陳鐵軍

摘 要：通過對(duì)液壓支架加工制造過程中對(duì)材料選擇及焊接性能分析和對(duì)比，找出適合制造液壓支架的材料、及加工工藝及方案。

關(guān)鍵詞：液壓支架；制造工藝；焊接特性。

概述

我國高產(chǎn)高效新型煤礦早期使用的高端液壓支架主要是使用美國JOY公司及德國DBT公司生產(chǎn)的設(shè)備，產(chǎn)品性能及質(zhì)量處于世界先進(jìn)水平，但其高昂的價(jià)格及后期生產(chǎn)使用維護(hù)費(fèi)用也讓人咂舌，國內(nèi)支架制造業(yè)產(chǎn)品價(jià)格與國外同行業(yè)的價(jià)格差異達(dá)到2～3倍，為此國內(nèi)煤機(jī)行業(yè)開始進(jìn)行國產(chǎn)化探索、紛紛開始研制。當(dāng)時(shí)Z廠主要根據(jù)借鑒德國D公司支架的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行仿制，開發(fā)了國產(chǎn)高端支架并制定了生產(chǎn)制造工藝，同時(shí)委托國內(nèi)特鋼廠研制開發(fā)和生產(chǎn)液壓支架的專用鋼材，與S公司簽訂合同進(jìn)行了批量生產(chǎn)；在隨后的井下工作面現(xiàn)場使用及隨后的不斷改進(jìn)中逐步占領(lǐng)了國內(nèi)大部分市場份額。本人作為這類支架是使用維修單位技術(shù)人員及駐廠監(jiān)造工程師，經(jīng)歷了設(shè)備制造廠的產(chǎn)品開發(fā)研制、大修及生產(chǎn)制造監(jiān)理過程，對(duì)應(yīng)用支架加工工藝方案進(jìn)行總結(jié)和探索。本文主要針對(duì)高端支架結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行論述，電液控制系統(tǒng)方面沒有進(jìn)行論述。

1.焊接結(jié)構(gòu)件的工藝

1.1結(jié)構(gòu)件材料的選擇

1）焊接工藝的制定取決于材料的化學(xué)成份，力學(xué)性能及焊接結(jié)構(gòu)形式。

2）主筋板選用Z向性能鋼。

1.2鋼板采購必須嚴(yán)格按制造廠與鋼廠簽定的技術(shù)協(xié)議執(zhí)行 ，不得隨意變動(dòng)。

1.3從材料板型看，德國D公司支架材料板型較平整，優(yōu)于國產(chǎn)板。國標(biāo)GB709規(guī)定σs≤460MPa時(shí)，鋼板平面度≤8/1000；σs>460MPa時(shí)，鋼板平面度≤12/1000。為此要求物資采購部門將頂板、底板、側(cè)護(hù)板等按設(shè)計(jì)平面度要求定尺采購 ，定尺鋼板平面度不大于4‰ 。

1.4鋼材進(jìn)廠須經(jīng)過質(zhì)量管理部門（下稱質(zhì)量部）按技術(shù)要求驗(yàn)收合格方可入庫使用，并建立檔案記錄。

2.鉚工工藝過程控制

2.1鋼板表面拋丸處理，必須去除氧化皮、油污及其他雜物，達(dá)到Ra2.5以上級(jí)別。

1）厚板下料時(shí)選用9M或6M數(shù)控切割機(jī)和光電跟蹤切割機(jī)，薄板下料時(shí)選用剪板機(jī)，平板機(jī)或壓力機(jī)矯正，彎曲成形件選用合適噸位的油壓機(jī)在胎具上進(jìn)行冷彎或熱煨，制作樣板檢驗(yàn)，主筋板、耳板的底邊留刀檢量進(jìn)行機(jī)加工，依此作為后續(xù)加工的基準(zhǔn)。

2）坡口采用加工方法，不得已時(shí)采用手工開坡口，清凈熔渣，打磨至表面呈金屬光澤.結(jié)構(gòu)件鉸接部位的橫筋板采用機(jī)加工的方法，保證零件尺寸公差要求，為拼焊做好準(zhǔn)備。

上述工序均作首件檢驗(yàn)、過程中檢驗(yàn)、完工檢驗(yàn)。

2.2拼裝時(shí)劃線公差+1.0mm，手工劃線寬度不大于0.5mm.

