CN102615427B - 一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，属于激光焊接技术领域，涉及一种液压支架底立柱油缸缸套的焊接方法。尤其是涉及在焊接过程中能够控制变形的一种自熔性高能量快速输入激光焊接方法。本发明提供一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法。该焊接方法能有效控制缸套焊接后的变形量，使液压支架底立柱的行程量能达到最大。本发明按照如下步骤执行：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上；将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中；设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数；开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程。

Description

一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，涉及一种液压支架底立柱油缸缸套的焊接方法。尤其是涉及在焊接过程中能够控制变形的一种自熔性高能量快速输入激光焊接方法。

背景技术

液压支架是煤矿用重型液压设备的重要组成部分，它与滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等组成一个有机的整体，实现了采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺，从而使长壁采煤技术进入了一个新的阶段。它能够支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面，保持安全的地下作业空间，使工作面采煤过程中的落煤、装煤和支护等工序全部实现了综合机械化，并实现回采工作面及其相关设备的机械化推移。在采煤工作面整套综采设备制造过程中，液压支架的制造成本占了60％～70％，因此液压支架成了现代采煤技术中的关键设备之一。

在液压支架结构中，其主要构件：挑梁、前梁、顶梁、底座、掩护梁、尾梁、插板、前连杆、后连杆、推移杆等都是用钢板焊接而成的组合箱体式结构。通过液压支架底立柱能将底座和顶梁、掩护梁等相连接，使工作面顶板能够升降和移动，其油缸缸套也是通过焊接制成的管状结构件。因此，焊接是制造液压支架产品中的主要加工工艺。在我国液压支架底立柱油缸缸套工业生产中，手工焊接、自动埋弧焊接和高度柔性化机器人焊接是目前生产缸套主要的焊接作业方式。

手工焊接是企业焊接生产液压支架底立柱油缸缸套时所用到的最普通的工艺方法，包括手工电弧焊和气体保护焊等，其特点是应用灵活、方便，适用面广，可实现直缝、环缝及各种曲线焊缝的焊接。在企业手工焊接缸套的生产中严格按工艺执行，焊前需对缸套清洁、整体预热；焊接时按照工艺参数进行多层多道焊；焊后需进行热处理。通过热处理后，缸套的变形量(椭圆度)能控制在≤0.3mm。

自动埋弧焊是目前焊接生产缸套的一种在焊剂层下进行的一种大功率的电弧熔焊方法。由于其焊接熔深大、电弧燃烧稳定、焊接速度快、自动化程度高，因而适用中厚板、管长焊缝的焊接。企业采用自动埋弧焊焊接缸套时，将缸套固定在机床上，选择好焊剂，设置好送丝机构的送丝速率和弧焊电压等，即可完成埋弧焊的自动焊接。采用自动埋弧焊焊接缸套，提高了缸套生产的生产率和质量，经过热处理后，其变形量(椭圆度)能控制在≤0.4mm。

在我国大型制造液压支架的企业中，已经采用高度柔性化机器人焊接来部分或全部代替手工焊接缸套，其具有：接触传感功能、电弧传感功能、坡口宽度跟踪功能和数据库功能等，这些功能给高度柔性化机器人焊接缸套提供技术支持，使得机器人在焊接过程中能够准确的对缸套实施多层多道焊接，焊接质量比手工焊接高。但其焊接过程持续的高热量输入，使得焊后变形量得不到有效控制，其变形量(椭圆度)≤0.3mm。

以上焊接方法其焊接过程，热量输入多、积累大，使得焊件热影响区大，在焊后会产生较大的约束力，易造成局部应力集中，导致变形量大。即使焊后进行后热处理，消除部分残余应力，但由于焊接时受热影响大，导致缸套变形量(椭圆度)大。由于液压支架底立柱作为连接底座和顶梁、掩护梁等的重要连接件，其缸套小的变形都能影响缸套中活塞不能到达其最底端，影响液压支架底立柱的最大行程量，使得顶板工作面不能正常工作。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法。该焊接方法能有效控制缸套焊接后的变形量，使液压支架底立柱的行程量能达到最大。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，按照如下步骤执行：

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上；

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中；

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数；

步骤四：开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程。

所述激光器的激光焊接参数包括激光功率和焊接速度，所述激光功率为2000～3500W，焊接速度为2～6mm/s。

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)：

C：0.4～1.1，Ni：8～30，Cr：5～15，B：0.8～4，Si：2～4.5，Mo：0～4，余量为Fe。

本发明的有益效果：

本发明采用自熔性铁基合金粉末同轴送粉焊接液压支架底立柱油缸缸套的方法，与现有的焊接技术相比，其焊前不需要预热，焊后不需热处理；焊接时激光能量输入高，焊接速度快，且能实现自动化控制。焊后缸套变形量小于采用手工焊接、自动埋弧焊接和高度柔性化机器人焊接所能达到的变形量。焊接时能量输入高：2000～3500W，焊接速度快：2～6mm/s，油缸缸套焊后变形量≤0.1mm，活塞能够到达缸套底端，使得液压支架底立柱能够达到其最大行程量。

