超重型矿用结构件安全制造工艺设计及应用

Design and Application of Safe Manufacturing Process for Super Heavy Mining Structural Parts

SHI Ming-li

摘要：施行模块化生产，封闭式管理，共分为焊前加工模块、焊接模块和焊后加工模块，每个模块各司其职，相互衔接，采用类似流水线模式，保证生产有序推进，减少交叉往返工序，加快了产品生产流通速度。另外，通过引进先进的工艺装备，焊接、加工设备扩容，提升了分厂的生产能力。优化了焊接工艺。

Abstract： Modular production and closed management are divided into pre-weld processing module， welding module and post-weld processing module. Each module performs its own functions and connects with each other， adopting a similar pipeline mode to ensure orderly advancement of production， reduce the cross-trip process and speed up the production and circulation of products. In addition， through the introduction of advanced process equipment， welding， processing equipment expansion， the production capacity of the branch is improved and the welding process is optimized.

关键词：超重型结构件;工艺布局;工艺规程;安全制造;工装应用;工艺装备

Key words： super heavy structural parts;process layout;process specification;safe manufacturing;tooling application;craft equipment

中图分类号：TH227                                      文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2019）32-0155-02

1  绪论

刮板输送机成套设备在近几年的时间里不断向超大型、超重型的方向发展，随着煤机市场的激烈竞争，对大型结构件的需求也不断旺盛。近几年，大型结构件产品质量要求不断提高，也是生产企业坚持不懈努力的方向。不断追求高质量的工艺方法是近几年所有大型煤机制造企业面临的主要任务，其中智能制造是主流，避免制造过程中的一些不稳定环节，同时减少人工参与是每个企业追求的目标。

2  超重型矿用结构件工作环境及结构特点

2.1 超重型结构件的工作环境分析

煤矿输送设备中的超重型结构件其结构复杂，零件比较多，吨位比较重，在生产制造过程中，安全保障是实施制造工艺的前提。超重型结构件是目前超大型成套设备的主要构成部分，大约占成套设备的60%左右，它们是整个输送设备的骨架，其余的辅助设备及零部件都依托它们而存在。它们主要使用方式是年工作330天左右，工作制式为24小时连续工作，运输能力大概在4000t/h以上。使用的环境条件是煤层埋藏深度200m以上，煤层平均厚度至少6m以上，煤层的属于可采的厚煤层，井田内煤层的倾角不大于0.5～1.0°，属于水平煤层，煤体的强度较高，普式系数不低于4.0这样的环境下工作。

2.2 超重型结构件中的典型结构形式分析

超重型矿用结构件主要应用于槽宽在1250mm以上的成套设备，比如输送机的机头采用交叉侧卸结构、机尾的伸缩结构、转载机的机头与后槽体伸缩结构等。以交叉侧卸式机头架为例，这种结构有利于布置两个传动装置，一个平行于煤流方向，一个垂直于煤流方向。机头架在设计时也考虑后期的维修比如：活动中板结构，方便维修更换;机头架回转端机头护罩设置检查窗，方便链轮检修。交叉式侧卸式机头架结构比较复杂，设计和加工比较麻烦，从使用上来说，对地质条件的适应性也比端卸式机头架差。但同时其优势在高产高效工作面上也是明显的。

3  超重型矿用结构件工艺流程再造升级

3.1 超重型矿用结构件的工艺流程

我公司结构件分厂可按用户的不同要求生产各类刮板输送机成套设备所需结构件及配件。目前我公司已经生产的输送机和转载机成台套设备种类近五百余种，输送机槽宽：460-1400mm，电机功率40kW-3×1600kW，过煤量50-2000万吨;转载机槽宽：630-1800mm，装机功率单机已达到1200kW;结构件吨位/单件最大到40吨。

3.1.1 生产类型及生产方式

结构件分厂生产性质为多品种、小批量生产。原材料常用板材厚度范围δ20-δ60mm，板材最大厚度为130mm，常用材质为常用普通低合金高强钢和调质类高强耐磨钢。

生产方式为多分厂协作式生产，下料件30000吨（板材29500t，型材500t）、锻件2000吨分别由下料分厂、锻件分厂提供。最重结构件外形尺寸为4500×2600×1600（mm），重量约为26吨;最大结构件外形尺寸为8700×2600×900（mm），重量约为15吨。最大采用40吨天车。

3.1.2 超重型矿用结构件主要工艺流程

通过合理的进行车间工艺布局，使得物流顺畅简捷，有效减少零件的周转量或次数，减少运输成本。加工设备根据工艺流程采用机群式布置。所有焊接主要采用富氩混合气体保护焊，与二氧化碳气体保护焊相比，可改善熔滴过渡形式，大幅减少焊接飞溅，减少合金元素的烧损，提高焊缝综合力学性能和外观成形。针对结构件产品品种多、形状各异和重点结构为高强板的特点，采用焊前火焰预热或台车炉整体预热、焊后台车炉去应力退火的方式来焊接。

3.2 超重型矿用结构件的模块化生产、封闭式管理

3.2.1 焊前加工模块

所有超重型矿用结构件的零件大部分来自于下料分厂，它们的材质主要采用Q345B、WQ690D，中板、底板、特殊部位材料主要采用ZM400、ZM450（实际代料为JFE-EH400、JFE-EH450、Hardox400、Hardox450、Wearturf450）。焊前加工主要是矫形、铣面、铣倒角、钻孔为主，加工过程不允许有误差或错误的情况，否则对下工序的衔接造成了很大的麻烦。

