工业机械设备加工过程焊接工艺分析

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摘要：针对应用传统焊接加工工艺在焊接S890钢材料时容易产生裂纹的问题，所以，对S890钢材料特性进行了研究，并将焊接加工工艺实行了改良。基于设计的焊接工艺开展实验工作，发现焊缝区域的强度和韧性均良好，可以满足实际使用需要。

关键词：液压支架；立柱中缸；焊接加工；工艺优化

在煤矿开采中，液压支架是很关键的机械设备，能够保障煤矿安全，对煤矿生产意义深远。近年来，煤矿业得到了长足的进步，所使用的采煤装置越来越趋向于大型化。为了满足发展需求，采煤设备中运用了许多先进的材料和技术。立柱系统在矿用液压支架中承担关键承力角色，必须具有高强度，立柱系统中中缸为关键部件，其力学性能要求较高。立柱中缸的结构与其他部件不同，要利用焊接技术实施加工。现阶段，中缸优先选用S890钢材进行制造，其强度和韧性都很高，在焊接方面存在一定的困难，若焊接加工工艺使用不合理，就会造成焊接质量不合格，使其不能良好地发挥效用，导致液压支架在工作时存在安全隐患。

1液压支架及其立柱结构

液压支架结构的形式，可以分为三类：防护式、支架式和支架防护式。但是，无论是哪种类型的液压支架，其关键部件区别不大，而立柱对液压支架而言是极其重要的组成部分。从结构来讲，立柱顶端接连至液压支架顶板，下端接连至液压支架底板。经由立柱、液压支架本身的分量和顶板所负荷的巷道作用力被统统传送至液压支架底板，综上所述，立柱对液压支架装置而言是不可或缺的承力部件。立柱系统主要由以下部分组成：底缸、中缸和活杆，三个组件的相对活动能够完成立柱的伸缩，从而达成液压支架式样的变化。因为立柱在运作时要长期经受沉重的外部负荷，所以，要求立柱每个组件具备良好的力学性能。若是力学性能达不到标准，又经历了长期的、高强度的负荷，极大程度上会发生折断开裂，对液压支架使用安全造成隐患。中缸是立柱的其中一个组件，其结构繁杂，在生产和加工过程中要使用焊接步骤，务必要求焊接工艺更加严谨，保证焊接品质。

2立柱中缸焊接加工缺陷

焊接环节在立柱中缸制作和完善流程中是一个主要环节，焊接工艺对全部组件的力学功能有直接关系。S890钢材中包括许多合金，并且合金种类相当丰富。以碳当量计算方式为准，经过计算，得出S890钢碳当量是0.63%。进行了有关实验得出结果，如果材料的碳当量含量高出0.6%，那么，可焊性则达不到标准。S890钢在淬火时硬化能力较差，焊接和冷却后极易产生裂痕、变软和变脆。此外，因为立柱结构相对特别，中缸焊接强度要达到大于650兆帕的条件，必须确保其高质量的焊接工艺。

