高端液压支架结构件制造工艺的先进性分析

赵忠刚 曹文明 虞长江

摘要：本文分别从高端液压支架结构件制造相关工序抛丸，下料，修磨，抛丸、矫平，压弯、成型、焊接、镗孔等进行了细致的阐述，分析了我公司高端液压支架结构件制造工艺的先进性，并通过近年来良好的使用效果进一步进行了确定。

关键词：抛丸成型焊接多层多道低强匹配

中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1672-3791(Z012)02(a)-0117-02

液压支架是煤矿开采重大装备，液压支架技术发展水平是国家煤机装备发展水平的重要标志。近年来，随着我国开采技术的飞速提升和大矿井的高效需求及强力支护的需要，国内液压支架行业迅猛发展，自主产品已完全取代进口产品，且我国的液压支架正向着高端支架方向发展。支架所用的材料由16Mn、Q460、Q550向Q690、Q890发展，这对液压支架的制造工艺又有了更高的要求。我们公司是与波兰可派克斯公司合作的一家合资企业，专业设计、制造液压支架，目前已制造出ZQY9000／24／50D、ZF15000／23／43、ZY17000／32／70D型高端液压支架，制造技术驰骋在国内领先水平行列。下面，我就将多年来在实践中学习、总结的高端液压支架结构件中外结合的制造工艺的先进性进行系统分析。

1结构件制造主要工艺

1.1抛丸一下料一修磨一抛丸

首先对合格的钢板进行抛丸处理，然后按程序气割下料、修磨氧化渣，最后再进行抛丸处理(预钻孔件和倒角件须在钻孔和倒角后进行该工序的抛丸处理)。通过两次抛丸处理，钢板的表面增加了0.2mm厚度的强化密实层，增加了防腐能力，提高了使用寿命；同时，除锈后下料切割能提高工件的切割质量。下料时，对于长主筋板、U型件等须预留防变形连体拉筋，待工件冷却后再进行切割；对于需压弯的开口部位，可只割好开口两侧缝隙，防止压弯时产生“口裂”现象。

1.2矫平－压弯－成型

1.2.1矫平－压弯

矫平、压弯工序是成型零件的终结工步，直接制约着部件的成型质量。矫平时必须将工件毛刺、飞边清理干净，对于变形的主筋板，我公司在大型平板机上进行矫平，对于其他小尺寸筋板，通常在压力机上进行矫平。压弯之前，钢板至少保持10℃，否则需要预热到最少25℃，对于易裂件要加热到800℃～900℃，并保证热透方可压弯。折弯时方向尽量和钢板纹络方向垂直，折弯部分的内边需要进行打磨，可以利用铣床加工。工件的直线度及平面度均不得大于1／1000，对于较长的主筋板，由于切割后变形量超差，可以利用机加工方式进行刀找，否则在成型时将会产生较大的成型间隙，影响焊接质量。对于拼焊后的变形的主筋板，可以在压力机上矫平，并在压力机工作平台以外增设弹性浮动支撑架。

1.2.2成型

成型是液压支架結构件制造的关键工序之一。成型前，各零件必须检验合格，按液压支架结构件制造技术条件MT／T587-2011标准执行。成型时，焊缝根部间隙为0～2mm，如果存在较大间隙，必须将工件矫平或刀找，决不能采用强力挤压变形的方式来减小间隙，强力装配会进一步加大焊接后工件的内应力。对于铸造的件，需在成型前修磨其焊道两侧30mm内毛坯表面的氧化皮及杂质，直到“见亮”。

成型有两种方式：一种是在工件底板上划线后按线拼装；另一种是采用专用成型工装模具进行。前者主要针对单体和小批量部件，后者则针对较大批量部件。不论哪种方式，对于有装配尺寸的裆距都应适当加大2mm～3mm，以抵消焊接后的工件收缩量，这就要求划线或制造成型工装模具时将该尺寸让出来。成型模具往往采用单侧定位、另侧楔铁挤紧的方式，这样便于在成完型后快速取出部件。由于结构件框架焊接收缩量的存在，盖面板类宽度一般比内裆筋板宽度小1.5mm～2mm，便于结构件盖面工序的顺利进行。

