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摘要 综采工作面刮板机、转载机、破碎机（简称工作面三机）是综采工作面最主要的运输破碎设备。由于高产高效采煤技术进步，工作面的设计产量不断扩大，目前神东矿区在修三机累计过煤量少则几百万吨，多则数千万吨，结构件磨损严重。检修中除结构件磨损处补焊外，必要时还需对三机件中底板、槽帮、弧形压链板等进行更换。
关键词 结构件、修复、分析
中图分类号：TK223.1
1三机结构件修复工艺分析
神东矿区在修三机结构件已大量磨损有的接近报废。三机中机头、破碎机、转载机及槽体的中底板大多由于磨损量较大则需要更换，一般三机结构件的失效原因分两种：1）三机处于长时间高负荷运转造成的结构件表面磨损；2）三机结构件长时间承受冲击载荷的作用引起焊接结合处或者应力集中处的疲劳断裂；对于磨损量<30%进行补焊处理即可，而对于磨损较严重或出现疲劳断裂的情况则必须对钢板进行更换，一般更换三机中、底板，包括三机结构件损坏部分的拆解、下料、焊接三部分，下面就每个步骤的工艺及参数描述如下：
1.1三机结构件损坏部分的拆解
1.1.1碳弧气刨的应用及技术参数： 碳弧气刨是使用石墨棒或碳棒与工件间产生的電弧将金属融化，并用压缩空气将其吹掉，实现对金属进行切割的一种方法。气刨主要用于清除焊缝中缺陷，以便修补不合格焊缝。对于三机中、底板两侧焊缝处有开裂现象需要对焊缝进行修复或者中、底板磨损严重需更换的即可使用气刨清理焊缝或切割钢板。
（1）电源极性：三机使用钢板材料一般选用低碳钢和合金钢，应采用直流反接极即工件接负极碳弧气刨枪接正极，以保证电弧稳定，刨削数度均匀，刨槽宽度一致，表面光洁。
（2）碳棒电流选择：一般根据公式I=（35—50）d来确定电流大小，其中I：刨削电流；d：碳棒直径。对于一定直径的碳棒，电流较小则电弧不稳定且容易产生夹碳现象。电流过大时，刨槽宽度相应增大，深度也增加且碳棒烧损较快。另外，在清除焊缝缺陷时，如果电流较大则刨削速度和刨槽深度都增大，不利于发现焊缝缺陷，因此在检修焊缝时，刨削电流应选取小些。
（3）碳棒直径选择：三机检修所使用钢板厚度均为10mm以上，应选择碳棒直径为10mm。另外，碳棒直径一般比所要求的刨槽宽度小2—4mm。
（4）刨削速度选择：刨削速度对刨槽尺寸、表面质量、和稳定性有一定的影响，刨削速度过大易造成碳棒与金属工件短路，电弧熄灭，形成刨槽夹碳缺陷。一般刨削速度为0.5—1.2m/min较合适。
1.2三机结构件切割及下料
1.2.1气体火焰切割的应用及技术参数：气体火焰切割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到燃烧温度，再向此处喷射高速切割氧流使金属燃烧并吹走，同时放出热量和预热火焰对下层金属加热到燃点达到切割的目的。气割主要应用于切割纯铁、各种碳钢、低合金钢等。
（1）预热火焰能率（乙炔消耗量）：预热火焰能率随工件的厚度增加而增大，预热火焰能率过大，会使切口上缘产生连续状钢粒，甚至融化成圆角，增加工件表面粘渣。若火焰能率过小则热量不足，则气割速度减慢，甚至是气割无法进行。因三机检修所使用的钢板多为16mm、25mm、30mm、50mm等较厚钢板，则预热火焰能率选择如下：钢板厚度3—25mm时为0.3—0.5m3/h；钢板厚度为25—50mm时为0.55—0.75m3/h。
（2）氧气压力：氧气压力随工件厚度变化而变化。压力小时气割过程慢，割缝背面已形成粘渣甚至无法割穿。压力太大浪费氧气又会使切口变宽，切口表面粗糙且切割速度反而减慢。相应的氧气压力值选择如下：钢板厚度12—30mm时为0.5—0.6mpa；钢板厚度30—50mm时为0.5—0.7mpa。
