浅议煤矿液压支架结构件焊接工艺

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摘要：在煤矿液压支架的承载作用方面，液压支架各个结构件的焊接质量起着决定性作用。为了保证焊接质量，保证焊接不发生变形，保证焊接尺寸的合格性，就必须执行科学合理的焊接工艺。文章对煤矿液压支架结构件焊接工艺进行了探讨。

关键词：煤矿开采；液压支架；结构件；焊接工艺 文献标识码：A

中图分类号：TD353 文章编号：1009-2374（2015）15-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.081

1 概述

液压支架是现代采煤作业的必备的支护设备，其主要由护帮板、顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆、底座、推移杆等部件构成，见图1：

1.护帮板；2.顶梁；3.掩护梁；4.前连杆；

5.后连杆；6.底座；7.推移杆

图1 液压支架的结构件示意图

液压支架在湿度大、粉尘多的地下巷道中担负着负重、支撑作用，随着地下采煤机电一体化程度的加大，液压支架在稳定性、智能化、安全性方面的作用越来越大，在机械结构方面，支架整体为箱体式组合型构造，其各个组件形状各异，主要是通过大量的焊接将各个组件连接在一起；在机械承载方面，液压支架各个结构件的焊接质量起到了决定性的作用。因此，为了保证焊接质量，就必须执行科学合理的焊接工艺，以保证液压支架的使用安全性与寿命。

2 液压支架结构件焊接技术要素分析

2.1 材料分析

为了保证煤矿液压支架的高强度性能，一般采用高强度结构钢作为制造原材料。这里以Q690结构钢为例进行说明。Q690结构钢的主要成分如表1：

表1 Q690结构钢的化学成分与力学性能

化学成分（质量含量%）屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）伸长率（%）

MnAlTiSiCPS

1.670.0430.0190.410.070.0130.00355070017

2.2 焊接性分析

在焊接高温的作用下，主体金属与焊条熔化物首先会发生偏析反应，接下来在凝固结晶过程中发生氧化还原反应，会改变主体金属的局部成分含量，对结构件的金相组织、力学性能都会造成影响。另外，随着氧、氮、氢等气体的析出，会产生焊缝气孔；随着温度变化的不同，会因为结晶方式的不同而产生热裂纹。

就Q690低合金结构钢而言，在焊接过程中更容易出现裂纹、淬硬等变化倾向，导致焊接质量不过关。如果对热影响区的温度处理不当，就容易生成马氏体组织，使结构件局部变硬变脆，进而降低金属的韧性、塑性和耐腐蚀性；如果在焊接接触面实施CO2气体保护焊接的时候，没有控制好各个技术参数，很容易因为氧、氮、氢气的负面作用而加大裂纹的危害；如果焊接时没有确保受热均匀，就会因金属不同部位的受热不均而出现淬硬现象。所以，一定要严格按照焊接工艺进行焊接

作业。

表2 CO2气体保护焊技术参数

焊道类别焊接电流A电弧电压V气体流量L/min热输入kJ/cm焊缝厚度mm焊道温度℃

打底焊道240～26025～2712～20≤206～8≥100

填充焊道280～30029～3118～22≤228～10≥120

盖面焊道300～32031～3320～25≤246～8≥120

2.3 焊接技术标准

按照《液压支架通用技术条件（MT312-92）》《焊接与切割安全（GB9448-88）》等国家标准，焊接技术标准主要有以下五项：（1）焊接结构件外形不得有尖角；（2）铰接部位四孔的同轴度为D1～2mm；（3）焊接平面上的未标注直线度公差为2‰，当焊接直线大于4m，该公差不能超过3‰；（4）未标注平面度公差在任何方向长度1m内≤2mm；（5）焊缝抗拉强度不得低于520MPa。所有焊缝必须等于或高于Ⅱ级焊缝质量要求，绝不许有裂缝、气孔、夹渣、咬边、弧坑、焊接断裂、未熔合等缺陷存在。

3 液压支架的焊接工艺与焊接操作

液压支架的焊接工艺与焊接操作包括焊前准备、焊接操作、焊后热处理等主要阶段，下面分别对其进行

说明。

3.1 焊前准备

3.1.1 原料的复检。对采购进来的钢材，首先要使用超声波探伤仪进行探伤检测；还必须通过多种实验进行复检，以确保钢材是合格的。实验项目包括成分分析、拉伸试验、冷弯试验、冲击试验等。

