液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接工藝水平研究

＊常彥鵬

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)礦山設(shè)備管理中心 山西 032000）

煤礦行業(yè)的飛速發(fā)展對生產(chǎn)質(zhì)量也提出了更高要求，這也就是對生產(chǎn)中采用的各項設(shè)備質(zhì)量和性能都提出了更高要求，而液壓支架結(jié)構(gòu)件作為整個生產(chǎn)作業(yè)中采用的一種重要設(shè)備，其質(zhì)量對生產(chǎn)作業(yè)的開展會造成直接影響，可見，確保其質(zhì)量能夠滿足應(yīng)用要求標(biāo)準(zhǔn)意義重大。由于液壓支架結(jié)構(gòu)件構(gòu)成較為復(fù)雜，這也就對焊接技術(shù)提出了較高要求，而且也增加了焊接作業(yè)難度。通過大量的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，焊接品質(zhì)會對液壓支架結(jié)構(gòu)件質(zhì)量造成直接影響，因此，需要從實際情況出發(fā)，加強(qiáng)對焊接工藝的分析。

1.液壓支架結(jié)構(gòu)件的構(gòu)成與焊接作業(yè)的要求

液壓支架結(jié)構(gòu)件由多個結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成，其中最為重要的構(gòu)件有插板、掩護(hù)梁、頂梁等，每一項構(gòu)件都會對最終制造的液壓支架結(jié)構(gòu)件質(zhì)量和應(yīng)用造成直接影響，因此，必須要相應(yīng)分析工作，只有這樣才能為后續(xù)相應(yīng)焊接作業(yè)提供高強(qiáng)力的支持。

液壓支架結(jié)構(gòu)件是煤礦荷載力承受和挖掘開采支護(hù)中需要應(yīng)用到一項重要構(gòu)件，其對生產(chǎn)作業(yè)的開展會造成直接影響。液壓支架在生產(chǎn)期間能夠承受較大荷載，這也是鋼板被作為支架結(jié)構(gòu)件重要材料的主要原因[1]。采用鋼板構(gòu)成不提供類型的支架結(jié)構(gòu)件，然后通過整體法開展焊接作業(yè)，完成焊接后，構(gòu)成液壓支架箱體結(jié)構(gòu)?？紤]到液壓支架結(jié)構(gòu)件涉及到的焊接作業(yè)量較大，而且整個構(gòu)件十分復(fù)雜，這也就導(dǎo)致焊接期間容易發(fā)生較為嚴(yán)重的變形問題[2]。焊接質(zhì)量會對液壓支架結(jié)構(gòu)件性能造成影響，為了提高焊接質(zhì)量，具體焊接時，需要滿足下列要求：

（1）對于鉸鏈連接位置處存在的4個孔相同軸度都維持在2mm以內(nèi)。

（2）焊接作業(yè)期間不得出現(xiàn)尖角。

（3）整個焊接作業(yè)開展期間，焊接人員要確保焊縫抗拉強(qiáng)度能始終都大于550Pa，為了提高焊接質(zhì)量，要確保采用的焊接方法合理，必須要在遵循要求基礎(chǔ)上開展焊接作業(yè)。

（4）焊接作業(yè)要嚴(yán)格依據(jù)現(xiàn)實制定好的流程開展，不得私自更改焊接流程，以免由于焊接問題，導(dǎo)致焊接出現(xiàn)不合理現(xiàn)象。

