≤1 mm。但主筋板與頂（底）板接觸直邊只允許凹，不允許凸。彎曲件壓彎前，溫度必須保持在10℃以上，否則需要預(yù)熱到最少25℃，防止壓彎過程中產(chǎn)生纖維狀微裂，影響產(chǎn)品強(qiáng)度。

2.2 結(jié)構(gòu)件拼點(diǎn)成型

拼點(diǎn)成型是結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造的重要工序。首先檢查各零件是否經(jīng)檢驗(yàn)合格，合格件按照不同規(guī)格和尺寸進(jìn)行分類分管。

（1）筋板類零件與頂板拼點(diǎn)時根部間隙不得大于2 mm，如果存在較大間隙則必須更換零件。對于有裝配尺寸的部件，包容件適當(dāng)加大2 mm～3 mm，被包容件嚴(yán)格按圖紙尺寸組點(diǎn)，尺寸加大0 mm～1 mm，以抵消焊接后可能產(chǎn)生的收縮，保證留有充足合理的裝配間隙。對于成批制造的液壓支架，應(yīng)采用專用工裝單側(cè)定位，另側(cè)楔鐵擠緊，以便于控制拼點(diǎn)尺寸及相關(guān)零件間的間隙。

（2）活動側(cè)護(hù)板的側(cè)板與頂板之間連接焊縫較長，而且是單一焊縫，易發(fā)生焊接變形，拼點(diǎn)過程中應(yīng)采用樣件定位的方式（即撐檔）進(jìn)行定位拼點(diǎn)。如圖1所示，此方法為反變形手段。

圖1 反變形樣板示意

（3）對于頂梁、底座、掩護(hù)梁等主要受力結(jié)構(gòu)件的主鉸接部位[2]，為了保證其焊后尺寸，采取增加30 mm×30 mm斷面直支撐的方法，支撐間距為350 mm～400 mm（見圖2）。

圖2 結(jié)構(gòu)件組點(diǎn)支撐示意（圖中陰影部分為支撐）

（4）對于伸縮梁、腳踏板等斷面較薄、寬度較大的結(jié)構(gòu)件，一般采用“配對反變形”拼點(diǎn)方式增加結(jié)構(gòu)件剛性強(qiáng)度，降低焊接應(yīng)力影響[3]（見圖3）。

圖3 “配對反變形”拼點(diǎn)示意

2.3 焊接工藝要求

（1）高端液壓支架的工作阻力一般較高，承載能力較大，并且在實(shí)際使用過程中一般都存在扭矩應(yīng)力，對焊縫的機(jī)械性能要求相對較高。避免這類事故發(fā)生的基本做法就是降低焊接材料的碳當(dāng)量，避免焊縫開裂。尤其在Q550以上高強(qiáng)板施焊時，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)采用低于板材一個強(qiáng)度等級的焊絲；Q460以下板材，施焊時選用與板材等強(qiáng)度焊絲。一般選用φ1.2 mm和φ1.6 mm焊絲。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，一般φ1.2mm焊絲焊接電流選擇300 A±10 A，φ1.6mm焊絲焊接電流選擇340 A±10 A。

（2）通過二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和混合氣保護(hù)焊（二氧化碳和氬氣混合氣體，即80%Ar+20%CO2氣體）的對比，前者飛濺物較多，焊道成形較后者美觀度差，所以高端支架結(jié)構(gòu)件選擇混合氣保護(hù)焊。

（3）焊接預(yù)熱工藝要求。碳當(dāng)量不大于0.5%時（包括16Mn、15MnVN、Q460板等），一般在室溫條件下（5℃以上）即可獲得良好的焊接接頭，不需要焊前預(yù)熱；若環(huán)境溫度達(dá)不到5℃以上，需要采用氧-乙炔火焰預(yù)熱焊道周圍，預(yù)熱溫度50℃左右。碳當(dāng)量高于0.5%時（Q550板），若環(huán)境溫度較低，需用氧-乙炔火焰對焊道周圍80 mm～100 mm范圍預(yù)熱75℃左右；當(dāng)碳當(dāng)量接近0.6%時（Q690板），需入爐預(yù)熱至100℃～150℃。預(yù)熱時間和預(yù)熱爐溫必須進(jìn)行嚴(yán)格控制和檢測，確保預(yù)熱溫度不高于250℃，防止影響焊接熱影響區(qū)和結(jié)構(gòu)件整體機(jī)械性能。

