景海清 陈良 李文英 李金磊
郑州立德机电设备有限公司 450001
0概述
液压支架是煤矿开采的重要支护设备，设备投资大，生产环节复杂，技术难度大。随着液压支架国产化的持续推进，国产液压支架制造能力完成了初具规模到成熟发展的转变，质量要求也已经逐步提高，接近国际标准。国内液压支架制造行业的良性发展促进了国产液压支架走出国门服务于美国、澳大利亚、俄罗斯、土耳其和印度等国家的煤炭开采，接受国际高质量、高可靠性标准的检验。其中“CONSOL欧洲”标准的应用最为广泛。
1 钢板的入厂检验及钢板管理
1.1 钢板入厂检验
液压支架结构件使用的钢板强度和厚度不一，种类较多，通常在40种左右。加之国产钢板和欧洲钢板在命名方式和执行标准上的差异、材料替代方面的折衷考量，使得钢板入厂检验的重要性凸显。钢板全检是为了充分验证国产钢板的性能满足设计要求情况，树立国际客户对国产钢板质量的信心，为后续订单建立基础。不合格材料严禁用于生产。
1.2 钢板和余料管理
钢板管理中，应特别注重钢板的标识问题。钢板的颜色标识，主要为应对钢板库存过程中表面锈蚀等导致固有标识丢失、无法识别而导致材质用错的风险。钢板应按材质分类摆放、禁止不同材质堆放，并依据规定在指定位置喷涂指定颜色的油漆以识别材质，钢板的颜色标识和轧制方向标识，同样适用于从生产线退回的余料。无法追溯到钢板信息的余料严禁用于生产。
2 钢板喷砂和切割工序
2.1 钢板喷砂
喷砂工序注意喷砂设备的保养，喷砂后表面质量应达到Sa2.5的要求，尤其注意钢板下表面的质量状态。在实践中，喷砂机下方喷头故障导致的钢板下表面质量不合格不易识别，流入生产线后给下料和焊接带来负面影响。
2.2 钢板切割
2.2.1 切割编程
切割编程除了考虑钢板的利用率外，还需重点考虑起割点需远离工件表面、压型件的折弯线需与钢板的轧制方向垂直、反变形的尺寸放量等以规划出合理的切割路径。为保证盖板的拼装间隙，盖板的尺寸亦需考虑适度放量。
火焰切割产生的割渣和氧化皮，需在转出工位前打磨去除。主要零件，如主筋、主筋贴板、底板和过桥等等，需要做永久性标记，以便追溯到钢板号和炉号。
3 坡口工序工艺与质量管理
坡口面的豁口缺陷严重影响焊缝与母材的融合性，因此坡口环节应预防豁口的产生。尤其是关键零件的坡口面多为产品的高应力区域，不允许任何豁口缺陷存在。常规措施是：当坡口尺寸大于14mm时，坡口前使用烤枪对零件进行预热。预热温度参考钢板切割的预热温度，同时控制预热和坡口动作的时间间隔。预热可采用手工预热，也开采用前自动预热。
4 压型工序与质量管理
压型前需确认折弯向线与钢板压型线之间的角度是否为90°。折弯半径较小时，折弯部分的切割面需要在折弯前尖棱倒钝以降低折弯过程中产生裂纹的风险。折弯过程中产生的裂纹需彻底打磨消除，并且等强补焊、磨平。折弯过程成中的翻边会导致坡口尺寸的变化，因此坡口后需要重新测量坡口尺寸，必要时返修处理。
5 铣边和预镗
主筋、中筋和贴板等应配套铣边和预镗铰接孔，避免拼装时出现高度不统一、铰接孔错位的现象以降低拼装难度。
6 拼装
坡口焊缝的拼装间隙不允许大于3mm。但当间隙大于3mm小于6mm时须通过根部堆焊的方式将间隙减小至3mm范围内；当间隙大于6mm且无行之有效的措施时，一般报废处理。
7 焊接
7.1 焊接耗材
7.1.1 焊接气体
为保证焊接气体的清洁度，气站内的滤芯和混合气终端箱应定期检查和更换。配备混合气体加热装置在出气站前对混合气体进行加热。在气站与焊接车间安装一套全自动的气压监控系统，当气压不足时车间响起警报，焊接区域第一时间停止焊接，以避免气站停气情况下工位持续焊接导致焊缝缺陷持续产生。焊接工位应采取防风措施以保证焊接气体对焊缝熔池的防护作用，如车间大门、人行通道门和窗户应随时关闭避免形成穿堂风、禁止使用风扇、在工位增加弧光帘减弱空气流动。现场临时采用旗子，通过观察旗子的状态监测空气流动。
7.1.2 焊丝
焊丝选用采取等强匹配的原则。当焊缝连接不同强度等级的母材时，通常焊丝强度应与较低等级的母材匹配。当结构件由多种强度等级的钢板件拼装而成时，等强匹配出的最高等级的焊丝适用于所有焊缝。
7.1.3 焊机