2.3 ≤100mm厚鋼板切割面偏斜度1mm。方板下料菱形度不大于1.5mm?！?6mm厚鋼板切割面偏斜度0.4mm?！?0mm厚鋼板切割面偏斜度1mm

2.4剪切板料切斷面上，不應(yīng)有深度大于1mm的刻痕和高度超過0.5mm的毛刺。

2.5氣割盡量采用機(jī)械氣割下料，以保證切割質(zhì)量，切割表面不得出現(xiàn)塌角、間斷或連續(xù)的熔點(diǎn)和熔化的條狀物，看不到熔化狀況。

2.6 隔板機(jī)械加工后拼焊，以保證焊縫拼裝間隙小于2mm。拼裝間隙保證控制在0-2mm以內(nèi)。

2.7鉚工裝配時(shí)檢查零件的下料質(zhì)量，按照生產(chǎn)圖紙、焊接工藝的要求，在裝配平臺(tái)上劃線裝配或使用拼裝芯軸和定位胎具，保證裝配間隙，使裝配產(chǎn)生的拘束應(yīng)力降到最小。易變形處增加輔助支撐，輔助支承不可敲掉，只限磨掉或高出實(shí)際工件一定距離切掉，余下的部分磨掉。為防止變形，允許點(diǎn)固拉筋，焊后應(yīng)清除并修磨平整。

2.8定位焊用焊條選用沖擊韌性好的低氫堿性焊條，應(yīng)符合GB5118的規(guī)定，烘干后方可使用。當(dāng)定位焊縫出現(xiàn)裂紋時(shí)，必須清除，重新焊接定位焊縫。

3.焊接過程的控制

3.1所有焊工須通過職業(yè)技能鑒定，達(dá)到中級(jí)工以上水平，持有的焊工資格證書處于有效期內(nèi)。上崗前經(jīng)過安全教育、產(chǎn)品知識(shí)、工藝知識(shí)及焊接理論培訓(xùn)。

3.2焊接材料的選擇

1）焊接材料的選擇原則為：

焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度不低于母材抗拉強(qiáng)度；綜合機(jī)械性能滿足設(shè)計(jì)要求，充分考慮焊縫的塑性、韌性、抗裂性；從焊接結(jié)構(gòu)、受力情況考慮拘束應(yīng)力的影響；異種鋼焊接按較低強(qiáng)度鋼選擇焊接材料。

2）焊接材料進(jìn)廠時(shí)質(zhì)量保證書應(yīng)完整、清楚，并加蓋有生產(chǎn) 單位公章。焊條、焊絲無銹蝕、油污、破損等現(xiàn)象。保護(hù)氣體純度達(dá)到國標(biāo)技術(shù)要求，各項(xiàng)理化性能復(fù)檢結(jié)果符合廠標(biāo)、國標(biāo)、產(chǎn)品技術(shù)要求的規(guī)定，然后按我公司的有關(guān)規(guī)定入庫、保管、發(fā)放。

3.3焊接方法的選擇

支架構(gòu)件焊接選用CO2混合氣體保護(hù)焊，從而提高電弧的穩(wěn)定性和改善焊縫成形。

3.4焊接設(shè)備的選擇

焊接設(shè)備選用現(xiàn)有的CO2氣體保護(hù)焊。

3.5焊接參數(shù)的選定

1）從支架使用的低合金高強(qiáng)鋼材料看，強(qiáng)度高、含碳量較高、淬硬傾向大、為此，要規(guī)定熱輸入范圍。低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)熱影響區(qū)被加熱到1100℃的粗晶區(qū)及加熱到700～800℃的不完全相變區(qū)是焊接區(qū)的兩個(gè)薄弱區(qū)，焊接熱輸入過大，粗晶區(qū)因晶粒嚴(yán)重長大而降低韌性，焊接熱輸入過小，粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增加而降低韌性。支架焊接中嚴(yán)格控制焊接線能量輸入，減少母材碳及合金元素滲入，從而保證焊縫熔敷金屬塑性、韌性、抗裂性。

