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        工業(yè)機械設(shè)備加工過程中的焊接工藝分析

        2021-02-17 21:20:59張權(quán)壽
        裝備維修技術(shù) 2021年41期

        張權(quán)壽

        摘 要:在煤礦開采中,液壓支架是很關(guān)鍵的機械設(shè)備,能夠保障煤礦安全,對煤礦生產(chǎn)意義深遠(yuǎn)。近年來,煤礦業(yè)得到了長足的進(jìn)步,所使用的采煤裝置越來越趨向于大型化。為了滿足發(fā)展需求,采煤設(shè)備中運用了許多先進(jìn)的材料和技術(shù)。立柱系統(tǒng)在礦用液壓支架中承擔(dān)關(guān)鍵承力角色,必須具有高強度,立柱系統(tǒng)中中缸為關(guān)鍵部件,其力學(xué)性能要求較高。立柱中缸的結(jié)構(gòu)與其他部件不同,要利用焊接技術(shù)實施加工?,F(xiàn)階段,中缸優(yōu)先選用S890鋼材進(jìn)行制造,其強度和韌性都很高,在焊接方面存在一定的困難,若焊接加工工藝使用不合理,就會造成焊接質(zhì)量不合格,使其不能良好地發(fā)揮效用,導(dǎo)致液壓支架在工作時存在安全隱患。

        關(guān)鍵詞:液壓支架;立柱中缸;焊接加工;工藝優(yōu)化

        前言:

        針對應(yīng)用傳統(tǒng)焊接加工工藝在焊接S890鋼材料時容易產(chǎn)生裂紋的問題,所以,對S890鋼材料特性進(jìn)行了研究,并將焊接加工工藝實行了改良?;谠O(shè)計的焊接工藝開展實驗工作,發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)域的強度和韌性均良好,可以滿足實際使用需要。

        1液壓支架及其立柱結(jié)構(gòu)

        液壓支架結(jié)構(gòu)的形式,可以分為三類:防護式、支架式和支架防護式。但是,無論是哪種類型的液壓支架,其關(guān)鍵部件區(qū)別不大,而立柱對液壓支架而言是極其重要的組成部分。從結(jié)構(gòu)來講,立柱頂端接連至液壓支架頂板,下端接連至液壓支架底板。經(jīng)由立柱、液壓支架本身的分量和頂板所負(fù)荷的巷道作用力被統(tǒng)統(tǒng)傳送至液壓支架底板,綜上所述,立柱對液壓支架裝置而言是不可或缺的承力部件。立柱系統(tǒng)主要由以下部分組成:底缸、中缸和活桿,三個組件的相對活動能夠完成立柱的伸縮,從而達(dá)成液壓支架式樣的變化。因為立柱在運作時要長期經(jīng)受沉重的外部負(fù)荷,所以,要求立柱每個組件具備良好的力學(xué)性能。若是力學(xué)性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),又經(jīng)歷了長期的、高強度的負(fù)荷,極大程度上會發(fā)生折斷開裂,對液壓支架使用安全造成隱患。中缸是立柱的其中一個組件,其結(jié)構(gòu)繁雜,在生產(chǎn)和加工過程中要使用焊接步驟,務(wù)必要求焊接工藝更加嚴(yán)謹(jǐn),保證焊接品質(zhì)。

        2立柱中缸焊接加工缺陷

        焊接環(huán)節(jié)在立柱中缸制作和完善流程中是一個主要環(huán)節(jié),焊接工藝對全部組件的力學(xué)功能有直接關(guān)系。S890鋼材中包括許多合金,并且合金種類相當(dāng)豐富。以碳當(dāng)量計算方式為準(zhǔn),經(jīng)過計算,得出S890鋼碳當(dāng)量是0.63%。進(jìn)行了有關(guān)實驗得出結(jié)果,如果材料的碳當(dāng)量含量高出0.6%,那么,可焊性則達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。S890鋼在淬火時硬化能力較差,焊接和冷卻后極易產(chǎn)生裂痕、變軟和變脆。此外,因為立柱結(jié)構(gòu)相對特別,中缸焊接強度要達(dá)到大于650兆帕的條件,必須確保其高質(zhì)量的焊接工藝。

        3立柱中缸焊接加工工藝的改進(jìn)

        3.1實驗材料的選擇

        (1)實驗材料。選用S890鋼進(jìn)行實驗,此鋼材用于制造立柱中缸,是無縫鋼管,鋼管直徑401毫米,長63毫米。S890鋼的化學(xué)成分表參照表1。將鋼材進(jìn)行淬火和高溫回火,按照拉伸實驗檢測得出,屈服強度820兆帕,抗拉強度907兆帕,延伸率19%,零下20℃時,沖擊功為161焦。

        (2)保護性氣體。立柱中缸在運作時,因為要承擔(dān)的外部負(fù)荷比較沉重,所以其韌性要更強,必須能滿足工作要求,大熱輸入的焊接方法并不適用。另外,在焊接工藝的實用效果和經(jīng)濟效益方面,也要多加注意,根據(jù)實際狀況,最后選擇熔化極氣體保護焊焊接工藝。這樣的焊接方法需要用到保護氣體,該焊接中采用的保護氣體成分是φ(CO2)=20%、φ(Ar)=80%。