（3）切割速度：切割速度与钢板厚度及材质有直接关系，切割速度随钢板的厚度增加而减小，当钢板氧化速度快排渣能力强则可以提高切割速度。切割速度过慢会造成切口局部熔化，影响切口表面质量。切割速度过快，会形成较大后托量甚至造成切割中断。在一般情况下切割速度应选择如下：钢板厚度10—20mm时为380—600mm/min；钢板厚度20—40mm时为350—500mm/min；钢板厚度40—60mm时为300—420mm/min。
（4）割嘴到切割工件表面距离h：h值过小，飞溅时易堵住割嘴，造成回火。h值过大，预热不充分切割氧流动能下降，使排渣困难影响切割质量，根据割嘴的不同形式及钢板厚度不同h值也选取不同值：
环缝式：钢板厚度10—25mm时h=3—4mm；钢板厚度25—50时h=3—5mm。
多喷口式：钢板厚度10—25mm时h=5—10mm；钢板厚度25—50时h=7—12mm。
1.2.2下料的破口形式及工艺：三机使用槽体的中、底板一般是30mm厚耐磨板，而破碎机超前支护耳座为50mm厚普通板，角焊缝可打单边V形坡口，坡口面角度β=30—50度；根部间隙b=0—4mm。对接焊缝可以打双Y形坡口如图1-2，坡口角度α=40—60度；钝边p=1—3mm；根部间隙b=0—3mm。因此在三机中、底板30mm更换时一般采用单边V形坡口如图1-3，而破碎机超前支护耳座50mm一般选用双Y形坡口（空间允许）。由于在需更换耐磨板处只有在气刨切割且打磨完毕后才能确定材料尺寸，一般更换耐磨板的厚度为30mm，则其根部间隙应保持在0—3mm，因此对钢板母材进行切割时将材料尺寸减少0—6mm。
1.3 三机结构件焊接
1.3.1焊接件焊接前后清理
（1）焊前清理：焊件在组装前，应将待焊处表面或坡口两侧各20—50mm范围内表面上的油污、铁锈、防护层及氧化膜等清除干净，以确保焊缝焊接质量。焊件常用的清理方法有：脱脂清理、化学清理和机械清理。 （2）焊后清理：对焊接完毕或中止焊接时间较长的焊件应及时清理焊缝及焊件上的焊渣、残留焊剂和金属飞溅物，以便于对焊缝进行目视检查和无损探伤，防止焊渣和残留物腐蚀焊缝，准确查出焊接缺陷及时对焊接缺陷进行修补，消除焊接质量事故隐患。
1.3.2 焊接件焊接前后的热处理
（1）根据不同的金属材料确定不同的预热温度，一般碳钢根据含碳量确定预热温度，含碳量大于0.2%—0.3%，预热温度为100—300 。随着含碳量的升高而升高。对于普通钢板，板厚25—50mm预热温度应大于40 ；耐磨钢板，板厚30—50mm预热温度应大于等于150 。预热方法通常包括火焰加热、工频感应加热、远红外加热等，其中在车间中火焰加热较常用。一般预热件对于焊接接头每一侧加热宽度不小于板厚5倍，在坡口两侧75—100mm范围内保持一个均热区域。
（2）层间保温，在更換钢板时基本上采用多层焊的方法，因此在每层焊接时都应保持一定的温度，这一温度应大于等于预热温度，但预热温度和层间温度不能过高，以免引起钢板接头性能变化。
1.3.3二氧化碳气保焊技术参数
（1） 焊丝直径：一般包括0.8、1.2、1.6、2.0、3.0、4.0mm等型号，一般在三机焊接检修时基本都是12mm以上钢板，查表1-3知使用2.0—3.0直径焊丝效率较高。
（2）焊接电流：我车间现检修三机采用短路焊接，使用1.2及1.6mm焊丝，焊接电流应选择50—250A范围内。如果中厚钢板（>10mm）焊接应使用1.6mm以上焊丝，并采用颗粒状过渡焊接，焊接电流可在250—700A范围内选择。焊接电流受工件厚度、坡口形式、焊丝直径、焊接位置、熔滴过渡形式影响。因此，电流对熔深、焊丝熔化速度和生产率有很大影响。
（3）电弧电压：在短路过渡时，一般电压选择为16—24V，而当颗粒状过渡时，电压范围应在25—40V内选择。电压过高会引起飞溅增大，过低会造成焊缝不良。