（5）液壓支架焊接特性分析。在液壓支架的焊接過程中，需要根據(jù)基板的現(xiàn)場使用情況，設(shè)計焊接方案。根據(jù)液壓支架焊接的材料特點和應(yīng)用環(huán)境，對液壓支架的可焊性進(jìn)行充分的調(diào)查、論證和分析，確定滿足要求的焊接工藝，確保焊接后的液壓支架仍能具有良好的結(jié)構(gòu)性能，并能在復(fù)雜工況下使用。液壓支架選用的板材為大厚度鑄鐵板，具有良好的拉伸性能。一般來說，如何在焊接過程中防止冷脆裂紋，就需要提高液壓支架的總溫度，以避免液壓支架局部溫度過高或過低。確保焊接溫度不會明顯下降。焊接蓋板時，溫度應(yīng)控制在75℃以上，同時控制焊接溫度。焊接溫度必須連續(xù)監(jiān)測。如果焊接溫度低于設(shè)定值，必須立即停止焊接，液壓支架必須再次預(yù)熱。

2.液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接常見的缺陷

（1）出現(xiàn)裂紋。結(jié)構(gòu)件會出現(xiàn)大量裂紋，這些裂縫一般都是由于疲勞斷裂造成的。通常來說，材料出現(xiàn)裂紋之后，裂縫將會不斷朝著焊縫方向擴(kuò)展，而且裂縫會呈波浪形。如果出現(xiàn)的焊結(jié)晶接近固相線時，將會使晶體內(nèi)發(fā)生收縮變形，晶體表面會發(fā)生開裂問題，最終會使液壓支架結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)裂紋[3]。此外，結(jié)構(gòu)件性能和焊縫材料性能相互不匹配，這將會導(dǎo)致在材料中存在大量雜質(zhì)，同時，采用的焊接工藝不合理，也會導(dǎo)致液壓支架結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)裂紋，這將會對其性能以及應(yīng)用造成不良影響，無法滿足應(yīng)用需求。

（2）存在氣孔。Ar、CO2是液壓支架結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接經(jīng)常采用的保護(hù)氣體，在焊接時，如果因為焊接人員能力問題，沒有設(shè)置好保護(hù)氣流，這將會導(dǎo)致熔池中進(jìn)入大量氣體，會出現(xiàn)焊接氣孔。除此之外，如果焊接人員沒有嚴(yán)格依據(jù)要求清理好焊縫和焊接材料，導(dǎo)致焊縫與材料存在不干凈情況，以及電弧太長都會引起焊接氣孔。液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接時，若氣孔因素影響將會導(dǎo)致焊縫緊密程度降低，這將會對后續(xù)焊接作業(yè)開展可靠性以及最終焊接質(zhì)量造成不良影響[4]。

（3）發(fā)生未熔合現(xiàn)象。針對液壓支架結(jié)構(gòu)件的焊接，出現(xiàn)的未熔合位置差異可以將焊接未融合現(xiàn)象分為焊縫道間和根部兩種不同形式。甚至參數(shù)不合理，以及施工操作不嚴(yán)謹(jǐn)，也都會引起根部出現(xiàn)未融合問題，例如，連桿焊縫出現(xiàn)未熔合現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 連桿焊縫未熔合

3.煤礦液壓支架結(jié)構(gòu)件的焊接工藝

液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接時受各項因素影響，可能會出現(xiàn)裂紋、氣孔、未熔合等問題，這些問題的出現(xiàn)都會降低最終的焊接質(zhì)量。為了提高焊接質(zhì)量，必須要加強(qiáng)對焊接工藝的探討，確保焊接的合理性。

(1)焊接前需要做好準(zhǔn)備工作

液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接是一項對技術(shù)要求很高的工作，為了確保焊接作業(yè)順利進(jìn)行，需要提前做好一系列準(zhǔn)備作業(yè)。焊接作業(yè)開展前，要全面了解焊接工藝類型，選擇符合要求的焊接工藝。在選擇焊接工藝時，需要嚴(yán)格依據(jù)液壓支架結(jié)構(gòu)件特點，以及焊接縫銜接特點對采用的焊接工藝進(jìn)行確定。在進(jìn)行焊接作業(yè)準(zhǔn)備時，需要提前準(zhǔn)備好焊接需要應(yīng)用的各項設(shè)備、材料，主要包括焊采用的焊道設(shè)備、融合材料的清理等。

