礦用刮板機(jī)中部槽焊接質(zhì)量的優(yōu)化改進(jìn)

崔海兵， 郭翠綿

（山西焦煤汾西礦業(yè)（集團(tuán)）設(shè)備修造廠， 山西 介休 032000）

引言

隨著國(guó)家制造業(yè)的快速發(fā)展，焊接技術(shù)已成為機(jī)械制造中的重要工藝。中部槽作為礦用刮板機(jī)的關(guān)鍵部件，其各部件的焊接性能決定了礦用刮板機(jī)的使用壽命及設(shè)備的可靠性。而在中部槽實(shí)際焊接過程中，焊縫處經(jīng)常存在焊接收縮變形等缺陷，影響著中部槽的焊接質(zhì)量，降低了刮板機(jī)的使用性能[1]。因此，找到影響中部槽各部件焊接質(zhì)量的原因，加強(qiáng)焊接質(zhì)量的優(yōu)化改進(jìn)十分重要。

1 刮板機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)

1.1 中部槽結(jié)構(gòu)組成

中部槽的結(jié)構(gòu)主要由鏟板槽幫、底板、中板及擋板槽幫等部件組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。其中，底板、中板等部件與槽幫采用焊接方式連接，占中部槽結(jié)構(gòu)中焊接工作量的80%以上，槽幫采用高錳鋼鑄造整體式成形的方式生成。在物料輸送過程中，通過中部的槽幫、中板及底板的共同作用，并作為煤礦物料的運(yùn)輸和傳遞的運(yùn)輸軌道，實(shí)現(xiàn)物料的遠(yuǎn)程運(yùn)輸。中板主要用于物料的阻擋和隔離作用，其結(jié)構(gòu)性能的好壞直接影響著中部槽的運(yùn)輸效果和使用壽命[2]。其中，槽幫與中板之間的焊接收縮縫影響較為突出。

圖1 刮板機(jī)中部槽結(jié)構(gòu)組成

1.2 中部槽焊接收縮變形方式

在焊接過程中，各焊接部位均會(huì)出現(xiàn)局部高溫集中的現(xiàn)象，促使各部件內(nèi)部發(fā)生熱應(yīng)力的集中和傳遞，最終導(dǎo)致在焊縫位置處出現(xiàn)焊縫收縮變形現(xiàn)象，影響著焊縫的焊接質(zhì)量，其焊縫收縮主要包括在垂直于焊縫方向發(fā)生收縮的焊橫向收縮變形和沿焊縫方向發(fā)生收縮的縱向焊縫收縮變形兩種形式。其中，在中板與槽幫焊接過程中，會(huì)在高溫集中處發(fā)生高溫膨脹變形，但受槽幫等部件的阻礙作用未形成壓應(yīng)力。而在焊縫冷卻過程中，焊縫會(huì)隨溫度的降低而產(chǎn)生較大的壓縮應(yīng)力，使焊縫發(fā)生橫向收縮變形[3]。由于中部槽中各部分的焊接接頭主要采用對(duì)接接頭的形式，因此，各焊縫的收縮變形情況受坡口形式、焊接層數(shù)、焊接工藝等參數(shù)影響。

2 刮板機(jī)中部槽焊接影響因素分析

結(jié)合實(shí)際焊接過程分析，在中部槽焊接過程中，影響其焊接質(zhì)量的因素主要包括焊接收縮縫變形、中板結(jié)構(gòu)尺寸與槽幫加工尺寸。

2.1 焊接收縮縫變形

結(jié)合前文分析，中部槽各部件在焊接過程中會(huì)在高溫區(qū)域發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，在焊縫冷卻過程中，焊接部分體積減小，母材隨溫度的降低形成壓縮應(yīng)力，進(jìn)而發(fā)生位移變化，使槽內(nèi)焊縫產(chǎn)生焊縫收縮變形，影響著整體的焊接質(zhì)量。為保證焊接部分的焊接合格率，目前實(shí)際工程中主要采用剛性固定法和反變形法，其中，反變形法主要是焊接前在焊縫收縮相反方向考慮適量的變形補(bǔ)償量[4]。因此，在中部槽焊接過程中，將槽幫、中板等部件的尺寸增加一定的焊接余量以補(bǔ)償焊接收縮變形影響。由于坡口大小、坡口形狀、焊絲直徑及焊接厚度等因素將直接影響焊縫的焊接質(zhì)量，坡口越大，焊縫截面積越大，所消耗的焊接能量越多，焊縫收縮變形則越大。因此，在實(shí)際焊接過程中，因理論和實(shí)際相結(jié)合，合理選擇相關(guān)參數(shù)值，以此保證焊縫不發(fā)生較大的焊縫收縮變形。

