李庶兴
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摘要：近年来，煤炭行业竞争激烈，由于采煤环境复杂，一直面临着安全、环保和高效率采煤的难题。作为煤矿开采系统的主要配套设备，液压支架主要由底座、顶梁、掩护梁、前后连杆、立柱、千斤顶、电控系统等组成，随着采煤机械化的进一步发展，液压支架作为煤矿开采中重要的支护设备，不仅要求工作阻力大，强度也要高。然而，由于液压支架主体部件为箱形结构，内部充斥着大量的焊接结构，在采煤过程中，长期受到压力、冲击等载荷的共同作用，焊缝极易发生失效，进而导致液压支架局部或整体发生结构失效，从而使液压支架发生变形、断裂。掩护梁体作为三大件中受力最复杂的部件，前端和顶梁体铰接，后端通过连杆机构与底座体铰接，是液压支架三大件中最容易发生故障的部位，故掩护梁体的综合性能的好坏直接决定着液压支架的正常使用性能。因此，需要对掩护梁焊接接头进行研究，并对其可能出现的焊接缺陷提出预防措施，从而为提高液压支架的生产质量提供经验。
关键词：掩护梁；液压支架；焊接缺陷；预防措施
引言
介绍了S690Q高强度结构钢液压支架掩护梁生产中常见的焊接缺陷，从焊接参数和质量控制等方面对产生原因进行了分析，并制定了相应的焊接工艺，在液压支架掩护梁的生产中取得了不错的效果。
1熔化极气体保护焊工艺
掩护梁体主体所用材料为S690Q高强度结构钢，焊丝为MKGHS-76，焊机为MIG-500RP脉冲焊机，工区环境温度20～25℃，预热温度100~150℃，焊接方法采用熔化极气体保护焊，气体成分80%Ar+20%CO2，优点是热量集中、无熔渣、焊接成本低、适用范围广、生产效率高。层数和道数随板厚、坡口尺寸变化，为减少焊接缺陷集中，接头之间采取错开的原则。根据以往经验，掩护梁的缺陷主要集中在盖板、顶板与主肋的焊缝上，因此，本文通过使用超声波检测等手段对以上焊缝进行检测，并对焊接缺陷进行分析和采取预防措施。
2常见的焊接缺陷及预防措施
（1）未熔合
在掩护梁体焊接中，焊缝金属还未完全熔化就与母材金属产生结合的现象叫做未熔合。常出现的未熔合缺陷可以分为层间未熔合、坡口未熔合（侧壁未熔合）、根部未熔合。常见的未熔合产生的原因：①焊道存在油污或铁锈，清理不够彻底；②坡口设计不合理，液态金属无法自由流动；③焊接电流太小，焊丝熔化不完全；
④焊接位置受限制，焊枪无法自由摆动；⑤电弧发生偏吹，焊接速度过快；⑥焊接位置不合适，母材还没完全熔化就被焊缝金属覆盖。
预防此类缺陷的主要措施：①采用更合适的焊接电流，保证焊丝可以完全熔化；②注意焊道部位的清理；③对于合金元素总量小于5%的合金钢和比较厚、导热率大的母材，焊接前必须预热。
（2）咬边
焊接时的电弧将焊缝边缘熔出的凹陷或沟槽没有得到熔化金属的补充而留下缺口的焊接缺陷被称为咬边。由于焊接参数不当、电弧过长、停留时间不足、焊枪角度不正确，掩护梁体主肋坡口的焊缝焊趾处经常出现咬边问题。
咬边会减少母材的有效截面积，如果咬边深度过深，接头强度会极大减弱，从而出现局部应力集中现象，此时如果受到较大的作用力，会在咬边处产生裂纹，一般来说，咬深应小于0.5mm，长度不大于焊缝长度的10%，且连续长度小于10mm。减少咬边的主要措施：①控制焊接时电流，在移动焊枪过程中注意控制电弧长度；②尽可能减小焊条直径；③焊枪角度要合适；④焊枪在移动时速度不一，当远离焊道时，速度可以适当快些，当焊枪移动到焊道边缘时应减缓速度，使焊缝金属能够填充焊道而不产生焊漏等缺陷，形成饱满的焊缝。