正式開始焊接作業(yè)時，需要做好預(yù)處理作業(yè)，而且還要選擇合適方式進(jìn)行預(yù)熱，確保預(yù)熱效果良好，為焊接作業(yè)開展提供支持。例如，若低合金結(jié)構(gòu)鋼中預(yù)熱溫度偏高，勢必會融化焊縫，這將會使鋼材力學(xué)性能，以及穩(wěn)定性遭受到不良影響。此外，在焊縫中也會出現(xiàn)大量裂縫，這將會降低最終焊接作業(yè)質(zhì)量，導(dǎo)致其難以滿足應(yīng)用需求[5]。針對液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接作業(yè)來說，焊接人員需要全面考慮焊接裂縫，選擇最佳溫度進(jìn)行預(yù)熱處理。

(2)做好保溫處理

通過對液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，焊接時采用板材都較厚，而且采用的低合金鋼材具有較為強(qiáng)大的抗拉強(qiáng)度，因此，在焊接時要依據(jù)具體情況，采取合理方式進(jìn)行預(yù)處理，這一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對裂縫出現(xiàn)的有效預(yù)防，另一方面也能夠大幅度降低應(yīng)力大小。在焊接作業(yè)開展時，為了確保結(jié)構(gòu)件受熱均勻，要預(yù)熱處理整個焊接結(jié)構(gòu)件，完成預(yù)熱處理之后，要立即開展焊接作業(yè)，針對一些無法及時開展焊接作業(yè)區(qū)域，應(yīng)當(dāng)通過覆蓋防火棉方式對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)，避免溫度快速降低，影響最終焊接質(zhì)量。在保溫處理過程中，需要相關(guān)工作人員特別注意的是，在進(jìn)行液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接時，若未采取合理方式對熱影響區(qū)域進(jìn)行處理，容易形成脆性馬氏體組織，這將會使整個合金材料的可塑性和韌性都發(fā)生顯著降低，從而加大整個冷裂縫不良問題出現(xiàn)的幾率。由此可見，在焊接作業(yè)開展時，應(yīng)當(dāng)采取較小熱輸操作方法，若熱輸入過高，會出現(xiàn)不良過熱問題，這將會降低整個焊接性能，以及最終焊接質(zhì)量[6]。

(3)合理控制焊接工藝

焊接液壓支架結(jié)構(gòu)件時，選擇的焊接工藝會對組中焊接的液壓支架結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量和穩(wěn)定性造成直接影響。因此，在做好準(zhǔn)備作業(yè)后，需要相關(guān)工作人員對焊接采用的技術(shù)，依據(jù)焊接質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)控制，最大程度確保整個焊接作業(yè)質(zhì)量能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，不斷提高液壓支架結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定性和安全性，確保其在應(yīng)用時不會出現(xiàn)問題[7]。具體焊接作業(yè)開展時，可以從以下幾個方面入手探討：

①依據(jù)實際情況選擇與要求相符的焊接材料，原材料以液壓支架結(jié)構(gòu)件作為基礎(chǔ)，考慮到采用的焊接材料會對最終制造的液壓支架結(jié)構(gòu)件質(zhì)量造成直接影響。因此，焊接作業(yè)開展前，作為焊接人員要對采用焊接材料進(jìn)行適當(dāng)選擇，嚴(yán)格審查焊接材料質(zhì)量，查明液壓支架結(jié)構(gòu)件質(zhì)量合格證明書以及生產(chǎn)廠家信息，確保最終生產(chǎn)的液壓支架結(jié)構(gòu)件質(zhì)量可以達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，保證焊接作業(yè)能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。