2.2 中板結(jié)構(gòu)尺寸

中板作為中部槽的關(guān)鍵部件，在物料輸送過程中起到了阻擋物料移動(dòng)的目的，具有較高的承載能力和耐磨性。目前主要采用35～45mm厚的高強(qiáng)耐磨鋼板通過火焰切割下料加工而成。根據(jù)工程反應(yīng)，中板寬度尺寸一般為660mm，尺寸較小，存在對(duì)接間隙較大、焊接難度較高等問題，而由于中板尺寸較小，導(dǎo)致坡口加工時(shí)會(huì)存在較大的加工誤差。在焊接過程中，中板由于高溫作用，出現(xiàn)了高溫膨脹現(xiàn)象，并使焊縫發(fā)生位移變形，中板的結(jié)構(gòu)尺寸誤差導(dǎo)致了中部槽焊接出現(xiàn)了質(zhì)量問題[5]。因此，在實(shí)際加工過程中，可將中板坡口焊接比例控制在1∶1，并保證中部的結(jié)構(gòu)尺寸和坡口尺寸符合設(shè)計(jì)要求，可有效控制焊縫的焊接質(zhì)量。

2.3 槽幫加工尺寸

槽幫是中部槽的重要部件之一，采用整體鑄造焊接形成，其外形尺寸影響了中部槽焊縫的焊接質(zhì)量。槽幫的關(guān)鍵尺寸主要是內(nèi)槽的寬度尺寸，加工后尺寸需保證刮板機(jī)運(yùn)行通暢和高效。由于槽幫結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在加工過程中會(huì)產(chǎn)生整體結(jié)構(gòu)彎曲變形等缺陷，為使其結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，需對(duì)其彎曲部位進(jìn)行局部打磨找正，導(dǎo)致其在組對(duì)間隙或焊接寬度出現(xiàn)變大或不一致現(xiàn)象。同時(shí)，由于槽幫采用鑄造而成，鑄造設(shè)備的加工精度、鑄造師傅的技術(shù)水平、鑄造工藝等因素均會(huì)影響槽幫的結(jié)構(gòu)尺寸，導(dǎo)致其鑄造質(zhì)量較難保證[6]。而在實(shí)際工程中，僅考慮槽幫產(chǎn)品性能符合設(shè)計(jì)要求，就以合格產(chǎn)品通過驗(yàn)收，其輕微的尺寸誤差則未被考慮，這也直接影響了槽幫在焊接過程中焊接質(zhì)量。

3 中部槽焊接質(zhì)量?jī)?yōu)化改進(jìn)

結(jié)合前文分析，焊接收縮縫、中板尺寸及槽幫加工尺寸等因素不符合設(shè)計(jì)要求，將直接導(dǎo)致組對(duì)間隙的增加，影響著各部件焊縫的焊接質(zhì)量。因此，為提高中部槽中各部件焊縫的焊接質(zhì)量，除加強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督檢查外，還可從中板下料編程方面著手。結(jié)合工程實(shí)際，在編制中板下料程序時(shí)，對(duì)中板加工尺寸預(yù)留一定的下料余量，可彌補(bǔ)中板坡口加工時(shí)的坡口損耗，減小焊縫的收縮變形程度，有助于減小部件之間的組對(duì)間隙，提高焊縫的焊接質(zhì)量。

同時(shí)，在選用焊接設(shè)計(jì)之前，應(yīng)根據(jù)所焊部件的焊接厚度和坡口大小，結(jié)合理論計(jì)算，準(zhǔn)確計(jì)算所需焊絲的直徑、焊接電流大小及焊接走絲速度，在實(shí)際焊接過程中，對(duì)焊接師傅進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交底，嚴(yán)格要求焊接工藝、焊接操作按標(biāo)準(zhǔn)焊接規(guī)范執(zhí)行，加強(qiáng)焊接過程中焊縫的質(zhì)量監(jiān)督和控制，以此使中部槽各部件的焊接質(zhì)量符合焊接要求，從規(guī)章制度和源頭上保證了中部槽的焊接質(zhì)量，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

結(jié)合工程實(shí)際，通過在編制中板下料程序時(shí)對(duì)加工尺寸預(yù)留一定的下料余量，可減小焊縫的收縮變形程度；同時(shí)，加強(qiáng)焊接過程中對(duì)焊縫質(zhì)量的監(jiān)督和控制，規(guī)范焊接工藝、焊接操作等措施，可改善中部槽焊縫的焊接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)中部槽焊接質(zhì)量的優(yōu)化改進(jìn)。刮板機(jī)實(shí)際焊接過程中，可參考此研究?jī)?nèi)容及措施來改進(jìn)優(yōu)化各部件的焊接品質(zhì)。該研究對(duì)保證礦用刮板機(jī)中部槽焊接質(zhì)量，提高刮板機(jī)的使用性能具有重要意義。