摘要：液压支架在煤矿采掘中起着支撑工作面的作用,是开展煤矿机械化综采的重要设备之一。液压支架顶梁是液压支架中承力的关键部件，其制造工艺多以焊接为主,但是焊接过程中由于结构件受热不均等其他因素的影响，容易造成焊接变形,从而影响焊接质量,进而影响焊接支架的使用性能，因此对液压支架顶梁焊接变形控制的研究能够有效地提高煤矿生产效率及其安全性。本文主要对液压支架顶梁焊接变形的原因进行了分析，并介绍了控制焊接变形的工艺措施。
关键词：煤矿；液压支架；顶梁；焊接变形
引言
液压支架顶梁制造和维修过程中，焊接是最重要的制造工艺。虽然焊接工艺能够保证液压支架顶梁与各结构件的有效联接，并且能够保证液压支架顶梁的刚性指标，但是在施焊过程中由于焊接热的产生，这种不均匀的受热环境会破坏金属的金相结构并产生焊接变形，如扭曲变形、弯曲变形及收缩变形等。这种焊接变形不仅影响着液压支架顶梁的外部质量，也会影响到顶梁后期的装配工作，对液压支架的整体质量造成危害，而且结构件一旦产生变形，在焊接工序完成后很难矫正。因而，在焊接过程中必须通过合理的焊接手段以及工艺措施严格控制焊接结构件产生变形。
1焊接变形类型
支架结构大多采用单板加肋以及箱形结构设计，支架传扭转或者波形变形基本不可能发生，但是在实际的支架制作过程中可能会出现角度变形以及弯曲变形等两种形式，具体表现为：（1）角度变形。大多发生在支架的顶梁、掩护梁以及侧护板的固定侧边缘部位，这些部位设计由于没有支撑肋板的辅助，焊接的焊缝长度较大，且容易形成一定范围的角度变形。（2）弯曲变形。在支架的顶梁、护帮板、伸缩梁、推杆等部位存在平面尺寸较大，结构较薄，长度及宽度比较大，容易在长度方向以及宽度方向上出现弯曲变形。
2关于液压支架顶梁焊接变形的研究
2.1实现焊接次序和焊接方式的优化
实际上，明显影响焊接变形的是焊接工艺参数和科学的焊接顺序。针对当今焊接工艺技术的实际发展现状而言，手工电弧焊常常较难有效地控制焊接变形的现象。为此，这种工艺技术在焊接液压支架顶梁构造中被逐步地淘汰掉。通常应用的焊接方式是CO2和其它气体的保护焊，或借助自动焊机进行。鉴于此，改进焊接技术方式能够对焊件的变形和弯曲进行有效地控制。除选择适宜的焊接方式外，焊件变形还会受到焊接次序的影响。在焊接液压支架顶梁时，为了对变形的焊接进行控制，可以根据下面的次序进行焊接：根据分段、分层、从里往外、对称焊接的原则，首先根据应用需要的工艺技术，在专门的工装平台上组合间隔筋板、底板、主筋等，且定位焊接点，再全方位的从里至外打底焊，对强化筋板和主筋之间的角焊缝进行焊接，再对连接底板的横焊缝进行焊接，最后对纵焊缝进行焊接。另外，在控制焊接工艺时，需要在确保有效熔合板件接头位置的基础上，尽可能使焊接电流减少及坚持多层多道焊的技术要求。
2.2焊接过程工艺控制
①严格焊接操作。在对支柱进行焊接过程中要严格焊接人员的焊接操作，严格的执行焊接过程中的各项焊接参数以及焊接顺序，焊接过程中不得对焊接顺序进行随便更改，同时不得随便改变焊缝的大小。严格按照工艺参数要求，对焊接的工件进行翻转，不应出现翻1次工件焊接一次的情况。在焊接现场操作过程中焊接人员仍会有减少焊接次数的想法，每增加一次焊接翻转，都可以降低焊接效率，并增加劳动强度。因此，在现场的质量监督人员应时刻对现场进行监督，以便发现问题及时进行修整。②对称施焊法。两个焊接人员对同一个部件同时进行对称焊接，在焊接中心线部位为基准线，这种焊接工艺在对支架的顶梁以及底座等大部件进行焊接过程中应用较多。
2.3采用反变形工艺措施来保证焊接变形的控制