②焊接液壓支架結(jié)構(gòu)件前，需要耽擱一段時間，如果保存不當(dāng)，使其遭受到周圍環(huán)境破壞，有可能會出現(xiàn)鐵銹等各種不良現(xiàn)象。因此，在進(jìn)行鋼板下料前，相關(guān)工作人員需要對其進(jìn)行去氧化、校正、防腐等多項操作，同時，在下料和切割前，要嚴(yán)格依據(jù)液壓支架結(jié)構(gòu)件中的各項技術(shù)參數(shù)，通過數(shù)控火焰切割等方式完成相應(yīng)操作。

③做好結(jié)構(gòu)部件組裝。焊接液壓支架結(jié)構(gòu)件前要開展一系列焊接作業(yè)，而且需要改裝結(jié)構(gòu)構(gòu)件?？偠灾?，要立足液壓支架結(jié)構(gòu)件的相應(yīng)工藝要求，具體構(gòu)成特點，對整個液壓支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改裝。

在進(jìn)行上述工作落實時，需要工作人員特別注意的是，在開展焊接作業(yè)前，要有序落實焊接打底作業(yè)，在該基礎(chǔ)上再處理液壓焊接支架，同時，還要控制好焊接長度、焊接高度、焊接縫隙間隔等，通過對這一方法進(jìn)行適當(dāng)應(yīng)用，最大程度降低焊接作業(yè)時焊接接縫中裂縫、氣孔等各種不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，這也就會使整個結(jié)構(gòu)件的安全性、穩(wěn)定性都可以得到進(jìn)一步提高，滿足應(yīng)用需求。焊接期間，要將焊接作業(yè)開展時的具體溫度高低控制在一個相對合理范圍內(nèi)。焊接作業(yè)開展時，環(huán)境溫度高低、溫度變化情況都會對液壓焊接支架結(jié)構(gòu)件安全性、穩(wěn)定性造成直接影響。由此可見，在落實液壓焊接支架結(jié)構(gòu)件時，要注重焊接作業(yè)細(xì)節(jié)，要控制好每個焊接環(huán)節(jié)，同時要對焊接期間的溫度進(jìn)行合理控制，確保溫度高低的合理性。一般來說，在落實焊接作業(yè)開展時，如果在室內(nèi)開展焊接作業(yè)，為了提高焊接效果，要將室內(nèi)溫度控制在5～30℃之間，在該溫度下開展焊接作業(yè)，能夠最大程度降低焊縫發(fā)生變形幾率，從而提高焊接質(zhì)量。

4.液壓支架焊接技術(shù)應(yīng)用要求

在實際焊接工作中，相關(guān)工作單位必須結(jié)合實際工作環(huán)境和焊接材料的具體性能，有針對性地選擇液壓支架焊接技術(shù)。柔性焊接技術(shù)適用于小批量生產(chǎn)的復(fù)雜焊接件。

(1)支架焊接溫度控制

煤礦液壓支架焊接前，焊工必須根據(jù)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對液壓支架的焊接性能進(jìn)行有效的分析研究。同時也要充分保證液壓支架在焊接工作完成后能夠充分發(fā)揮其適當(dāng)?shù)男阅埽浞直ＷC液壓支架的鋼材性能不受影響。

一般來說，煤礦液壓支架的材料強(qiáng)度好，抗拉能力好，整體鋼板材料的厚度比較大。為有效防止液壓支架在焊接工作中出現(xiàn)焊接裂紋，液壓支架焊接結(jié)構(gòu)材料在正式開始焊接工作前需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱過程中溫度必須控制在110～150℃之間。在實際焊接過程中，環(huán)境溫度必須控制在30～45℃之間。煤礦支架預(yù)熱后，在后續(xù)焊接前必須保持環(huán)境溫度穩(wěn)定。為了有效保證煤礦液壓支架焊接后的整體質(zhì)量，必須結(jié)合壓力支架的材料拉伸能力和材料剛度，充分控制液壓支架的蓋板溫度。一般情況下，液壓上蓋板的溫度不應(yīng)低于100℃。如果溫度低于標(biāo)準(zhǔn)溫度，液壓支架必須停止焊接，必須進(jìn)行新一輪的預(yù)熱。焊接液壓支架時，應(yīng)有效控制氫含量。焊接液壓接頭時，要防止液壓支架的損壞和冷裂，確保所有液壓氣動焊接工作的安全性和合理性。

