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(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)礦井中，隨著綜采工作面生產(chǎn)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(chǎn)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(guī)定的順序?qū)γ恳慌_設備進行精心、細致、穩(wěn)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(yè)，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(xiàn)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(huán)境中保護人們的安全，實現(xiàn)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(huán)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(fā)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(chǎn)中斷和產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)臺、基座、操作閥、千斤頂?shù)燃嫵桑蟛糠钟珊附咏M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(xiàn)規(guī)定動作，機械手改變電纜槽的位置，完成升降、收縮、旋轉(zhuǎn)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?shù)墓δ?/h2>

伸縮千斤頂起伸縮臂作用，能伸出1.2 m。側(cè)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(zhuǎn)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(xiàn)裂紋的原因

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

2）熱裂紋一般在500～700 ℃敏感溫度區(qū)內(nèi)形成，并且出現(xiàn)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(xiàn)裂紋。

3）鋼的回火脆性與其雜質(zhì)含量有密切的關系，這些雜質(zhì)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(chǎn)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(huán)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(qū)產(chǎn)生裂紋，防止產(chǎn)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(cè)開V 型坡口，留1～2 mm 鈍邊，并將坡口兩側(cè)20 mm 以內(nèi)的鐵銹及雜質(zhì)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(nèi)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(chǎn)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(jīng)350 ℃高溫烘干，電流選擇為150～200 A，要求填滿坡口，不許出現(xiàn)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(wěn)固、使用靈活、造價低廉、維護方便、速度快捷等優(yōu)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(yè)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。