2）預(yù)熱、層間溫度的控制

預(yù)熱可以有效減緩焊件焊后冷卻速度，延長在800～500℃的冷卻時(shí)間，從而減少熱影響區(qū)淬硬馬氏體的產(chǎn)生，降低熱影響區(qū)的硬度，同時(shí)，預(yù)熱可以改善接頭組織，有助于氫從焊接接頭的逸出。因此，預(yù)熱是降低低合金高強(qiáng)鋼焊接裂紋的有效措施。預(yù)熱溫度的確定，異種材料的焊接，預(yù)熱溫度及層間溫度以較高預(yù)熱溫度的材料為準(zhǔn)。預(yù)熱溫度為100～150℃，要求連續(xù)施焊，保證層間溫度不低于預(yù)熱溫度最低值?？刹捎檬薨灞亍Ｒ髾z驗(yàn)人員在施焊前及施焊過程中不定期檢驗(yàn)預(yù)熱溫度、層間溫度，達(dá)不到要求從新預(yù)熱。同時(shí)也要防止層間溫度過高，層間溫度500℃以上時(shí)不要施焊。

3）焊接操作

A、引弧、收弧時(shí)易產(chǎn)生焊接缺陷。引弧時(shí)焊絲伸出長度為10mm，防止過長引起的爆斷，在定位焊焊縫上引弧，采用間斷滅弧法或回焊法收弧，填滿弧坑，減少因低熔點(diǎn)共晶體的聚集產(chǎn)生的弧坑裂紋（熱裂紋）。焊接時(shí)根據(jù)焊接位置、裝配間隙和熔合情況即時(shí)調(diào)整焊槍傾角及擺動(dòng)幅度，避免焊接過程中發(fā)生液態(tài)金屬超前流動(dòng)造成的假焊現(xiàn)象。焊絲端部始終在熔池前半部燃燒，焊絲不能脫離熔池?？刂坪附铀俣龋瑖?yán)禁風(fēng)扇直吹焊接工作區(qū)，以免空氣侵入電弧和熔池，防止產(chǎn)生夾渣、咬邊等焊接缺陷

B、焊接應(yīng)采用多層（窄焊道）技術(shù)，即多層多道焊。促成較好的組織結(jié)構(gòu)和韌性。多層多道焊接是許多單層熱循環(huán)相繼作用，前一條焊道對(duì)后一條焊道有預(yù)熱作用，后一條焊道對(duì)前一道焊道有熱處理的作用，因此顯微組織細(xì)，熱影響區(qū)窄，接頭的塑性、韌性好。多層多道焊還可減少焊接應(yīng)力，因此提高了焊接質(zhì)量。

焊接時(shí)不允許擺動(dòng)。橫擺焊接很容易產(chǎn)生很難控制的大的焊接區(qū)，發(fā)生諸如，熔化不充分、夾渣和氣孔等缺陷，在個(gè)別橫擺焊接不能避免的垂直焊接時(shí)，每單個(gè)焊道應(yīng)該進(jìn)行薄而寬的焊接。

對(duì)接焊縫必須采用拖拉法，以提高穿透避免未熔合，不允許在焊縫以外起弧，意外的起弧點(diǎn)須磨掉并檢查有無裂紋。

C、焊接順序

為保證焊件低應(yīng)力和低變形，制定焊接順序圖，焊前均要進(jìn)行打底焊。

焊接順序：從焊道中部或工件中部開始向外焊，在全封閉（如環(huán)縫時(shí)）打底焊和第一道填充焊道不能焊成全圓以避免高的收縮應(yīng)力導(dǎo)致開裂，應(yīng)至少分成兩半焊接，且方向相反。所有焊縫必須首尾相接形成閉環(huán)。主筋板與蓋板之間的焊縫必須壓過蓋板坡口斜邊和主筋的垂直邊。