(2)焊接材料的選擇

為了充分保證煤礦液壓支架的焊接質(zhì)量與設(shè)備的使用標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)，在實際焊接工作中必須選用標(biāo)準(zhǔn)的焊接材料，焊接材料的質(zhì)量和性能直接影響到整個煤礦液壓支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。煤礦液壓支架焊接后，板材的性能和強(qiáng)度必須與液壓支架的物理力學(xué)性能完全匹配。在焊接液壓支架時，確定焊接匹配的強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)，并選擇最佳的焊接材料，以確保整個液壓支架結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量符合設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。

通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，在焊接液壓支架時，如果選擇相同強(qiáng)度的焊接材料，在實際焊接工作中，整體熔合的焊接強(qiáng)度無法達(dá)到良好的工作狀態(tài)。在焊接過程中選用低強(qiáng)度焊接材料時，根據(jù)低強(qiáng)度焊接模式，降低了發(fā)生冷裂紋的可能性。在煤礦液壓支架中，特別是強(qiáng)度和剛度特定的煤礦液壓支架，在實際焊接工作中經(jīng)常會出現(xiàn)冷裂紋，無法有效的控制。因此，可以選擇低強(qiáng)度焊接材料，有效地提高煤礦液壓支架的整體穩(wěn)定性和韌性。

(3)焊接技術(shù)的優(yōu)化

液壓支架焊接需要分析具體應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和煤礦液壓支架的性能，并有效地優(yōu)化煤礦液壓支架的焊接過程，以確保所有液壓支架的焊接質(zhì)量。焊接時應(yīng)充分考慮以下幾個方面：

首先，煤礦液壓支架預(yù)熱焊接完成后，必須在非焊接區(qū)域覆蓋相應(yīng)的石棉毯，以最大限度地減少焊接熱的損失，有效地防止液壓作用下出現(xiàn)嚴(yán)重冷裂紋的問題。

其次，為了有效保證煤礦液壓支架焊接后的性能和質(zhì)量，嚴(yán)格禁止焊接式液壓支架的下降。這種焊接方法可以充分保證整個焊縫的穩(wěn)定性。同時，液壓支架在閉合角范圍內(nèi)的焊接工作，角弧影響點和結(jié)束點之間的距離不得小于5cm，尤其是煤礦液壓支架在集中應(yīng)力范圍內(nèi)，使用滅弧和弧的終點是嚴(yán)格禁止的。

為了有效地保證所有煤礦井下液壓支架的焊接連續(xù)性，需要在焊接工作中充分重視煤礦井下液壓支架焊接時的裂紋問題。在焊接過程中，需要從液壓支架中間縫和垂直焊縫的對稱區(qū)域進(jìn)行工作，以保證整個液壓支架的拉伸性能。相關(guān)焊工可對液壓支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行反向焊接，并為液壓支架焊縫留出適當(dāng)?shù)墓ぷ骺臻g，以減少收縮應(yīng)力造成的負(fù)面影響。

5.結(jié)語

綜上所述，液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接作業(yè)會對最終生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量，以及應(yīng)用造成直接影響。在焊接液壓支架結(jié)構(gòu)件期間，相關(guān)工作人員需要充分考慮其應(yīng)用環(huán)節(jié)，在結(jié)合其應(yīng)用情況基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、性能等各項內(nèi)容進(jìn)行全面明確，對焊接過程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，采取合理措施進(jìn)行適當(dāng)控制，最大程度減小焊接質(zhì)量遭受到的其他因素影響，從而保證液壓支架結(jié)構(gòu)件焊接效果能夠達(dá)到理想狀態(tài)，滿足應(yīng)用需求。