成型定位焊缝：焊角高度为6mm～8mm，长度为40ram～60mm，间隔300mm左右，当焊缝长度不足300mm时，单侧定位焊不得少于两处。点焊参数：电压U=19V～23V，电流I=180A～230A，气体流量V=12～15(升／分)。点焊时，需从工件中间向两侧进行，点焊前的预热依照焊接预热的方式。点焊材质：通常用50公斤级焊丝，当板材是60公斤级以上时，可以用60公斤级焊丝。点焊前必须将焊道两侧25mm范围内清理干净。

成型时需在各内裆加固撑筋，以防止或减小焊接变形。撑筋的强度要绝对足够，撑筋必须与主筋板垂直加固，通常点焊在离焊缝100mm左右的位置，能有效防止主筋板焊后发生的弹性收缩，又能利于主筋板焊道的施焊工作。为更好的防止焊接变形，对于连杆和小型顶梁部件，可以采用“背对背”点焊方式；而对于底座或大型顶梁类部件，则采用加固“背筋”的方式以防止焊接变形。

1.3焊接

1.3.1焊接材料

焊接材料一般选择原则：Q460、Q550、27SiMn、ZG25MnTiB之间的相互焊接所用焊丝牌号：SLD-60(H08Mn2Si60E)；Q550高强板相互焊接应选用焊丝牌号：GHS-70；Q690高强板相互焊接应选用焊丝牌号：GHS-80；Q345(16Mn)钢材相互焊接与其它材料的焊接所用焊丝牌号：ER 50—6(H08Mn2SiA)。不同材质的材料相互焊接时，依照低强匹配的原则。

为减少焊接变形和内应力，尽量减少热值的输入；为提高焊道的塑性和韧性，防止热影响区材质脆化，尽量减少母材向焊道的溶解量，为此，我们采用细焊丝、小电流焊接方式；焊丝规格为φ1.2，应符合GB／T8110-1995规定。

由于高端液压支架主要在井下承受较大的压力，对焊道的韧性和塑性要求较高，为减少焊道材质的碳当量，防止焊道裂纹，对于打底焊的焊道，焊接Q550以上高强板时，为控制焊道的碳当量，保持焊道的塑性和韧性，通常选择低一级强度的焊丝。焊接填充焊道和盖面焊道时，一般采用等强匹配。对于Q690以上的板材，在适当加大焊道尺寸的前提下，可以采用低强匹配的焊接方式。

1.3.2保护气体

为更好地保护焊道的质量，我公司采用二氧化碳和氩气混合的富氩气体保护方法，其中氩气占80％，氧气占20％。该类混合气体保护焊能有效减少焊接飞溅、使焊道高温状态下有效隔绝空气不被氧化，且能使焊道成型美观。

1.3.3焊接温度

焊接温度包括点焊温度、预热温度、层间温度。材质不同其焊接温度不同，其点焊温度依照预热温度执行，Q460材质的焊前预热温度为80C～120℃，Q550材质的为100℃～150℃，Q690材质的为150℃～200℃。预热后要等大约imin，待温度均匀、稳定后用红外线测温仪测温。预热温度的测量范围必须是焊道两侧75mm宽度处，条件允许的

话，应当从火焰烘烤板面的背面进行测温。层间温度规定：Q460板材达到75℃～120℃，Q550板材达到80℃～150℃，Q690板材达到120℃～200℃。焊接温度对焊道的质量至关重要，过低将会使焊道出现淬硬缺陷，过高则易形成粗大的魏氏体组织，降低焊道的塑性和韧性。

1.3.4具体焊接工艺参数(表1)