2 三机结构件内部磨损及更换中、底板
2.1 多层焊及堆焊工艺：在更换钢板时采用三层三道焊接，分为三个步骤，打底焊：引弧完毕开始焊接后应控制喷嘴高度，始终保持电弧在离坡口2—3mm处燃烧并控制打底层焊道厚度不超过4mm。填充层：焊前应将打底层的飞溅和熔渣清理干净，并将凸起磨平，填充时焊枪的横向摆动比打底时稍大些，保证两侧坡口有一定的熔深。焊道平整并有一定下凹，焊道的高度应低于母材约1.5—2mm。不能融化坡口两侧的棱边，以便盖面时能看清坡口，为盖面打好基础。盖面层：焊前将填充层的熔渣清理干净，并将凸起磨平，焊枪摆动幅度比充焊时大些。注意观察坡口两侧的熔化情况，以保证熔池边缘超过坡口两侧的棱边不小于2mm。
2.2 补焊工艺：补焊前对焊接表面清理干净，去除油污、铁锈等杂物。在补焊第二条焊道时必须熔化第一条焊道的1/3—1/2宽度，以防止产生夹渣和未焊透等缺陷。当进行分层补焊时要求第二层焊道与第一层补焊方向成90度夹角，以免产生变形或裂纹。同时，为了使热量分散应注意补焊顺序。检修转载机槽体、机头、机头过渡槽等带有中、底板等结构件，由于链条在运煤过程中对中底板造成磨损。对于磨损较严重（>30%）的情况则采用更换耐磨板工艺，而对于磨损并不严重（<30%）的则采用补焊工艺。
3 转载机齿毂齿套使用寿命缩短的原因分析及修复建议
3.1、齿毂齿套损坏原因分析：现在使用设备中有大量齿套同时损坏的情况进行分析，神东矿区所使用转载机已经经过长期使用，我发现在车间在检修过程中发现当安装转载机链轮时曾出现过卡块无法将转头链轮卡紧的情况，只有将卡块打磨处理后方可卡紧的目的。同时齿套不像以往那样容易安装。因此，判定是由于转载机机体链轮卡口处由于长时间承受转运煤及破碎机对大块煤破碎时产生的的冲击载荷而出现少量的磨损，造成安装链轮卡不紧情况的发生。当链轮卡紧时，则其轴心向卡口内侧偏移一定距离。
3.2转载机卡口修复建议：由质检人员检测出转载机卡口的磨损量；以四螺栓孔机定位键作为定位基准对转载机卡口进行补焊；补焊完毕后用镗床找正、加工切除多余部分。
参考文献：
[1]焊工工艺学（第三版）.中国劳动社会保障出版社，2005.6
关键词 结构件、修复、分析
中图分类号：TK223.1
1三机结构件修复工艺分析
神东矿区在修三机结构件已大量磨损有的接近报废。三机中机头、破碎机、转载机及槽体的中底板大多由于磨损量较大则需要更换，一般三机结构件的失效原因分两种：1）三机处于长时间高负荷运转造成的结构件表面磨损；2）三机结构件长时间承受冲击载荷的作用引起焊接结合处或者应力集中处的疲劳断裂；对于磨损量<30%进行补焊处理即可，而对于磨损较严重或出现疲劳断裂的情况则必须对钢板进行更换，一般更换三机中、底板，包括三机结构件损坏部分的拆解、下料、焊接三部分，下面就每个步骤的工艺及参数描述如下：
1.1三机结构件损坏部分的拆解
1.1.1碳弧气刨的应用及技术参数： 碳弧气刨是使用石墨棒或碳棒与工件间产生的電弧将金属融化，并用压缩空气将其吹掉，实现对金属进行切割的一种方法。气刨主要用于清除焊缝中缺陷，以便修补不合格焊缝。对于三机中、底板两侧焊缝处有开裂现象需要对焊缝进行修复或者中、底板磨损严重需更换的即可使用气刨清理焊缝或切割钢板。
（1）电源极性：三机使用钢板材料一般选用低碳钢和合金钢，应采用直流反接极即工件接负极碳弧气刨枪接正极，以保证电弧稳定，刨削数度均匀，刨槽宽度一致，表面光洁。
（2）碳棒电流选择：一般根据公式I=（35—50）d来确定电流大小，其中I：刨削电流；d：碳棒直径。对于一定直径的碳棒，电流较小则电弧不稳定且容易产生夹碳现象。电流过大时，刨槽宽度相应增大，深度也增加且碳棒烧损较快。另外，在清除焊缝缺陷时，如果电流较大则刨削速度和刨槽深度都增大，不利于发现焊缝缺陷，因此在检修焊缝时，刨削电流应选取小些。