钢件焊接过程中，采用合理的反变形工艺措施同样可以在一定程度上控制焊件的变形。当然，采用反变形措施之前，需要对焊件进行相应的焊接测试，以确定出采用反变形措施的类型，如薄板零件焊接反变形措施与厚板零件焊接反变形措施有着本质上的差别。对于薄板零件来说，容易出现波浪形变形。薄板焊接反变形措施主要是在焊接之前，对薄板零件进行预加热或预拉伸以控制变形，同时也可以采用强制施加外力的方式，即薄板钢材焊接时，可以将焊缝两侧进行紧压固定，加压位置与焊缝之间的距离最好保持在15~20cm，压力要保证均匀。对于类似液压支架顶梁的大型零件来说，为防止焊缝横向收缩产生角变形，在施焊之前可在重要不封闭位置处做刚性支撑以抵抗焊接变形，同时也可以设计专门的工装夹具将焊件进行预先固定后再进行焊接。由于反变形工艺措施的操作方法较为简单，因而在液压支架焊接变形的控制中应用较为广泛。
2.4内应力对顶梁结构的影响
顶梁作为液压支架中的关键部件，其在生产过程中，存在较大的焊接量。因而，顶梁焊接过程中会产生较大的焊接内应力，对顶梁的焊接质量造成了重要影响。其中，内应力是指工件在未收到外界作用力情况下，用于平衡内部结构的应力，导致顶梁产生内应力的主要原因为：顶梁焊接过程中，由于结构整体的温度会不断上升，导致顶梁结构在受热区域出现了不断伸长的趋势，而两侧的非受热区由于伸长程度较低，造成顶梁非受热区域即受到向内的压应力，又受到向外的拉应力作用，压应力和拉应力达到平衡状态，进而出现了焊接内应力[1-3]。顶梁在焊接过程中，会不可避免地产生一定大小的焊接内应力，对顶梁结构将会造成重要影响，主要体现在：1）由于液压支架顶梁基本采用普通碳钢，其结构的塑性能力与高碳钢材料相比较低，当焊接过程产生的内应力达到了顶梁材料的抗拉强度时，顶梁将会因塑性较低而出现局部结构的开裂现象，最终导致顶梁结构发生断裂破坏；2）顶梁的生产主要是将顶梁中立筋与顶板分别焊接，之后对顶梁的接触表面进行机加工，在焊接过程中，顶梁内部的内应力基本达到一个平衡状态；机加工则会减小顶梁的材料厚度，打破顶梁内部内应力的平衡关系，随着顶梁的长时间放置，内部的内应力逐渐释放出，最终导致顶梁发生了严重变形；3）焊接产生的内应力将会对顶梁产生应力的腐蚀现象，内应力越大，工件焊接处的应力腐蚀现象越严重。在顶梁焊接过程中，除产生一定的内应力外，也会在外界产生一定的拉应力，而内应力和拉应力的相互叠加，增大了顶梁焊缝处的应力腐蚀速度，缩短了焊缝开裂的时间，最终使顶梁出现了较大的焊接变形，严重影响着顶梁的焊接质量。
结语
总的来说，液压支架顶梁焊接变形的控制可提高液压支架的使用性能。对焊接变形的控制，要综合控制影响焊接变形的相关因素，在下料阶段就需要严格控制好各连接件的公差尺寸，并且合理选择焊接手段，控制好相关的焊接工艺参数、焊接顺序，才能够有效地控制焊件变形，促使工件尺寸公差符合下一道工序的装配标准，并且能够符合技术图纸的规范要求。此外，在焊接完成后，为保证支架的使用稳定性，可进行热处理工艺以消除焊接残余应力。
参考文献
[1]王罡.浅析煤矿液压支架结构件焊接工艺[J].煤，2008（1）：99-103.
[2]孙洪霞.ZY8600/25/53型液压支架结构件焊接工艺研究[J].山东煤炭科技，2011（1）：214-216.
[3]张为群.Q690低合金高强度钢的焊接工艺分析[J].金属加工:热加工，2008（22）：134-136.
[4]丁农.液压支架结构件焊接质量控制[J].煤矿机械，2010（9）：26-28.
[5]师志亮.液压支架长顶梁焊接变形的控制[J].同煤科技，2010（03）：50-51.