3立柱中缸焊接加工工艺的改进

3.1实验材料的选择

（1）实验材料。选用S890钢进行实验，此钢材用于制造立柱中缸，是无缝钢管，钢管直径401毫米，长63毫米。S890钢的化学成分表参照表1。将钢材进行淬火和高温回火，按照拉伸实验检测得出，屈服强度820兆帕，抗拉强度907兆帕，延伸率19%，零下20℃时，冲击功为161焦。（2）保护性气体。立柱中缸在运作时，因为要承担的外部负荷比较沉重，所以其韧性要更强，必须能满足工作要求，大热输入的焊接方法并不适用。另外，在焊接工艺的实用效果和经济效益方面，也要多加注意，根据实际状况，最后选择熔化极气体保护焊焊接工艺。这样的焊接方法需要用到保护气体，该焊接中采用的保护气体成分是φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%。（3）焊材的选用。立柱中缸是关键的承力结构，不但要有充分的强度，还必须具有较好的韧性。但是，材料的强度和韧性的标准却是相互冲突的，材料的强度较大时，韧性一般不好；反之，如果材料的韧性优异，强度值则达不到标准，若想使焊缝强度和韧性完美契合，防止产生一项标准很高，另一项标准很低的问题出现，所以，最后选用了低强度焊接材料。该焊材的运用，会将焊缝部分的碳含量和碳当量限定在合理范围内，保证焊缝强度不但可以达到设计需求，而且在一定程度上提高其抗变形能力，优良的塑性是增强抗裂性能的根本。对各种焊材属性进行分析比较，最后选择了GHS-70焊丝。焊丝的屈服强度是645兆帕，抗拉强度是735兆帕，延伸率高达21%，零下40℃时冲击功为91焦。经过实验可以看出，GHS-70焊丝材料与20%CO2+80%Ar（φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%）的保护气体联合运用，焊接质量良好，焊缝部分的强度和韧性均达到了有效保证。

3.2焊接工艺设计

（1）焊前准备。焊接前，要先把焊缝部位加工成“U”形，还要把焊缝周边位置打扫干净，清除残渣，使其展现出金属光泽。S890钢碳当量含量较大，并且在焊接过程中较易发生裂痕，因而，在开始焊接时，务必把准备用来焊接的焊料先加热，为了使焊接更加方便快捷，初次焊接时的预热温度设定位125～150℃。经过预热处理，可以防止S890钢材料温度发生快速改变，从而导致热裂纹。（2）焊接流程。本次所采用的焊接样本是环形部件，因而运用环缝焊缸机实施焊接，采用保护性气体20%CO2+80%Ar（φ（CO2）=20%、φ（Ar）=80%），通常运作情况下，气体流量维持在16至20升/分钟之间。如果需要焊接区域偏广，则有必要实施多道次焊接，道次为20次，焊接过程中，每道次的把控温度都必须严谨，每层的温度不能超过250℃，焊接速度为0.5毫米/秒，电流强度设置在315安，电弧电压设定为30伏上下。完成全部的焊接步骤后，千万不要水淬，使用棉被包裹住焊接部位，保持两小时，采用此种方法可以有效减缓焊缝部位的冷却速度。

4立柱中缸焊接工艺优化的效果研究

等到焊缝位置温度与室内温度一致时，可依据相关准则，察看焊缝的焊接效果，焊缝部位没有鲜明的瑕疵，表明焊接质量出色。经过48小时后，使用超声波无损探伤技术观测焊缝区域，重点检查焊缝内部是不是有问题，检查后，全部焊缝部位都没有欠缺和瑕疵，质量优异。对焊缝位置的力学功能进行探讨，按照相关规定，把焊缝部位钢材制作成拉伸样本和冲击样本，并遵循相关规定进行拉伸和冲击测试。经过室温拉伸检测，得出焊缝位置的抗拉强度高达730兆帕，并且断裂部位为焊缝区域；零下20℃时，焊缝中央部位冲击功为100焦，热影响区部位冲击功为95焦上下。通过对立柱中缸进行焊接工艺加工，焊缝部位的抗拉强度大于650兆帕，满足相关标准，并且冲击韧性较好。因而能够确定焊接工艺设计良好，可以保证立柱中缸焊缝部位的强度和韧性，从而确保液压支架的综合使用效果。

5结语

工程机械焊接工艺与普通焊接工艺相比，具有专业性强的特点，可以将机械焊接设备作为基础，设计焊接工艺和焊接构件，以满足焊接的需求。液压支架是煤矿开采过程中极其关键的机械设备，对煤矿的安全保障具有重要意义。先进焊接加工工艺的运用保证了焊接质量，加强了液压支架的使用性能，以达到使用安全的目的。

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作者：郝静 单位：兖矿东华重工有限公司煤机装备制造分公司