D、塞焊縫的焊接，焊槍必須對(duì)著蓋板與隔板交接縫處沿周邊焊成環(huán)縫，并形成角焊縫后，再填平整個(gè)焊縫。對(duì)于蓋板塞焊孔與隔板間隙過大時(shí)必須在隔板旁貼一襯板以保證塞焊縫質(zhì)量。

E、焊后熱處理

焊后熱處理可以消除或降低結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力，降低焊接區(qū)的硬度，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的尺寸，同時(shí)能改善接頭的金相組織，提高接頭的綜合機(jī)械性能，促使殘余氫逸出。從而提高焊縫綜合機(jī)械性能。結(jié)構(gòu)件焊后應(yīng)及時(shí)熱處理，以提高焊后熱處理效果。

4.千斤頂工藝方案

千斤頂主要由缸筒、活塞桿、導(dǎo)向套、活塞等零件組成。這些件是液壓缸的關(guān)鍵件，它們加工質(zhì)量的好壞直接影響到液壓缸的密封性，動(dòng)作靈活性及外載荷的受力和壽命。其配合表面粗造度、尺寸精度、形位公差是加工質(zhì)量的關(guān)鍵。

4.1缸體加工的保證措施

1）所有缸體加工，采用帶鋸下料→熱處理調(diào)質(zhì)→粗鏜內(nèi)孔→加工外圓→表面磷化→涂底漆→精鏜滾壓復(fù)合加工內(nèi)孔→加工止口。精度、內(nèi)表面粗糙度保證設(shè)計(jì)要求。對(duì)于缸筒的止口部分均在數(shù)控車床上加工，保證零件精度和同軸度達(dá)圖紙要求。

外缸筒橫截面由外向內(nèi)硬度分布 （缸筒壁厚32mm）

2）為了確保缸筒內(nèi)孔的粗糙度要求，更換精鏜滾壓設(shè)備中液壓系統(tǒng)的切削液，確保切削液的清潔度。

3）由于國產(chǎn)的鋼管毛料誤差大，壁厚不均勻，最后反映在缸筒上的效果就是工藝基準(zhǔn)中心架窩與缸筒外圓偏差大，影響外觀。為此需要在這套支架上采取增加一道工序，即缸筒粗鏜內(nèi)孔后以孔為基準(zhǔn)將缸筒外圓通體車一刀，以保證缸筒壁厚的均勻性。

5）缸體外圓加工后油漆的附著力受影響。為了解決這個(gè)問題，我們增加一道表面中溫鋅鹽磷化處理工序，并采用附著力、防腐性能和漆面強(qiáng)度都很高的環(huán)氧底漆和中途漆，面漆選用光澤度較好的醇酸磁漆，來提高油漆的外觀質(zhì)量。

4.2導(dǎo)向套及見盤套類的加工保證措施

毛坯選用帶鋸下料件或模鍛件，采用粗加工→熱處理調(diào)質(zhì)→精加工→表面鍍Ni—P合金工藝工藝方案。精加工全都在數(shù)控機(jī)床上加工，精車時(shí)所有內(nèi)外圓配合面和密封槽要求一刀下，機(jī)床性能可靠，保證零件的形位公差和尺寸精度要求。加工零件精度保證IT8級(jí)以上。

4.3活柱、活塞桿的加工保證措施

采用帶鋸下料→粗加工→熱處理調(diào)質(zhì)→精加工→表面鍍銅錫合金+硬鉻工藝方案?；钪?、活塞桿的密封槽或連接活塞的尺寸精加工全都在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，密封面的磨削在精密外園磨床上分粗磨—精磨工序，粗糙度保證Ra0.4，直線度、園度在0.05mm以下。

5.結(jié)構(gòu)件的加工工藝方案

5.1護(hù)幫板、側(cè)護(hù)板等結(jié)構(gòu)件的鉸接孔采用耳板孔單件干成→芯軸拼焊成結(jié)構(gòu)件；主要結(jié)構(gòu)件的千斤頂鉸接孔也采用耳板孔單件干成→芯軸拼焊成。