焊接的接地线必须连接到待焊接的工件表面，并使用C型纯铜接地夹保证与工件的良好接触，形成唯一的二次电流输出回路。焊机上配备的电流表和电压表应进行周期校验。
7.2 焊接参数
7.3 定位焊及撑筋管理
定位焊的长度应为30-50mm，特殊情况下可适当加长。定位焊应至少距离焊缝端部30mm以上，撑筋的定位焊缝也适用于该要求。高强板的定位焊时可采用较低强度的焊丝。定位焊一般不需预热，但焊缝及焊缝周边100mm范围内不允许有锈、油漆、灰尘、探伤残留物、水和油污等。
7.4 施焊
焊接前焊缝及焊缝周边100mm范围内应打磨出金属光泽以消除锈蚀、灰尘、杂质、油污、探伤残留物和水分等对焊缝质量的影响。Q550以下的母材，焊接前不需要预热，层间温度控制在250℃以内；Q550以上材质的母材，焊前需要预热到120℃以上，层间温度控制在220℃以内。预热范围应在焊缝及焊缝周边范围内100mm以上。焊接的过程中应进行保温并随时观测焊缝周边温度，当温度低于100℃时应停止焊接再次预热。
8 高应力区域焊缝质量管理
在实际生产阶段，产品的可靠性与高应力区域焊缝和母材的质量管理密切相关。因此高应力区域焊缝的质量要求较高，可采用以下方法进行优化处理：
（1）采用双面焊接成型的全熔透焊缝
（2）采用单侧坡口焊接，并要求特定的坡口区段范围内不允许点焊和定位焊，以消除焊缝接头对焊缝完整性的影响。
（3）采用角焊缝，特殊区段焊缝采用初始焊缝焊大1-2mm，然后圆滑打磨焊缝至图纸要求尺寸，彻底消除焊缝表面缺陷和焊缝形状引起的应力集中，以大幅提高焊缝的疲劳极限。该类型和焊缝检验时需制作专用焊缝样板验证焊缝外型和尺寸。打磨宜采用粒度100目以上的百叶片，以保护母材和焊缝。
（4）采用角焊缝，特殊区段焊缝采用TIG焊进行焊趾重熔，有效改善焊缝的形状和表面成型，降低应力集中。
（5）特殊情况下，焊缝圆滑打磨和焊趾重熔技术可组合使用。如掩护梁主筋和横筋处的焊缝：长50mm的区段内，先将焊缝焊至12mm（焊厚），圆滑打磨至10mm，然后采用TIG焊趾重熔。
（6）合理调整焊缝的焊接顺序，减少焊缝接头的存在，提高填充焊和盖面焊的完整性。基本的原则为先完成短焊缝的焊接，然后充分打磨，消除焊缝末端的缺陷，并为较长焊缝的焊接预留理想的接头形状，然后完成长焊缝的焊接。
（7）合理调整焊缝接头的位置。该种情况比较少见，多适用于环形焊缝。如顶梁顶板上喷雾阀座的焊接。喷雾阀座贯穿顶梁厚度方向，采用环形坡口焊缝进行连接，其焊缝的接头应预留在顶梁的纵向方向，不允许预留在横向方向。
9 无损检测技术的运用
磁粉探伤和超声波探伤是结构件质量验收中应用最为广泛的无损检测手段。焊缝100%探伤是在生产环节区分高可靠性液压支架和普通液压支架的主要因素之一。
9镗孔
镗孔工序除了需要保证孔的粗糙度、同轴度和尺寸公差外，还需要关注镗孔后主筋和主筋贴板间的间隙。常见的控制间隙的方法除了控制初始的拼装间隙外，还可以在主筋和主筋贴板上增加塞焊孔和塞焊缝以对抗焊接变形引起的间隙超标。间隙内存在的铁屑需要彻底清除，以保证工况条件下销轴的使用寿命。铰接孔完成后需要及时进行涂油防锈，涂油量需适中避免污染孔周边的主筋表面影响漆面的附着力。另外，需要验证镗孔工序所用的切削液与油漆体系的兼容性，避免影响油漆的附着力。
10 喷涂
所有钢板和其他零部需要在焊接前进行喷丸处理，喷丸后表面质量满足ISO 12944-4或 ISO 8501-1中Sa2.5等级质量要求。焊接后不允许二次喷砂。喷漆前可以通过钢丝刷配合电工工具进行清理，保证待喷漆表面应保持干燥、无油污、无油脂、无灰尘。此外，也应尽最大可能除去焊缝表面氧化物以及飞溅、彩色标记或字体、油性粉笔做的标记、无损探伤（例如 MT/UT/PT) 的残留物等。
漆面验收时应重点关注膜厚、光泽度、色差和附着力是否与订单相符。
11 包装及发货前检查
与国内客户不同，出口型产品的包装应满足海关和国际运输的相关要求。
12 结语
我公司通过对液压支架结构件全工序的质量管控，使结构件产品通过CONSL欧洲标准60000以上的寿命试验，在细节的管控上甚至超越国际上著名的液压支架结构件制造商。同时，也为国内液压支架结构件的质量提供了借鉴。