（3）碳棒直径选择：三机检修所使用钢板厚度均为10mm以上，应选择碳棒直径为10mm。另外，碳棒直径一般比所要求的刨槽宽度小2—4mm。
（4）刨削速度选择：刨削速度对刨槽尺寸、表面质量、和稳定性有一定的影响，刨削速度过大易造成碳棒与金属工件短路，电弧熄灭，形成刨槽夹碳缺陷。一般刨削速度为0.5—1.2m/min较合适。
1.2三机结构件切割及下料
1.2.1气体火焰切割的应用及技术参数：气体火焰切割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到燃烧温度，再向此处喷射高速切割氧流使金属燃烧并吹走，同时放出热量和预热火焰对下层金属加热到燃点达到切割的目的。气割主要应用于切割纯铁、各种碳钢、低合金钢等。
（1）预热火焰能率（乙炔消耗量）：预热火焰能率随工件的厚度增加而增大，预热火焰能率过大，会使切口上缘产生连续状钢粒，甚至融化成圆角，增加工件表面粘渣。若火焰能率过小则热量不足，则气割速度减慢，甚至是气割无法进行。因三机检修所使用的钢板多为16mm、25mm、30mm、50mm等较厚钢板，则预热火焰能率选择如下：钢板厚度3—25mm时为0.3—0.5m3/h；钢板厚度为25—50mm时为0.55—0.75m3/h。
（2）氧气压力：氧气压力随工件厚度变化而变化。压力小时气割过程慢，割缝背面已形成粘渣甚至无法割穿。压力太大浪费氧气又会使切口变宽，切口表面粗糙且切割速度反而减慢。相应的氧气压力值选择如下：钢板厚度12—30mm时为0.5—0.6mpa；钢板厚度30—50mm时为0.5—0.7mpa。
（3）切割速度：切割速度与钢板厚度及材质有直接关系，切割速度随钢板的厚度增加而减小，当钢板氧化速度快排渣能力强则可以提高切割速度。切割速度过慢会造成切口局部熔化，影响切口表面质量。切割速度过快，会形成较大后托量甚至造成切割中断。在一般情况下切割速度应选择如下：钢板厚度10—20mm时为380—600mm/min；钢板厚度20—40mm时为350—500mm/min；钢板厚度40—60mm时为300—420mm/min。
（4）割嘴到切割工件表面距离h：h值过小，飞溅时易堵住割嘴，造成回火。h值过大，预热不充分切割氧流动能下降，使排渣困难影响切割质量，根据割嘴的不同形式及钢板厚度不同h值也选取不同值：
环缝式：钢板厚度10—25mm时h=3—4mm；钢板厚度25—50时h=3—5mm。
多喷口式：钢板厚度10—25mm时h=5—10mm；钢板厚度25—50时h=7—12mm。
1.2.2下料的破口形式及工艺：三机使用槽体的中、底板一般是30mm厚耐磨板，而破碎机超前支护耳座为50mm厚普通板，角焊缝可打单边V形坡口，坡口面角度β=30—50度；根部间隙b=0—4mm。对接焊缝可以打双Y形坡口如图1-2，坡口角度α=40—60度；钝边p=1—3mm；根部间隙b=0—3mm。因此在三机中、底板30mm更换时一般采用单边V形坡口如图1-3，而破碎机超前支护耳座50mm一般选用双Y形坡口（空间允许）。由于在需更换耐磨板处只有在气刨切割且打磨完毕后才能确定材料尺寸，一般更换耐磨板的厚度为30mm，则其根部间隙应保持在0—3mm，因此对钢板母材进行切割时将材料尺寸减少0—6mm。
1.3 三机结构件焊接
1.3.1焊接件焊接前后清理
（1）焊前清理：焊件在组装前，应将待焊处表面或坡口两侧各20—50mm范围内表面上的油污、铁锈、防护层及氧化膜等清除干净，以确保焊缝焊接质量。焊件常用的清理方法有：脱脂清理、化学清理和机械清理。 （2）焊后清理：对焊接完毕或中止焊接时间较长的焊件应及时清理焊缝及焊件上的焊渣、残留焊剂和金属飞溅物，以便于对焊缝进行目视检查和无损探伤，防止焊渣和残留物腐蚀焊缝，准确查出焊接缺陷及时对焊接缺陷进行修补，消除焊接质量事故隐患。
