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基于液压支架立柱的激光熔覆再制造技术的研究

2017/4/15    来源:互联网    作者:李阳  杨帆  高跃超      
关键字:液压支架立柱  激光熔覆再制造技术  
通过对激光熔覆再制造技术的概述,重点对基于液压支架立柱的激光熔覆再制造技术的设备、工艺及其材料进行研究,并对其效益进行分析。

    液压支架主要用于煤矿矿井内顶板、煤壁的支撑,液压支架立柱是其主要承载部件,制造成本较高。在当今不景气的煤炭市场环境下, 当务之急的是研究如何降低液压支架立柱的使用成本,延长其使用寿命。

    一、激光熔覆再制造技术概述

    液压支架立柱作为液压支架的重要组成部件,处于酸、碱腐蚀严重的恶劣工况下,其表面容易被锈蚀、划伤,使其失效,支撑力达不到安全要求,对井下安全生产造成较大隐患。因此,高效保质的修复液压支架立柱,是保障煤矿安全运行的有效手段,提高煤矿经济效益的途径。

    目前液压支架立柱修复技术主要有电镀修复、等离子熔覆、激光熔覆技术。电镀修复是指工件表面电镀一层金属,使其几何尺寸达到要求; 等离子熔覆是离子态电弧夹带金属粉在涂布承载面进行热态的表面沉积形成表面涂层,从而对缺陷修补;激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面预置涂层材料,经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化,并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层, 从而改善基体材料表面的耐磨、耐蚀等的工艺方法。通过对三种技术修复后的立柱进行使用后发现, 激光熔覆再制造技术修复后的立柱有较强的耐腐蚀性,较高的硬度,符合立柱使用标准,且其使用寿命是电镀修复的6 倍以上。液压支架立柱通过激光熔覆再制造技术进行修复,延长了其使用寿命。

    二、液压支架立柱激光熔覆再制造技术研究

    激光熔覆再制造技术的设备核心为激光熔覆系统, 选用半导体激光加工系统。该系统由一个体积小、效率高的激光头、系统控制单元及水冷系统构成。其结构紧凑小巧,运用广泛。此系统的优点为:①能够加工出极好的冶金覆层,对缺陷修复效果显著。②具有较低的热输入和粉末覆盖,能达到能量集中、降低材料消耗。③预处理和后处理简单, 省时省力④能够达到精确控制,确保修复准确高效。⑤较低的残余应力变形,不影响立柱的正常使用。因此,利用半导体激光加工系统,可使激光熔覆技术更好的应用于液压支架立柱的修复。

    液压支架立柱表面的修复工艺流程为: 废件表面车削→熔覆前工件表面探伤→熔覆层制备→熔覆层车削→熔覆层磨削

    (一)废件表面车削

    对已经报废的立柱表面进行车削,将蚀坑缺陷去除。

    (二)熔覆前表面探伤

    为保证熔覆层性能, 在制备熔覆层前应对待熔覆工件进行探伤,表面无裂纹。之后对其表面清洗,使其达到熔覆标准。

    (三)熔覆层制备

    熔覆时采用侧轴送粉,熔覆完成后,在废件表面得到单边厚度为1.3mm 的熔覆层,如图1。

    1

    图1 熔覆后的轴类件表面及装配好的立柱

    (四)熔覆层车削

    对熔覆后的工件进行车削, 使其直径大于标准直径0.4mm。

    (五)熔覆层磨削

    车削完成后对工件进行磨削,使其直径达到标准工件尺寸。

    通过我们改进的此工艺:将待修复的液压支架立柱装入激光加工机床,利用主轴c 的旋转运动及激光头x 线性轴的进给运动配合,在一个工步中使送粉与熔覆同步进行,采用多道搭接方式进行扫描熔覆;激光输出功率6-7KW,激光扫描线速度为700mm/min,激光束为15X2.5 宽带矩形光斑;使金属粉末与液压支架立柱表面形成冶金结合,提高其硬度、耐蚀性,延长使用寿命。

    对于修复液压支架立柱所需要的材料,经过多次试验,所选用的冶金粉末材料的重量百分比为:64.7%Fe、0.148%C、5.281%Si、0.368Mn、4.219Cr、25.88%Ni、0.129Nb、1.132%B、1.147%P。该合金粉末熔覆在立柱活柱表面,有较强的耐腐蚀性, 并且其表面硬度达到HV410, 使用寿命是采用镀铬立柱的5-10倍。

    三、效益分析

    (一)性能效益

    液压支架立柱通过激光熔覆技术修复,其激光熔覆层与立柱基体形成了牢固的冶金结合熔覆层,熔覆层组织致密,无气孔,有较好的耐腐蚀性、耐磨和抗冲击性,使用寿命是电镀修复的6倍以上。

    (二)经济效益

    激光熔覆再制造技术修复液压支架立柱还处于发展阶段,维修成本较高,约是电镀修复的6倍,修复后的立柱使用寿命为电镀修复的6倍以上。随着技术的发展成熟,激光熔覆再制造技术的修复成本呈逐年下降的趋势。综合来看,激光熔覆再制造技术的性价比是比较高的,相对其他修复技术,占有明显优势。

    (三)环境效益

    电镀修复前要对立柱进行酸洗,会产生大量酸洗废水,对环境造成污染,而激光熔覆再制造技术则不存在此类问题,能有效的保护环境。

    四、结语

    激光熔覆再制造技术趋于成熟,液压支架立柱的修复在性能、经济效益及环境保护等方面具有明显优势。笔者坚信,通过我们对激光熔覆再制造技术的研究及分析,在未来的立柱修复行业中,激光熔覆再制造技术必然会占主导地位。

责任编辑:张纯子
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