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(shè)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(jìn)行支護(hù)。液壓支架由頂梁、掩護(hù)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(jié)構(gòu)比較復(fù)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(dāng)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(jié)構(gòu)件板件的坡口角度為50°,熔深深度不能滿足焊接件的技術(shù)參數(shù)要求,結(jié)構(gòu)件板件坡口的焊接工藝已經(jīng)難以滿足當(dāng)前礦井生產(chǎn)對液壓支架的需求,如不進(jìn)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(jié)構(gòu)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(guān)心的問題。這就需要對原有的液壓支架結(jié)構(gòu)件板件的坡口焊接工藝進(jìn)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(shè)計等進(jìn)行優(yōu)化,提高液壓支架結(jié)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(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jié)構(gòu)件坡口焊接工藝,其焊接質(zhì)量雖然也可以達(dá)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(dá)到支架的焊接要求,但若應(yīng)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(shè)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(wù)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件板件中的主筋貼板和蓋板切割出的坡口角度進(jìn)行了工藝優(yōu)化,將結(jié)構(gòu)件主筋貼板和蓋板的坡口角度根據(jù)液壓支架結(jié)構(gòu)件的焊接強度規(guī)格要求做出相應(yīng)調(diào)整[3]。

1)坡口焊接角度工藝優(yōu)化

液壓支架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件主筋貼板和蓋板板材的厚度來最終確定切割設(shè)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(jìn)一步影響到焊接部位的強度[4-5]。

當(dāng)液壓支架結(jié)構(gòu)件主筋貼板的厚度小于25 mm時,切割設(shè)備切割出的坡口角度為40°;當(dāng)液壓支架結(jié)構(gòu)件主筋貼板的厚度大于或等于25 mm 時,切割設(shè)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(dāng)液壓支架結(jié)構(gòu)件蓋板的厚度小于25 mm 時,切割設(shè)備切割出的坡口角度為40°;當(dāng)液壓支架結(jié)構(gòu)件蓋板的厚度大于或等于25 mm 時,切割設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)備進(jìn)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(gòu)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(dá)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(jìn)行切割,對操作人員技術(shù)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(jìn)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(jié)構(gòu)件板件切割使用全自動機器人代替原有的切割設(shè)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(dá)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(jié)構(gòu)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(shè)計

結(jié)合現(xiàn)場實際,專業(yè)技術(shù)人員從切割設(shè)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(shè)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(chǔ),降低了生產(chǎn)成本,避免造成不必要的浪費,真正達(dá)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(dāng)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(dāng)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(yīng)用

坡口焊接工藝優(yōu)化后的應(yīng)用,應(yīng)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(dá)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(shè)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(chǔ),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(jié)論

通過對液壓支架結(jié)構(gòu)件板件坡口焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)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。