（4）焊接應(yīng)力的消除[4]。經(jīng)過長期的探索和總結(jié)，采用Q460以下強(qiáng)度鋼板焊接的結(jié)構(gòu)件，在施焊過程中選擇自動回火的方式；在環(huán)境溫度較低時，采取機(jī)械撞擊釋放焊接應(yīng)力的方式。這類工件焊后不需要采取專門的熱處理工藝，而是采取靜態(tài)空冷方式。母材高于Q550的板材制造的結(jié)構(gòu)件，在多層多道焊過程選擇自動回火方式，層間采取機(jī)械撞擊釋放焊接應(yīng)力，以對焊道進(jìn)行舒展，并且焊后整體熱處理消除焊接應(yīng)力，控溫溫度為550℃±30℃，控溫時間2 h～3 h，出爐后隨靜態(tài)空冷[4]。

2.4 結(jié)構(gòu)件關(guān)鍵孔鏜孔

為確保總裝裝配關(guān)系和避免焊接變形，尤其是關(guān)鍵鉸接部位，在液壓支架結(jié)構(gòu)件制造過程中，鉸接部位采取機(jī)加工手段確保鉸接配合關(guān)系。

（1）主鉸接孔所在板件數(shù)控下料時孔周單面留余量8 mm，校平校直后拼點(diǎn)焊接，最終進(jìn)行整體鏜孔，這樣可以確保鉸接孔的同軸度。

（2）對于側(cè)推系統(tǒng)的幾排孔，數(shù)控下料時孔周單面留余量8mm，機(jī)加工加工成型，拼點(diǎn)過程中以此孔穿導(dǎo)向筒定位，然后焊接成型。

2.5 結(jié)構(gòu)件外表除銹工藝要求[5]

（1）為了提高結(jié)構(gòu)件外觀質(zhì)量，整體焊接完畢后，對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行拋丸除飛濺物、除銹，表面除銹等級達(dá)到Sa2.5級。一是可以提高工件涂漆吸附能力，二是通過拋丸高頻沖擊對焊縫殘余應(yīng)力進(jìn)行二次消除釋放。詳細(xì)規(guī)定見表1。

表1 鋼鐵表面除銹方法及除銹等級

2.6 結(jié)構(gòu)件涂裝要求

（1）通常條件下，涂漆工序施工環(huán)境濕度不得高于85%，溫度不得低于5℃。晉北冬季施工時，一般選擇低溫環(huán)境施工，并選擇易固化的油漆。

（2）降水、霧天氣及風(fēng)力超過4級時，不得室外施工。工件表面出現(xiàn)結(jié)霜、結(jié)霧狀況時，不得施工。

（3）施工場地應(yīng)保持空氣流暢、干燥，涂裝及固化過程中避免粉塵或其他異物接觸。

（4）涂裝工序應(yīng)避免或者采取的措施：

①噴涂施工時，應(yīng)對產(chǎn)品不需涂裝的部位進(jìn)行遮蓋，防止誤涂；

②兩種不同顏色的涂層交界處，其界面必須明顯、整齊；

③對焊后或裝配后無法涂裝的結(jié)構(gòu)件部位，應(yīng)在焊前或裝配前涂漆；

④對于邊、角、夾縫等部位要先刷漆，然后再大面涂裝；

⑤對加工、焊接、安裝過程損壞的漆膜應(yīng)采取除舊漆后修補(bǔ)的措施，較小損壞部位修補(bǔ)面積應(yīng)比損壞面積大1倍以上，較大損壞部位修補(bǔ)面積應(yīng)比損壞部位邊緣寬50mm。

[1]魏鵬.放頂煤高端液壓支架結(jié)構(gòu)件制造工藝研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2014(4)：24.

[2]于海涌，吳鳳東，孟金鎖，等.放頂煤工作面支架受力特征及分析[J].煤炭學(xué)報，1995(5)：25.

[3]劉金玉.特厚煤層放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)件制造工藝的研究[J].煤礦機(jī)電，2013(2)：86.

[4]王笑天.金屬材料學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1989.

[5]趙忠剛，曹文明，虞長江.高端液壓支架結(jié)構(gòu)件制造工藝的先進(jìn)性分析［J］.科技資訊，2012（04）：34.

Mechanism PartManufacturing Process of Hydraulic Support thatWorking Resistance is Greater than 10 000 kN

LiHua

In view ofmass production of hydraulic support that working resistance is greater than 10 000 kN or support height ismore than 4 m in our factory in recent years,in the production process,from the every processe of material selection of mechanism part,blanking requirement,grouping point and molding,surface shot derusting, coating process of mechanism part and so on,manufacturing process specification is formulated and strictly implemented,it achieves the desired purpose.

hydraulic support;mechanism partmanufacturing;blanking;grouping point and molding;relieving welding stress;boring;surface shot derusting;coating process

TH16

A

1000-4866（2015）01-0021-03

2014-10-11

厲華，女，1972出生，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備中央機(jī)廠技術(shù)中心工作，工程師。