工作阻力大于10 000 kN液壓支架結構件制造工藝

厲華

工作阻力大于10 000 kN液壓支架結構件制造工藝

厲華

針對大同煤礦集團公司中央機廠近年來工作阻力大于10 000 kN或支護高度大于4 m液壓支架的大批量制造，在生產過程中，從結構件的原材料選用、下料要求、組點成型、焊接、機加工、表面拋丸除銹、以及結構件的涂裝工藝要求等各個工序制定并嚴格執行制造工藝規范，達到了預期效果。

液壓支架；結構件制造；組點成型；焊接應力消除；表面拋丸除銹；涂裝工藝

近幾年，大同煤礦集團公司綜采、綜放工作面向石炭二疊系延深，生產條件發生了質的變化，而且隨著煤炭產量日趨提高，對綜采、綜放支護設備的要求也越來越高。大同煤礦集團公司中央機廠為了適應石炭系煤層開采，設備制造和研制工藝從2006年開始進行技術升級，先后研制了ZZ10000、ZF15000、ZF10000、ZZ13000、ZF13000等液壓支架，在一系列液壓支架的研制實踐過程中，逐步形成了一套可行性高、工藝性好的工藝程序及技術要求。

1 工藝程序適用范圍及引用標準

工作阻力大于10 000 kN或支護高度大于4 m液壓支架制造過程適用此工藝程序。

此工藝程序引用標準：①GB 25974.1-2010《煤礦用液壓支架通用技術條件》，②GB 1591-2008《低合金高強度結構鋼》，③MT/T 587-2011《液壓支架結構件制造條件》，④JB/T 5000.12-2007《重型機械通用技術要求第12部分：涂裝》，⑤GB/T 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》，⑥JB/T 5000.2-2007《重型機械通用技術要求第2部分：火焰切割件》，⑦JB/T5000.3-2007《重型機械通用技術要求第3部分：焊接件》。

2 技術要求

2.1 毛坯件處理

2.1.1 母材的選用與工藝要求

首次使用的鋼材及首次供貨方供應的鋼材，必須制定出相關焊接機械性能技術評定要求，其中主要針對焊接件的母材化學成分、抗拉強度、屈服強度、抗彎強度、抗剪切強度等，并且對工廠自制的鑄鋼件、鍛件進行剖切檢測；還要制作相應試驗件，進行焊件相同性分析、試驗。

2.1.2 母材成形工藝要求

（1）選擇合理的氣割嘴規格，控制板件成形割口熱影響區，減小板件氣割熱影響區，控制板件成形誤差。供氣氣壓正常條件下，鋼板厚度與割縫寬度比不得大于20:1。確?？v向筋板寬度方向允差0 mm～-2mm，高度方向允差0mm～-2mm[1]。

（2）切割表面的偏斜度：20 mm～40 mm厚鋼板，偏斜度≤1 mm；40 mm～60 mm厚鋼板，偏斜度≤1.5 mm；60 mm～100 mm厚鋼板，偏斜度≤2 mm。表面粗糙度Ra≤50μm。對于重要構件，如主筋板、重要筋板下料后，對重要結合面進行刀檢，包括主筋板與頂（底）板結合表面，重要筋板與主筋板結合兩表面，均應留2mm～4mm加工余量進行刀檢，確保零件組點間隙≤2mm。

（3）主要受力板件數控切割下料后，須采用平板機或壓力機進行矯正、矯直，確保平面度允差滿足1/ 1 000要求，即每1 m范圍內平面度、直線度允差≤1 mm。但主筋板與頂（底）板接觸直邊只允許凹，不允許凸。彎曲件壓彎前，溫度必須保持在10℃以上，否則需要預熱到最少25℃，防止壓彎過程中產生纖維狀微裂，影響產品強度。

2.2 結構件拼點成型

拼點成型是結構件生產制造的重要工序。首先檢查各零件是否經檢驗合格，合格件按照不同規格和尺寸進行分類分管。

（1）筋板類零件與頂板拼點時根部間隙不得大于2 mm，如果存在較大間隙則必須更換零件。對于有裝配尺寸的部件，包容件適當加大2 mm～3 mm，被包容件嚴格按圖紙尺寸組點，尺寸加大0 mm～1 mm，以抵消焊接后可能產生的收縮，保證留有充足合理的裝配間隙。對于成批制造的液壓支架，應采用專用工裝單側定位，另側楔鐵擠緊，以便于控制拼點尺寸及相關零件間的間隙。

（2）活動側護板的側板與頂板之間連接焊縫較長，而且是單一焊縫，易發生焊接變形，拼點過程中應采用樣件定位的方式（即撐檔）進行定位拼點。如圖1所示，此方法為反變形手段。

圖1 反變形樣板示意

（3）對于頂梁、底座、掩護梁等主要受力結構件的主鉸接部位[2]，為了保證其焊后尺寸，采取增加30 mm×30 mm斷面直支撐的方法，支撐間距為350 mm～400 mm（見圖2）。

圖2 結構件組點支撐示意（圖中陰影部分為支撐）

（4）對于伸縮梁、腳踏板等斷面較薄、寬度較大的結構件，一般采用“配對反變形”拼點方式增加結構件剛性強度，降低焊接應力影響[3]（見圖3）。

圖3 “配對反變形”拼點示意

2.3 焊接工藝要求

（1）高端液壓支架的工作阻力一般較高，承載能力較大，并且在實際使用過程中一般都存在扭矩應力，對焊縫的機械性能要求相對較高。避免這類事故發生的基本做法就是降低焊接材料的碳當量，避免焊縫開裂。尤其在Q550以上高強板施焊時，經過試驗驗證，應采用低于板材一個強度等級的焊絲；Q460以下板材，施焊時選用與板材等強度焊絲。一般選用φ1.2 mm和φ1.6 mm焊絲。通過試驗驗證，一般φ1.2mm焊絲焊接電流選擇300 A±10 A，φ1.6mm焊絲焊接電流選擇340 A±10 A。