1.3.2 焊接件焊接前后的热处理
（1）根据不同的金属材料确定不同的预热温度，一般碳钢根据含碳量确定预热温度，含碳量大于0.2%—0.3%，预热温度为100—300 。随着含碳量的升高而升高。对于普通钢板，板厚25—50mm预热温度应大于40 ；耐磨钢板，板厚30—50mm预热温度应大于等于150 。预热方法通常包括火焰加热、工频感应加热、远红外加热等，其中在车间中火焰加热较常用。一般预热件对于焊接接头每一侧加热宽度不小于板厚5倍，在坡口两侧75—100mm范围内保持一个均热区域。
（2）层间保温，在更換钢板时基本上采用多层焊的方法，因此在每层焊接时都应保持一定的温度，这一温度应大于等于预热温度，但预热温度和层间温度不能过高，以免引起钢板接头性能变化。
1.3.3二氧化碳气保焊技术参数
（1） 焊丝直径：一般包括0.8、1.2、1.6、2.0、3.0、4.0mm等型号，一般在三机焊接检修时基本都是12mm以上钢板，查表1-3知使用2.0—3.0直径焊丝效率较高。
（2）焊接电流：我车间现检修三机采用短路焊接，使用1.2及1.6mm焊丝，焊接电流应选择50—250A范围内。如果中厚钢板（>10mm）焊接应使用1.6mm以上焊丝，并采用颗粒状过渡焊接，焊接电流可在250—700A范围内选择。焊接电流受工件厚度、坡口形式、焊丝直径、焊接位置、熔滴过渡形式影响。因此，电流对熔深、焊丝熔化速度和生产率有很大影响。
（3）电弧电压：在短路过渡时，一般电压选择为16—24V，而当颗粒状过渡时，电压范围应在25—40V内选择。电压过高会引起飞溅增大，过低会造成焊缝不良。
2 三机结构件内部磨损及更换中、底板
2.1 多层焊及堆焊工艺：在更换钢板时采用三层三道焊接，分为三个步骤，打底焊：引弧完毕开始焊接后应控制喷嘴高度，始终保持电弧在离坡口2—3mm处燃烧并控制打底层焊道厚度不超过4mm。填充层：焊前应将打底层的飞溅和熔渣清理干净，并将凸起磨平，填充时焊枪的横向摆动比打底时稍大些，保证两侧坡口有一定的熔深。焊道平整并有一定下凹，焊道的高度应低于母材约1.5—2mm。不能融化坡口两侧的棱边，以便盖面时能看清坡口，为盖面打好基础。盖面层：焊前将填充层的熔渣清理干净，并将凸起磨平，焊枪摆动幅度比充焊时大些。注意观察坡口两侧的熔化情况，以保证熔池边缘超过坡口两侧的棱边不小于2mm。
2.2 补焊工艺：补焊前对焊接表面清理干净，去除油污、铁锈等杂物。在补焊第二条焊道时必须熔化第一条焊道的1/3—1/2宽度，以防止产生夹渣和未焊透等缺陷。当进行分层补焊时要求第二层焊道与第一层补焊方向成90度夹角，以免产生变形或裂纹。同时，为了使热量分散应注意补焊顺序。检修转载机槽体、机头、机头过渡槽等带有中、底板等结构件，由于链条在运煤过程中对中底板造成磨损。对于磨损较严重（>30%）的情况则采用更换耐磨板工艺，而对于磨损并不严重（<30%）的则采用补焊工艺。
3 转载机齿毂齿套使用寿命缩短的原因分析及修复建议
3.1、齿毂齿套损坏原因分析：现在使用设备中有大量齿套同时损坏的情况进行分析，神东矿区所使用转载机已经经过长期使用，我发现在车间在检修过程中发现当安装转载机链轮时曾出现过卡块无法将转头链轮卡紧的情况，只有将卡块打磨处理后方可卡紧的目的。同时齿套不像以往那样容易安装。因此，判定是由于转载机机体链轮卡口处由于长时间承受转运煤及破碎机对大块煤破碎时产生的的冲击载荷而出现少量的磨损，造成安装链轮卡不紧情况的发生。当链轮卡紧时，则其轴心向卡口内侧偏移一定距离。
3.2转载机卡口修复建议：由质检人员检测出转载机卡口的磨损量；以四螺栓孔机定位键作为定位基准对转载机卡口进行补焊；补焊完毕后用镗床找正、加工切除多余部分。
参考文献：
[1]焊工工艺学（第三版）.中国劳动社会保障出版社，2005.6