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高效焊接方法在煤机维修中的应用

煤机行业的综采设备主导产品为“三机一架”(采煤机、刮板机、破碎机和液压支架),其产品的结构件比重超过70%,采用合适的焊接工艺,不仅可以提高焊接质量,还可以提高焊接效率乃至整个产品的生产效率,提升企业的经济效益和市场竞争力。因此,探寻高效的焊接工艺具有深刻的现实意义。针对我院对国内几家大型煤矿机械厂的工艺设计及设备选型方案的分析和比较,总结关键部件的焊接方法。

1焊接技术在煤矿机械维修中存在的问题

目前我国大多数煤矿为三班连续运转的企业,为保证设备安全、正常的运转,每月厂部都对设备进行检修定保,对于已磨损、能够更换的配件在检修中都进行更换,更换下来的具有修复价值的构件被送到检修车间进行焊接修复。但有些设备比较大,如四立铲的大臂,牙轮钻的立架,无法拆卸更换但已有开裂迹象,只能在现场紧急抢修。在焊接修复的过程中,焊件受到局部不均匀加热和冷却,容易产生应力和变形;受工作环境条件影响,易引发夹渣、裂纹等焊接缺陷;或是焊前准备、预热、焊后热处理等工作做得不到位等原因,易产生气孔、裂纹等焊接缺陷。这些具有焊接缺陷的焊件进入工作状态后,很快又会出现裂纹,有的裂纹会很快扩展,又重新进行修复。如此循环不但会增加更多的焊修成本,延误更多的时间,甚至会影响生产任务的顺利完成。为保证焊修工件的修复质量,除了加强焊接技术的应用管理外,还采取有针对性的措施。

2产品分析

2.1产品焊接工作量分析
在煤机“三机一架”产品中以刮板输送机和液压支架的质量重,以一套200m左右的中型综采生产线为例,刮板输送机和液压支架的重约为3500t,结构件比重超过70%、液压件的比重达到20%,焊接工作量大(填充金属的重量占结构件比重达4%左右),其焊材的消耗量超过100t。以富氩气体保护焊为主导的焊接工艺情况下,提高焊材的熔化效率(或减少填充金属量)即可提高焊接效率。

2.2产品结构特点分析
(1)刮板输送机主部件为中部槽,中部槽由两个槽帮、中板和底板焊接而成,共有6条对称的焊缝组成,且两两在同一平面内,易于实现工装定位和焊接自动化。
(2)液压件(立柱和千斤顶)求高的密封性,焊接可靠性求高。
以双伸缩立柱为例,外缸壁厚超过20mm,常规以“V”坡口与缸底焊接,填充金属量大、焊接时间长和焊缝晶粒粗大的特点。立柱中缸壁厚一般在40mm左右,由于无缝钢管的尺寸序列和壁厚限制,市面采购困难,以前采用圆柱型锻材或特厚壁钢管金切加工而成,材料成本高,生产效率低,刀具磨损快。

3焊接方法选择

(1)针对中部槽结构简单、焊缝规则的特点,可采用焊接机器人或焊接专机,辅以焊接变位机,实现自动焊接。某煤矿机械厂采用TANDEM焊接系统,其原理是将两根焊丝按一定角度放在一个特制的焊枪内,由两根焊丝具有各自的电源,可以独立调整参数,最佳的控制电弧。其工艺特点如下①可以大大提高熔敷速度和焊接效率,保持较低的热输入量,细化焊缝组织,减少焊接变形和焊接应力。
②中板和底板焊接机器人含两套TANDEM双丝焊机,两个机器臂同时施焊,提高焊接效率,减少焊接变形;自带焊接变位机,实现一次装卡,完成中板和底板的焊接,节省焊接辅助时间。
③双丝处于同一焊枪,节约焊接保护气体,降低焊接成本。
(2)采用窄间隙焊接方法,改“V”型坡口为“U”型坡口,可节约焊材30%左右,气体保护熔化极电弧焊的焊接形式应用于外缸与缸底的焊接,采用中低线能量,实现多层多道熔覆而不需清理,降低焊接电能的消耗,提高焊接效率,同时由于焊接热输入量的减少使焊缝晶粒细化,提高焊缝的机械性能和抗疲劳性能,减少缸体漏液现象的发生,提高了液压缸的使用寿命。
(3)对立柱中缸的加工工艺,采用高压无缝钢管堆焊工艺再精车表面的工艺方案代替切屑工艺,减少加工量。利用原有卧式车床的旋转系统实现工件的旋转和焊接速度的控制,车床拖板加持焊枪实现纵向进给,形成半自动焊接系统,提高加工效率,减少工时50%左右。

4使用效果及效益分析

通过某煤矿机械厂的试验对比,对于中部槽的焊接,采用TANDEM焊接系统的焊接效率是手工半自动焊接的6倍,大大提高焊接效率,降低人工成本,保证焊接质量的稳定性。
通过某煤矿机械厂的立柱的实际数据分析,以年产70000t立柱计算,以φ360×2000m立柱计算(折合约为35000根),采用窄间隙焊焊接立柱外缸可节省焊材35t,按焊材2万元/t,节省费用合计为70万/年。
立柱中缸采用堆焊的方案与金切方案相比,设备及制造费用大致相当,仅考虑材料费用,假设无缝钢管与锻材价格均为2万元/t,单根可节省材料0.2t,则可节省材料费14000万元。同时,采用窄间隙焊和堆焊的方法可以提高效率,降低人工成本。

5结论

焊接技术是煤矿机械维修中非常必的检修手段,焊接质量的好坏直接影响设备的运行效率。因此我们在工作实践中善于发现问题,解决问题,积累经验,不断提高焊工的综合技术水平,这样,不仅保证维修后的煤矿设备能够安全运行,还能减少焊修成本,保证焊修工件的修复质量。
通过以上分析,采用TANDEM焊接系统来焊接中部槽、窄间隙焊接技术来焊接立柱外缸和中缸的表面堆焊技术,可以明显提高制造效率和质量,降低制造成本,具有明显经济效益。因此,以上三项高效的焊接方法值得在煤机制造行业广泛推广应用。