1.3.5焊前清理、加热

焊接前必须将焊道两侧25mm范围以内清理干净所有杂质、油污及水份，对于发生裂纹的定位焊缝必须清除后重新点焊，防止发生诱导性延展裂纹。清理干净后开始用中性火焰加热，必须采用大面积烘烤预热的方式，随温度升高再逐渐做好局部加热，单侧加热范围不低于150mm，并采用摆动方式。为防止局部变形致使应力加大现象，坚决杜绝使用集中加热和点加热方式。

1.3.6焊接方式

由于高端液压支架多采用Q550、Q690高强板，其碳当量WCE值较大，焊接时有明显的淬硬倾向，热影响区容易形成硬脆的馬氏体组织，使焊道的塑性和韧性下降，潜伏较大的冷裂倾向。因此，焊接时应以较小的热输入量，参照“多层多道焊接示意图”进行焊接，图中焊道道数为该尺寸焊道的最少道数。对于存在较大工艺间隙的部位，必须先将此间隙充填焊接完成，为顺利进行整体多层多道焊接做好基础。待预热温度达到要求后先进行焊道打底焊接，并以先焊纵焊缝、再焊横焊缝的方式，即先焊变形量较大的，后焊变形量较小的焊缝。整体打底后，再以此方式进行后续多层多道焊接。多层多道焊接有较多优点：前道焊缝对后道焊缝有预热的作用，后道焊缝对前道焊缝有退火的作用；多层多道焊接的热输入值较小，防止形成粗大的魏氏体组织，能起到对焊缝组织品粒细化的作用，可以提高焊缝的韧性和塑性。

多层多道焊接时，对于搭接的焊道，为防止接头处出现较大的应力集中现象，焊接接头必须错位25mm以上。在工件的拐角处不能停止焊接，一直焊接到离角落大约50毫米的地方方可暂停。为减小工件变形量，一般是由两名焊接人员采用对称焊接方式。为保持焊件温度，通常采用烤、焊不停的方式，即专人对工件用烤枪烘烤，同时专人进行焊接，能使工件一直处于回火温度状态，有助于细化焊缝晶粒和去除焊接应力，并能提高工作效率和节约烘烤气体。

1.3.7层间清理

焊接过程中必须做好层间清理，我公司采用风铲对焊道进行层间清理，使用此方法一方面清除焊道层间杂质，另一方面风铲的强力高频冲击又对焊道进行了舒展及应力释放，减少了焊接应力。在使用风铲时，必须在焊后及时进行，否则就达不到对焊道进行舒展及应力释放的效果。

1.3.8焊接应力的消除

经过长期的探索、总结，我公司对液压支架主要结构件焊接应力的消除采用多层多道焊接过程的自行回火与振动时效相结合的方式。焊道焊接完成后，在冬季要及时用耐高温石棉被进行盖捂。对焊接完成的工件，必须及时进行振动时效处理，此方式较以往热处理退火去除应力的方法能节约成本和提高效率。

时振动时效的振动时间按结构件重量确定。结构件≤1T：振10min；1T<结构件≤3T：振12min；3<结构件≤6T：振15min；6≤结构件≤12T：振20min。

1.4镗孔

我公司液压支架主要结构件的各铰接孔在对头镗床上加工，比以往采用普通镗床加工提高了各孔系加工的同轴度和效率，并省略了划线工序。加工时，只需将工件吊装在工作台上，依铰接孔处配合件有效旋转空间尺寸为基准，并参考工件加工余量，通过调整底部的调高垫铁和Z轴及X轴方向的定位器，即可快速确定工件空间位置，紧固后镗孔。镗工完成后清理铁屑、毛刺和冷却液，并在加工处及时涂油。

2结语

我公司通过长期的摸索和总结，在波兰液压支架制造工艺的基础上进一步研究和实验，目前已将液压支架制造工艺的先进性提升到国内一流水平。通过改良，目前液压支架结构件制造工艺较以往明显提高了制造质量和效率，得到了用户的高度评价，具有良好的经济效益和社会效益。