5.2為減小焊接變形，頂梁、掩護(hù)梁、底座結(jié)構(gòu)件各鉸接孔周圍的隔筋板采用增加刀檢寬度尺寸工序，保證零件尺寸公差要求，為拼焊做好準(zhǔn)備，控制結(jié)構(gòu)件鉸接部位的變形量。

5.3頂梁、底座、掩護(hù)梁、前后連桿結(jié)構(gòu)件的孔系采用整體加工

主要結(jié)構(gòu)件的所有鉸接孔在主筋板上采取預(yù)割→預(yù)鏜留余量→用拼裝芯軸和定位胎具拼焊成型→焊后低溫回火時(shí)效處理→整體鏜孔系尺寸達(dá)圖紙要求。

5.4頂梁、底座、掩護(hù)梁等主要結(jié)構(gòu)件主筋板高度控制在正差。

5.5鉸接銷軸、撐桿、導(dǎo)桿、小銷軸類的工藝方案

1） 銷軸外圓有孔的軸類加工路線為：

帶鋸下料→機(jī)加工→熱處理淬火→表面拋丸（或表面酸銑）→表面鍍鋅鈍化。

2）銷軸外圓無孔的軸類加工路線為

帶鋸下料→粗加工→熱處理淬火→精加工→表面鍍鋅鈍化。

6.支架的外觀油漆方案

為保證外觀質(zhì)量和油漆附著力，采用了環(huán)氧底漆和面漆。

6.1底漆：選用鐵紅環(huán)氧底漆，涂一遍。中途漆：為白色環(huán)氧厚漿型，噴涂一遍。 面漆：選用白色聚氨脂防腐面漆噴涂兩遍。

6.2制定《支架油漆作業(yè)指導(dǎo)書》

7.支架裝配工藝保證措施

液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)-乳化體的清潔度關(guān)系到支架液壓系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此，液壓污染控制是十分重要的問題。需要將采取液壓污染控制技術(shù)和管理措施，使千斤頂?shù)那鍧嵍炔坏陀谝?guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。為此我們首先要進(jìn)一步改善千斤頂安裝工區(qū)的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境。

7.1千斤頂裝配工區(qū)防止油漆以及空氣污染。②配置油缸循環(huán)沖洗的過濾清洗裝置。

7.2配置管路系統(tǒng)清洗過濾裝置，使安裝車間所有進(jìn)支架操縱閥前的管路系統(tǒng)清洗干凈達(dá)要求。

7.3更換加熱清洗的過濾器使清洗達(dá)標(biāo)。保證支架液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，充分發(fā)揮設(shè)備效能。技術(shù)工藝部門編制了《千斤頂裝配工藝作業(yè)指導(dǎo)書》、《支架裝配工藝作業(yè)指導(dǎo)書》用于指導(dǎo)支架組裝后的應(yīng)達(dá)到的整體工作性能。

8.建立備件供應(yīng)手冊

借鑒國外先進(jìn)企業(yè)的備件體系，所有設(shè)備的每個(gè)零件都有一個(gè)唯一的件號(hào)，并且在不同設(shè)備上使用時(shí)，只要件號(hào)相同就可以互換。在給用戶提供的備件手冊中，全部用圖文方式一一指出。這樣做有利于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中充分利用成熟的零件，一方面減少了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，另一方面降低了加工成本。同時(shí)，因?yàn)榻o用戶提供了所有零件件號(hào)，用戶在需要購置時(shí)，只需要按照件號(hào)即可進(jìn)行采購，利于用戶向設(shè)備原制造商采購備件，也就為企業(yè)帶來了更多的訂單。

9.結(jié)束語

實(shí)踐證明，選擇合理的控制支架加工制造工藝，應(yīng)用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)和技術(shù)要求，焊接后的焊縫避免產(chǎn)生裂紋和脆化現(xiàn)象，大大提高了設(shè)備的使用壽命，對(duì)保證設(shè)備按期交付和煤機(jī)的安全運(yùn)行起到了積極有效的作用，此國產(chǎn)化給制造廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，提高了整機(jī)的使用可靠性和可維護(hù)性，極大的降低了設(shè)備使用單位的設(shè)備采購及維護(hù)成本。