对库存的焊料，要再次核对其型号、牌号，还要对其进行熔敷金属力学性能复验。对来路不明的焊料绝不使用。

3.1.2 钢材下料。本着安全、节约、方便的原则，在除去锈迹并做矫平处理之后，根据钢材尺寸和需要的尺寸进行计算，安排好各种材料的下料位置与顺序，使用气割、切割机、剪切机等工具下料，下料后，要注意再次进行矫平整形，以消除下料时产生的变形和内应力。

加工坡口一般使用热切割的方式，在垂直切下之后，可以使用机械加工的办法切削、刨削出坡口，坡口角度公差在±5o，钝边公差为±2mm。需要注意的事项有：坡口处不能有油污，不能有切割熔渣，不能有锈迹，应保持坡口端面的光亮平整。

3.2 焊接操作

3.2.1 清理焊道。在焊接之前首先必做的工作就是清理焊道，要保证两边焊道各20mm范围内没有切割熔渣、锈蚀、挂渣、油污、水迹等直接影响焊接质量的杂物，还应该检查焊接工位及周围的安全性，以避免发生不必要的安全事故。

3.2.2 定位焊接结构件。通过划线标注或使用专用工件，将主筋板、筋板、顶板等拼装摆放到位，用工艺芯轴穿过铰接孔，以保证各个孔位的同轴度，预留空间尺寸，以防止定位焊接后因内应力导致的结构件变形。为防止焊缝开裂，应选用与结构件相匹配的焊料。若焊缝出现裂纹，须及时清除，重新进行定位焊接。在焊接之后，应该及时按照清理标准进行焊道清理，保持清洁，另外需要在焊道两侧各25mm的范围内做打磨处理，直至露出金属光泽。

定位焊的工艺尺寸要求是：定位间距为300mm，焊缝高6～8mm，长40～60mm，单侧焊缝不得少于两处，在容易发生变形的部位，可以增加焊接支撑件。

3.2.3 预热温度的控制。在焊接时对焊件做预热处理可以有效防止焊接应力出现，避免发生较为严重的焊接变形。定位焊的预热温度应控制在150℃～200℃，正式焊接时的预热温度应控制在100℃～150℃，可以使用乙炔气做预热处理，要控制住温度，使焊接部分均匀受热，避免因局部温度过高而影响到钢材的金属性能。在做预热处理的时候，最好在室内进行，周围环境温度以5℃～40℃为好。

3.2.4 合理安排焊接次序。安排好焊接次序，可以有效防止或控制焊接变形，一般情况下，是按照先焊接周围主筋板，后焊接其他筋板；先里后外，对称交错，先纵焊后横焊的原则进行焊接。科学合理的焊接顺序是必须遵循的工艺要素。

3.2.5 有效控制焊接过程。对于角焊缝，需采用多层多道焊接方法，打底层2～3mm，视焊脚大小的不同，分作1～4层进行焊接，直至完成焊接。

对于塞焊缝、单边V形坡口焊接，一般可以采用船形焊接法，当角焊缝尺寸小于10mm的时候，也可以采用船型焊接法。

对于盖面焊缝，多采用平焊，严禁出现下坡焊，在相邻的夹角处，运用包角焊接工艺进行焊接，引弧点与收弧点距夹角50mm开外，在应力集中的地方不能做引弧、收弧，对之前预留的应力释放孔，可以不做焊接处理。

3.3 焊后热处理

在焊接结束之后，应对结构件做退火处理，以消除应力影响。将焊接后的结构件转移至热处理车间，按照每小时升温100℃～150℃的速度加热结构件，待温度升至450℃～500℃，保持2小时，之后随炉冷却至300℃，出炉空冷，完成热处理操作。

4 结语

总之，科学合理的焊接工艺可以保证煤矿液压支架结构件的制造质量，可以保证结构件符合设计要求，以及液压支架的使用安全和应用功效。

参考文献

[1] 张新民，史新恩.液压支架结构件焊接工艺[J].焊接与切割，2013，（24）.

[2] 王罡.浅析煤矿液压支架结构件焊接工艺[J].煤，2008，（1）.

[3] 胡春平.煤矿液压支架结构件焊接工艺研究[J].科技与企业，2012，（5）.

[4] 孙洪霞.ZY8600/25/53型液压支架结构件焊接工艺研究[J].山东煤炭科技，2011，（1）.

（责任编辑：蒋建华）