焊接工艺在煤矿电缆槽机械手上的应用

张 洋

（铁法能源公司大兴煤矿， 辽宁 兵山 112700）

引言

在现代化的煤矿生产矿井中，随着综采工作面生产能力的提高和推进速度的加快，对工作面安装速度也在不断地提出新要求。如何安全、快速、高效地进行煤矿生产工作面的各种设备安装，已摆在煤矿管理工作的首要位置。管理人员对工作面的各台安装设备要精心、细致地分析安装顺序、安装速度、安装效果、安装后的使用效果及有无安全隐患等。铁煤集团大兴矿在井下Sv709 安装综采工作面设备，虽已严格按照大兴矿规定的顺序对每一台设备进行精心、细致、稳妥、高效地安装，但仍存在一些不足，其中电缆槽设备的安装就存在一些问题，电缆槽的方法和安装速度均有待于提高[1-2]。

大兴矿在以往工作面的安装过程中，一直按照如下顺序进行。首先安装中部槽，其次铺链子，接着上刮板，再次安装支架，最后安装电缆槽。在电缆槽安装前，需将工作面使用的运输机和各组液压支架安装完后，方可安装电缆槽。每一次安装工作面电缆槽，均需3～4 人配合作业，且需使用多台起吊设备，安装电缆槽工期长、效率低，存在诸多不利因素，它严重地制约着工作面的安装速度。为加快电缆槽的安装速度，不影响工作面整体的安装进程，特设计一款电缆槽安装机械手，专门用于电缆槽的安装，它能够快速地完成起吊、搬运、安装工作，替代人的繁重劳动以实现工作面安装电缆槽的机械化，电缆槽机械手还能在危险的环境中保护人们的安全，实现安全、快速、高效地完成电缆槽的安装任务[3-4]。

1 电缆槽机械手存在的问题

由于井下工作环境的特殊性和安装电缆槽的复杂性，各个连接部件所受应力不均匀，结构会发生变化，脆性加强，韧性减弱，造成各部件开焊、变形、断裂。造成生产中断和产生安全隐患。由于上述原因，需要设计出一套合理的焊接工艺来满足电缆槽安装机械手在生产工作中的需要[5-6]。

2 电缆槽机械手简介

电缆槽机械手主要由起吊臂、起吊勾、回转台、基座、操作阀、千斤顶等件构成，大部分由焊接组成，它利用液压原理，完成对电缆槽操作的各种动作，依次完成电缆槽起吊、移位、组对工作。手部用来勾起电缆槽，运动机构用来将电缆槽吊起、移位等来实现规定动作，机械手改变电缆槽的位置，完成升降、收缩、旋转等动作，它灵活性大、通用性广，可应用在其他需要起吊和移位的工作地点。

电缆槽机械手简图如图1 所示。机械手的基座通过运输机的销排做导向，基座下方有4 个行走轮，行走轮在运输机中板上行走，机械手行走到一定位置准备起吊电缆槽时，为防止机械手前后、左右摆动，用涨紧油缸通过销排孔，锁紧机械手。当机械手锁紧后，开始对电缆槽进行起吊和安装工作。

图1 电缆槽机械手简图

3 机械手中各种千斤顶的功能

伸缩千斤顶起伸缩臂作用，能伸出1.2 m。侧支撑千斤顶起销轴作用，锁紧机械手，防止机械手向各个方向摆动。回转千斤顶起往复运动，控制机械手往复搬运电缆槽。升降千斤顶起升降作用，控制机械手完成上升和下降动作。自移千斤顶起自身移动作用，控制机械手在运输机中板边沿上行走，前进或后退，完成从远处搬运电缆槽的动作。

4 焊接中出现裂纹的原因

1）焊接性分析中碳钢在焊接过程中出现的问题主要是焊缝及热影响区淬硬性和冷裂纹敏感性，焊接接头还会出现热裂纹。

2）热裂纹一般在500～700 ℃敏感温度区内形成，并且出现残余应力较高的部位，例如接头咬边、未焊透等集中处，这些部位在加热过程中，残余应力释放，蠕变变形较大，更容易出现裂纹。

3）钢的回火脆性与其杂质含量有密切的关系，这些杂质主要是钢中的P、S 等，它们易在晶界偏析，导致晶间结合力下降而引起脆化[7-9]。

5 焊接工艺的应用

5.1 焊接材料的选择

选择保证焊缝性能同母材匹配的焊接材料，焊缝应具有必要的热强性，但是为了防止焊缝有较大的热裂倾向，焊缝含碳量往往比母材要低一些。焊接的工件需要承受动载荷或冲击载荷，应选用熔敷金属冲击韧性较高的低氢型碱性焊条。综合以上多种因素，应该选择低氢型碱性焊条。

5.2 焊接方法的选择

1）钨极惰性气体保护焊；由于生产率低，故不宜采用。

2）二氧化碳气体保护焊；焊接设备较复杂，并且抗风能力差，故不宜采用[10]。

3）手工电弧焊，适用于工作环境较差，并且适用于碱性焊条。操作灵活，可全方位焊接，所以可以做为焊接设备。

4）手工电弧焊需进行段焊，每条焊缝必须焊接200 mm、断开100 mm，直到整条焊缝焊完。间隔10～20 min 后，再把未焊的、断开的缝焊完。目的是防止焊缝温度高，在温度敏感区产生裂纹，防止产生残余应力。

5.3 焊接工艺的选择

1）电焊机选型为BX1-500 型交流焊机，焊条选型为E506 碱性焊条。

2）将需要对接的钢板两侧开V 型坡口，留1～2 mm 钝边，并将坡口两侧20 mm 以内的铁锈及杂质清理干净。

3）接头焊缝需焊两遍形成，第一遍为第二遍焊缝预热，第二遍焊缝可以为第一遍保温，有利于焊缝中氢气的逸出，以减少形成气孔，同时还增加了焊缝的韧性。

4）第一遍打底焊选择Φ3.2 焊条施焊，电流选择90～120 A，将工件组合在一起，并留2 mm 缝隙以利于施焊。

5）打底焊的焊量为坡口的1/3，焊完第一遍后必须将焊缝内焊渣清理干净。间隔10～20 min 后，再焊第二层，目的是控制层间温度，以免产生应力或热裂纹。

6）盖面焊时选用Φ4.0 碱性焊条，焊前焊条需经350 ℃高温烘干，电流选择为150～200 A，要求填满坡口，不许出现咬边、气孔、未焊透、裂纹等焊接缺陷，焊缝余高不得超过3 mm，焊缝与母材圆滑过渡。

6 结语

机械手具有结构简单、性能稳固、使用灵活、造价低廉、维护方便、速度快捷等优点，它能快速、高效、安全地完成电缆槽的安装，可提高设备在机械化、自动化安装过程中的寿命和安全性，保证作业人员人身安全，同时以最快速度缩短安装工期，达到设备安装的高效性，具有很好的推广价值和应用前景。