另外，本发明的送粉装置保证了在激光热量输入的同时输送焊接物料，提高了工作效率、铁基合金粉末的利用率和激光束能量的利用率。铁基合金粉末为自熔性合金粉末，在熔融过程中，其具有自行脱氧、造渣、润湿基体表面的功能，在焊接过程中不用清理焊道。

附图说明

图1为本发明的大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法所采用的装置结构示意图；

图中：1-激光器的激光束光轴，2-送粉装置，3-数控机床的卡盘，4-皮带轮，5-电机，6-程控机，7-液压支架底立柱油缸缸套和其底座。

具体实施方式

本发明的大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法所采用的装置，如图1所示，包括激光器、送粉装置2以及数控机床，所述数控机床的卡盘3为三爪自定心卡盘，能将缸套和其底座卡住自定心，并能在数控机床上和缸套同轴转动。数控机床的卡盘3通过与其同轴的皮带轮4与一数控电机5相连，所述电机5与程控机6相连接。所述送粉装置2与激光器的激光束光轴1同轴设置。

所述激光器的激光焊接参数包括激光功率和焊接速度，所述激光功率为2000～3500W，焊接速度为2～6mm/s。

所述送粉装置2可从市场购置，其型号为wi77544，所述激光器的激光焊接参数根据缸套材料制定。

实施例1：

一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，按照如下步骤执行：

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上；

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中；

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数；

激光器的激光焊接参数：激光功率为2000W，焊接速度为3mm/s；

送粉装置参数：送粉量为230g/min；

步骤四：同时开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程。

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)：

C：0.5，Ni：28.0，Cr：13.0，B：1.0，Si：2.5，Mo：3.5，余量为Fe。

焊接后，测量缸套变形量(椭圆度)为0.080mm。

实施例2：

一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，按照如下步骤执行：

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上；

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中；

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数；

激光器的激光焊接参数：激光功率为2500W，焊接速度为5mm/s；

送粉装置参数：送粉量为248g/min；

步骤四：同时开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程。

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)：

C：0.5，Ni：30，Cr：5.0，B：1.5，Si：3.0，Mo：2.0，余量为Fe。

焊接后，测量缸套变形量(椭圆度)为0.075mm。

实施例3：

一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，按照如下步骤执行：

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上；

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中；

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数；

激光器的激光焊接参数：激光功率为3000W，焊接速度为6mm/s；

送粉装置参数：送粉量为258g/min；

步骤四：同时开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程。

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)：

C：1.0，Ni：10，Cr：15.0，B：3.5，Si：4.0，余量为Fe。

焊接后，测量缸套变形量(椭圆度)为0.095mm。

值得注意的是：在将缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上时，必须能使液压支架底立柱油缸缸套和其底座能紧贴在一起，防止铁基合金粉末送出后逸出。

所述的送粉装置是和垂直装卸的分体式激光熔覆同轴送粉喷嘴组合的。

缸套和其底座焊后的焊缝为自熔性凸台，该焊缝区凸台为环箍状，凸台的轴向尺寸是液压支架底立柱油缸缸套壁厚的0.9～1.2倍。

Claims (3)

1.一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，其特征在于，按照如下步骤执行： 

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上； 

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中； 

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数； 

激光器的激光焊接参数：激光功率为2000W，焊接速度为3mm/s； 

送粉装置参数；送粉量为230g/min； 

步骤四：同时开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程； 

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)： 

C:0.5，Ni:28.0，Cr:13.0，B:1.0，Si:2.5,Mo:3.5，余量为Fe。 

2.一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，其特征在于，按照如下步骤执行： 

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上； 

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中； 

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数； 

激光器的激光焊接参数：激光功率为2500W，焊接速度为5mm/s； 

送粉装置参数：送粉量为248g/min； 

步骤四：同时开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程； 

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)： 

C:0.5，Ni:30，Cr:5.0,B:1.5，Si:3.0,Mo:2.0，余量为Fe。 

3.一种大型液压支架底立柱油缸缸套微变形自动焊接方法，其特征在于，按照如下步骤执行： 

步骤一：将所要进行焊接的液压支架底立柱油缸缸套和其底座固定在数控机床的卡盘上； 

步骤二：将铁基合金粉末装入与激光器的激光束光轴同轴设置的送粉装置中； 

步骤三：设置送粉装置参数以及激光器的激光焊接参数； 

激光器的激光焊接参数：激光功率为3000W，焊接速度为6mm/s； 

送粉装置参数：送粉量为258g/min； 

步骤四：同时开启激光器、送粉装置和数控机床，自动完成焊接过程； 

步骤二中所述的铁基合金粉末的成分为(％)： 

C:1.0，Ni:10，Cr:15.0,B:3.5，Si:4.0，余量为Fe。