（3）气孔
由于CO2气体保护焊成本低，抗裂性能好，常应用于煤矿机械生产。掩护梁体外主肋与盖板在焊接时出现气孔，分析后发现，这可能是焊枪内部堵塞，保护气流出不畅，使空气中的气体在焊接过程中进入焊缝金属中没有及时排出导致的。
焊接气孔的产生将使焊缝强度急剧减小，同时活件的低温脆性、热裂倾向增加。
焊接过程中，CO2发生冶金反应，分解释放O2，O2又进一步分解出O原子：
2CO2=2CO+O2 （1）
O2=2O （2）
根据式（1）、式（2）可知，CO2在电弧放电过程中具有很强的氧化性，从而导致铁及合金元素在焊接过程中发生氧化还原反应。这个过程中，C会与O原子发生反应生成CO气体，使焊缝组织疏松，上述反应一般在熔池中发生，这是因为当焊缝金属的温度和结晶温度相近时，会发生强烈反应，在此过程中，CO来不及逃逸而留在熔池里面，进而形成气孔。
此外，CO2保护焊中常见的气孔还有H2气孔和N2气孔，H2气孔的产生主要是因为CO2气体中的水分含量较大，工件上的铁锈油污较多所致。N2气孔是CO2气体保护焊中最容易出现的气孔之一，N2气孔的产生通常是因为在焊接过程中，外来气体突破保护气的保护进入到了焊接区中。除以上原因外，常见的气孔产生的原因还包括：①气体纯度太低，里面水汽太多；②气体流速不合适；③焊工操作手法生疏，焊接电流电压选择不合适；④焊接场地附近存在较大的空气对流；⑤活件表面未清理；⑥导电嘴与活件距离不合适等。
为减少焊接过程中产生的气孔，通常采用如下
措施：①增加保护气体流量，排除焊缝区的全部空气；②在适当范围内增大保护气体纯度和流速以避免外来空气的侵入；③在周围环境空气流动不稳定时，会增大外来气体的侵入可能，此时应尽量避免焊接，或降低焊接速度；④焊接结束时，应停留一段时间再移走喷枪，确保焊缝金属完全凝固；⑤保证送丝装置或导丝管内部干净，避免在送丝过程中粘附到杂质；⑥焊接前对活件表面进行预处理，如用砂轮机打磨表面，确保机加工过程中粘附的油污被清理干净；⑦调整、优化焊接参数，适当减小干伸长度，并控制导电嘴到活件的距离。
（4）裂纹
掩护梁体的焊缝失效形式主要是因交变载荷作用下的疲劳断裂、腐蚀介质和应力作用下的延迟裂纹。掩护梁外主肋与顶板进行焊接时，由于收弧太快而产生了裂纹，大大减少了有效截面面积，并且裂纹在焊缝内部进行扩展，从而使结构发生破坏。
当焊接工艺参数选择不当、焊缝布置不当、焊接结构刚度过大、焊接顺序不合理时，极易产生裂纹。延迟裂纹的主要防治措施：①使用P、S含量较低的焊材或板材；②焊接表面要提前处理掉氧化膜、锈蚀等；③使用合适的焊接参数；④对抗变形能力较强的工件可以采取焊前预热、焊后消氢处理的办法减少裂纹发生；⑤在收弧时，应减缓移动速度，并控制焊枪在收弧处停留片刻，使焊缝金属能够有效填满焊道。
结语
液压支架主体部件为箱形结构，内部焊缝交纵错杂，在使用过程中承载着较大的动载荷，受力极其复杂。由于焊接接头是焊接缺陷的主要集中区域，焊接缺陷的存在会使液压支架的使用寿命大大缩短。通过对焊接过程中可能产生的焊接缺陷进行分析，给出了相应的解决措施，为煤机行业生产液压支架提供了宝贵的经验。
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