        (3)焊材的選用。立柱中缸是關(guān)鍵的承力結(jié)構(gòu),不但要有充分的強度,還必須具有較好的韌性。但是,材料的強度和韌性的標(biāo)準(zhǔn)卻是相互沖突的,材料的強度較大時,韌性一般不好;反之,如果材料的韌性優(yōu)異,強度值則達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),若想使焊縫強度和韌性完美契合,防止產(chǎn)生一項標(biāo)準(zhǔn)很高,另一項標(biāo)準(zhǔn)很低的問題出現(xiàn),所以,最后選用了低強度焊接材料。該焊材的運用,會將焊縫部分的碳含量和碳當(dāng)量限定在合理范圍內(nèi),保證焊縫強度不但可以達(dá)到設(shè)計需求,而且在一定程度上提高其抗變形能力,優(yōu)良的塑性是增強抗裂性能的根本。對各種焊材屬性進(jìn)行分析比較,最后選擇了GHS-70焊絲。焊絲的屈服強度是645兆帕,抗拉強度是735兆帕,延伸率高達(dá)21%,零下40℃時沖擊功為91焦。經(jīng)過實驗可以看出,GHS-70焊絲材料與20%CO2+80%Ar(φ(CO2)=20%、φ(Ar)=80%)的保護氣體聯(lián)合運用,焊接質(zhì)量良好,焊縫部分的強度和韌性均達(dá)到了有效保證。

        3.2焊接工藝設(shè)計

        (1)焊前準(zhǔn)備。焊接前,要先把焊縫部位加工成“U”形,還要把焊縫周邊位置打掃干凈,清除殘渣,使其展現(xiàn)出金屬光澤。S890鋼碳當(dāng)量含量較大,并且在焊接過程中較易發(fā)生裂痕,因而,在開始焊接時,務(wù)必把準(zhǔn)備用來焊接的焊料先加熱,為了使焊接更加方便快捷,初次焊接時的預(yù)熱溫度設(shè)定位125~150℃。經(jīng)過預(yù)熱處理,可以防止S890鋼材料溫度發(fā)生快速改變,從而導(dǎo)致熱裂紋。

        (2)焊接流程。本次所采用的焊接樣本是環(huán)形部件,因而運用環(huán)縫焊缸機實施焊接,采用保護性氣體20%CO2+80%Ar(φ(CO2)=20%、φ(Ar)=80%),通常運作情況下,氣體流量維持在16至20升/分鐘之間。

        如果需要焊接區(qū)域偏廣,則有必要實施多道次焊接,道次為20次,焊接過程中,每道次的把控溫度都必須嚴(yán)謹(jǐn),每層的溫度不能超過250℃,焊接速度為0.5毫米/秒,電流強度設(shè)置在315安,電弧電壓設(shè)定為30伏上下。完成全部的焊接步驟后,千萬不要水淬,使用棉被包裹住焊接部位,保持兩小時,采用此種方法可以有效減緩焊縫部位的冷卻速度。

        4.立柱中缸焊接工藝優(yōu)化的效果研究

        等到焊縫位置溫度與室內(nèi)溫度一致時,可依據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則,察看焊縫的焊接效果,焊縫部位沒有鮮明的瑕疵,表明焊接質(zhì)量出色。經(jīng)過48小時后,使用超聲波無損探傷技術(shù)觀測焊縫區(qū)域,重點檢查焊縫內(nèi)部是不是有問題,檢查后,全部焊縫部位都沒有欠缺和瑕疵,質(zhì)量優(yōu)異。對焊縫位置的力學(xué)功能進(jìn)行探討,按照相關(guān)規(guī)定,把焊縫部位鋼材制作成拉伸樣本和沖擊樣本,并遵循相關(guān)規(guī)定進(jìn)行拉伸和沖擊測試。經(jīng)過室溫拉伸檢測,得出焊縫位置的抗拉強度高達(dá)730兆帕,并且斷裂部位為焊縫區(qū)域;零下20℃時,焊縫中央部位沖擊功為100焦,熱影響區(qū)部位沖擊功為95焦上下。通過對立柱中缸進(jìn)行焊接工藝加工,焊縫部位的抗拉強度大于650兆帕,滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),并且沖擊韌性較好。因而能夠確定焊接工藝設(shè)計良好,可以保證立柱中缸焊縫部位的強度和韌性,從而確保液壓支架的綜合使用效果。

        5.結(jié)語

        焊接是合理應(yīng)用高壓或高溫方法,接合金屬或非金屬的一種工藝措施。焊接是機械設(shè)備加工期間不可或缺的一項環(huán)節(jié),在對焊接工藝進(jìn)行應(yīng)用時,要做好相應(yīng)分析作業(yè),確保焊接作業(yè)的合理性,使最終生產(chǎn)的機械設(shè)備質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步提升,滿足應(yīng)用需求。工程機械焊接工藝與普通焊接工藝相比,具有專業(yè)性強的特點,可以將機械焊接設(shè)備作為基礎(chǔ),設(shè)計焊接工藝和焊接構(gòu)件,以滿足焊接的需求。液壓支架是煤礦開采過程中極其關(guān)鍵的機械設(shè)備,對煤礦的安全保障具有重要意義。先進(jìn)焊接加工工藝的運用保證了焊接質(zhì)量,加強了液壓支架的使用性能,以達(dá)到使用安全的目的。

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