3.2.2 焊接模块

焊接模块是所有超重型结构件的主要环节，无论从组装、焊接到最终的检验都是关键环节，也是检验产品在实际使用中的关键所在，焊接质量的好坏直接影响着整套设备的运行是否可靠。其中影响焊接性的四大因素分别是材料、设计、工艺及服役环境。

3.2.3 焊后加工模块

焊后加工模块全部采用数控镗铣床机群和摇臂钻床机群组成，从工艺装备方面对大型结构件焊后加工精度进行全面的保证。

4  超重型矿用结构件生产制造过程的质量控制

4.1 生产制造过程中的工艺保障措施

4.1.1 焊接气体的选择

我公司全面采用Ar+CO2混合管道气体，它也被广泛应用于焊接碳钢及低合金钢，Ar气与CO2气的比例，通常为（70～80）：（30～20）。这种比例既可用于喷射过渡电弧也可用于短路过渡电弧及脉冲过渡电弧。其优良保护效果以及焊道成型美观、焊接质量高将其进行全面采用，主要也是为了追求产品的高质量的产出。

4.1.2 焊接材料的选择

焊接材料选择由焊接接头机械性能要求而定，选择焊材屈服强度时，要遵循很多原则，由超高强耐磨钢的机械性能可知抗拉强度大于1250MPa，而大型结构件除了中底板外的材料主要选择WQ690D的时候比较多其抗拉强度要大于800MPa级，故超高强钢与WQ690D焊接，焊缝强度介于两者之间，根据低强匹配原则，选用强度为700MPa级的国产ER69-G强韧性焊丝。

4.1.3 预热温度的确定

根据国家标准直Y形坡口对接抗裂试验法，选定不同预热温度测定裂纹率。通过试验测得裂纹率，可以绘出预热温度与裂纹率的曲线图。一般认为，只要在此试验中，裂纹率小于20%，在实际生产中就不致于产生裂纹，所以通过曲线图可以看出JFE-EH450与WQ690D焊接时，预热大于100℃，接头中就不会产生裂纹。根据理论计算与抗裂试验，我们在实际生产中控制Hardox450、JFE-EH450与WQ690D焊接的预热温度范围在150～200℃。

4.1.4 焊前整体预热、焊后去应力处理

焊前预热对于大型结构件来说，火把预热是不建议执行的，因为在整个预热过程中，由于超重型结构件吨位重、零件多的特点，火把预热往往达不到理想的预热温度且预热的效果不好，鉴于以上原因引进了台车式电阻炉，用于各种工件的去应力退火、回火等热处理，以改善工件的机械性能及消除工件的焊接应力。

4.2 产品质量保证措施

按照公司现行的管理制度，分厂内部实行检察员检验制度，公司检查人员实行抽检制度，实行二级检验对产品整个生产制造过程进行全面控制。

4.2.1 焊接后的检测

大型结构件在焊接完成后，我公司有专业检查人员要对各部位尺寸进行检查，从以下几个方面：整体焊接变形检查、外形尺寸检查、内宽尺寸检查、焊缝焊道焊接质量检查、焊接表面是否有飞溅等等。各种部位检查的过程中，检查人员要借助相关辅助工具、自制检具等进行。为了保证焊缝内部焊接质量，不出现气孔、夹渣等等焊接缺陷，我公司均要进行全方位超声波探伤检测。

4.2.2 加工后的检测

大型结构件在焊接后进行一定时间的时效处理，然后在落地镗铣加工中心上面进行全面尺寸加工。加工后各部位尺寸检查是为了保证设备安装使用性能的关键，主要从外形尺寸、联接孔尺寸、位置尺寸、轴口部位尺寸等进行检查。其中轴口尺寸检查使用专用内千尺进行检测，专业的检查人员经过多年的实践工作经验，确保尺寸公差的符合性。形位公差的检测采用三坐标测量仪进行，严格保证轴口部位尺寸精度。

5  技术支持保证超重型矿用结构件安全制造

超重型矿用结构件由于体积较大，吨位较重，在焊接过程中需要立焊时需要及其注意焊接安全，例如：输送机的固定架体是比较庞大的结构件，长度6m多，吨位高达13吨，侧面较小并且没有平面，侧立焊接时不稳且十分的危险，以前只能用天车吊着焊接，但是一旦天车脱车会给操作现场带来不可估量的灾难性安全事故。所以专门制作了专用工装，通过利用两个支撑工装分别放置在固定架两端，让固定架以一定角度靠在支撑工装上，同时在固定架侧面垫上支撑块，然后用定位销限制固定架滑动，以此来防止固定架倾倒，同时也达到侧立焊接的目的。

6  结论

公司经过工艺流程的再造升级后，工序流转简化，工艺流程清晰、充分利用了空间、场地，实现了物流高效、快捷运输，節约了时间，提高了超重型矿用结构件生产效率。同时施行模块化生产，封闭式管理，共分为焊前加工模块、焊接模块和焊后加工模块，每个模块各司其职，相互衔接，采用类似流水线模式，保证生产有序推进，减少交叉往返工序，加快了产品生产流通速度。

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作者简介：史明立（1984-），男，满族，辽宁凤城人，工程师，本科，研究方向为工艺设计。