（2）通過二氧化碳氣體保護焊和混合氣保護焊（二氧化碳和氬氣混合氣體，即80%Ar+20%CO2氣體）的對比，前者飛濺物較多，焊道成形較后者美觀度差，所以高端支架結構件選擇混合氣保護焊。

（3）焊接預熱工藝要求。碳當量不大于0.5%時（包括16Mn、15MnVN、Q460板等），一般在室溫條件下（5℃以上）即可獲得良好的焊接接頭，不需要焊前預熱；若環境溫度達不到5℃以上，需要采用氧-乙炔火焰預熱焊道周圍，預熱溫度50℃左右。碳當量高于0.5%時（Q550板），若環境溫度較低，需用氧-乙炔火焰對焊道周圍80 mm～100 mm范圍預熱75℃左右；當碳當量接近0.6%時（Q690板），需入爐預熱至100℃～150℃。預熱時間和預熱爐溫必須進行嚴格控制和檢測，確保預熱溫度不高于250℃，防止影響焊接熱影響區和結構件整體機械性能。

（4）焊接應力的消除[4]。經過長期的探索和總結，采用Q460以下強度鋼板焊接的結構件，在施焊過程中選擇自動回火的方式；在環境溫度較低時，采取機械撞擊釋放焊接應力的方式。這類工件焊后不需要采取專門的熱處理工藝，而是采取靜態空冷方式。母材高于Q550的板材制造的結構件，在多層多道焊過程選擇自動回火方式，層間采取機械撞擊釋放焊接應力，以對焊道進行舒展，并且焊后整體熱處理消除焊接應力，控溫溫度為550℃±30℃，控溫時間2 h～3 h，出爐后隨靜態空冷[4]。

2.4 結構件關鍵孔鏜孔

為確?？傃b裝配關系和避免焊接變形，尤其是關鍵鉸接部位，在液壓支架結構件制造過程中，鉸接部位采取機加工手段確保鉸接配合關系。

（1）主鉸接孔所在板件數控下料時孔周單面留余量8 mm，校平校直后拼點焊接，最終進行整體鏜孔，這樣可以確保鉸接孔的同軸度。

（2）對于側推系統的幾排孔，數控下料時孔周單面留余量8mm，機加工加工成型，拼點過程中以此孔穿導向筒定位，然后焊接成型。

2.5 結構件外表除銹工藝要求[5]

（1）為了提高結構件外觀質量，整體焊接完畢后，對結構件進行拋丸除飛濺物、除銹，表面除銹等級達到Sa2.5級。一是可以提高工件涂漆吸附能力，二是通過拋丸高頻沖擊對焊縫殘余應力進行二次消除釋放。詳細規定見表1。

表1 鋼鐵表面除銹方法及除銹等級

2.6 結構件涂裝要求

（1）通常條件下，涂漆工序施工環境濕度不得高于85%，溫度不得低于5℃。晉北冬季施工時，一般選擇低溫環境施工，并選擇易固化的油漆。

（2）降水、霧天氣及風力超過4級時，不得室外施工。工件表面出現結霜、結霧狀況時，不得施工。

（3）施工場地應保持空氣流暢、干燥，涂裝及固化過程中避免粉塵或其他異物接觸。

（4）涂裝工序應避免或者采取的措施：

①噴涂施工時，應對產品不需涂裝的部位進行遮蓋，防止誤涂；

②兩種不同顏色的涂層交界處，其界面必須明顯、整齊；

③對焊后或裝配后無法涂裝的結構件部位，應在焊前或裝配前涂漆；

④對于邊、角、夾縫等部位要先刷漆，然后再大面涂裝；

⑤對加工、焊接、安裝過程損壞的漆膜應采取除舊漆后修補的措施，較小損壞部位修補面積應比損壞面積大1倍以上，較大損壞部位修補面積應比損壞部位邊緣寬50mm。

[1]魏鵬.放頂煤高端液壓支架結構件制造工藝研究[J].機械管理開發，2014(4)：24.

[2]于海涌，吳鳳東，孟金鎖，等.放頂煤工作面支架受力特征及分析[J].煤炭學報，1995(5)：25.

[3]劉金玉.特厚煤層放頂煤液壓支架結構件制造工藝的研究[J].煤礦機電，2013(2)：86.

[4]王笑天.金屬材料學[M].西安：西安交通大學出版社，1989.

[5]趙忠剛，曹文明，虞長江.高端液壓支架結構件制造工藝的先進性分析［J］.科技資訊，2012（04）：34.

Mechanism PartManufacturing Process of Hydraulic Support thatWorking Resistance is Greater than 10 000 kN

LiHua

In view ofmass production of hydraulic support that working resistance is greater than 10 000 kN or support height ismore than 4 m in our factory in recent years,in the production process,from the every processe of material selection of mechanism part,blanking requirement,grouping point and molding,surface shot derusting, coating process of mechanism part and so on,manufacturing process specification is formulated and strictly implemented,it achieves the desired purpose.

hydraulic support;mechanism partmanufacturing;blanking;grouping point and molding;relieving welding stress;boring;surface shot derusting;coating process

TH16

A

1000-4866（2015）01-0021-03

2014-10-11

厲華，女，1972出生，2010年畢業于太原理工大學，現在大同煤礦集團機電裝備中央機廠技術中心工作，工程師。