淺談激光熔覆技術(shù)在液壓支架立柱修復(fù)中的應(yīng)用

賈清華 孟飛

0 引言

液壓支架在井下煤炭開(kāi)采中主要用于綜采工作面頂板及煤壁的支撐，是綜合機(jī)械化采煤必不可少的設(shè)備，液壓支架立柱是液壓支架最主要的承載執(zhí)行部件，其制造成本約占支架的四分之一。

液壓支架在井下工作面支護(hù)過(guò)程中，升架后裸露的活柱表面長(zhǎng)期處于酸、堿腐蝕，煤塵較嚴(yán)重的惡劣工況中，支架活柱表面很容易被銹蝕、劃傷以及受到?jīng)_擊等，造成活柱與缸筒之間的密封失效，支撐力達(dá)不到煤礦安全規(guī)程要求，對(duì)工作面安全生產(chǎn)造成較大隱患。因此，液壓支架活柱表面的修復(fù)質(zhì)量，是關(guān)系到井下工作面安全生產(chǎn)的重要因素之一，也是確保綜采工作面煤炭順利開(kāi)采的有效手段。

目前集團(tuán)公司液壓支架立柱大修技術(shù)都是采用電鍍工藝，此工藝修復(fù)后的活柱表面容易造成局部脫鉻（見(jiàn)圖1），使立柱使用壽命縮短，可再修復(fù)次數(shù)減少，另外，電鍍工藝存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，因此，探討一種新的活柱表面涂層技術(shù)取代電鍍工藝勢(shì)在必行[1-2]。

圖1 活柱表面局部脫鉻

1 概況

同煤集團(tuán)公司自主大修液壓支架類型有ZYB4400/8.5/18、ZY5000/14/23掩護(hù)式液壓支架；ZZ5600/14/28、 ZZS6000/17/37、 ZZS5300/14/28、ZZ10000/20/38、ZZ9900/29.5/50支撐掩護(hù)式液壓支架；ZF7500/22/35、ZF6000/22/35放頂煤液壓支架以及ZF13000/25/38、ZF15000/28/52、ZTZ20000/25/50高端液壓支架。每年大修液壓支架2 000～2 500架，大修千斤、立柱約16 000～20 000件左右。立柱規(guī)格有雙伸縮立柱 φ360/φ260 mm、φ320/φ230 mm、φ280/φ200 mm、φ250/φ180 mm；單伸縮立柱φ360 mm、φ320 mm、φ280 mm、φ250 mm、φ230 mm、φ200 mm等。

出井大修的液壓支架活柱表面存在鍍鉻面銹蝕（見(jiàn)圖2）、機(jī)械性損傷（見(jiàn)圖3）、鍍鉻層脫落（見(jiàn)圖4）。這些現(xiàn)象都容易導(dǎo)致?lián)p壞立柱密封，造成乳化液泄漏，支撐力達(dá)不到煤礦安全規(guī)程要求，必須對(duì)活柱表面進(jìn)行大修處理，恢復(fù)其功能。

圖2 活柱鍍鉻面銹蝕

圖3 活柱機(jī)械性損傷

圖4 活柱鍍鉻層脫落

2 立柱修復(fù)技術(shù)

液壓支架立柱的修復(fù)技術(shù)大體上有三種，即為普通電鍍、等離子熔覆和激光熔覆技術(shù)。

目前集團(tuán)公司大修液壓支架對(duì)立柱的修復(fù)均采用普通電鍍工藝，即在活柱表面進(jìn)行電鍍鉻（見(jiàn)圖5）。等離子熔覆是離子態(tài)電弧夾帶金屬粉在活柱表面進(jìn)行熱態(tài)沉積形成表面涂層，從而達(dá)到活柱表面缺陷修補(bǔ)。激光熔覆技術(shù)是指以不同的填料方式在活柱基體表面上放置合金粉涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和活柱基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝結(jié)后形成稀釋度極低并與活柱基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善活柱基體表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電器特性等的工藝方法。

液壓支架立柱通過(guò)上述三種修復(fù)技術(shù)的實(shí)際使用后效果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，活柱經(jīng)過(guò)激光熔覆技術(shù)修復(fù)后的表面有較強(qiáng)的耐腐蝕性和較高的硬度，完全滿足立柱使用標(biāo)準(zhǔn)，而且利用激光熔覆技術(shù)修復(fù)后的立柱使用壽命是普通電鍍修復(fù)的6倍以上[1]。

圖5 普通電鍍修復(fù)后的活柱表面

3 傳統(tǒng)電鍍與激光熔覆比較

傳統(tǒng)電鍍工藝與激光熔覆工藝相比較，其各項(xiàng)性能見(jiàn)表1。

表1 工藝對(duì)比

從上表看出，激光熔覆工藝所采用的表面材料要比電鍍材料豐富，是合金材料，熔覆層厚度是電鍍層厚度的10倍以上，更有利于活柱表面缺陷的修復(fù)，激光熔覆材料與活柱母材是冶金結(jié)合，要比電鍍層結(jié)合方式緊密牢固，環(huán)保方面，激光熔覆技術(shù)更占盡優(yōu)勢(shì)[2]。

4 激光熔覆工藝

應(yīng)用激光熔覆技術(shù)對(duì)液壓支架活柱表面的修復(fù)工藝流程為：

圖6 活柱修復(fù)工藝流程

（1）活柱初檢與校直

從井下上來(lái)需要大修的液壓支架，經(jīng)過(guò)整架及各部件的拆分，活柱表面及平直度狀況進(jìn)行檢驗(yàn)，并校直有彎曲、變形的活柱；

（2）活柱表面退鍍磨削

經(jīng)過(guò)活柱初檢，對(duì)達(dá)到報(bào)廢的活柱表面進(jìn)行車削，將有缺陷的鍍層去除；

（3）活柱基體探傷

為保證活柱表面熔覆層的性能，首先要對(duì)活柱的基體進(jìn)行探傷，確保活柱表面不存在裂紋等缺陷，之后對(duì)其表面進(jìn)行清洗，使其達(dá)到熔覆標(biāo)準(zhǔn)；

（3）活柱激光熔覆

在活柱表面進(jìn)行熔覆層制備時(shí)，采用側(cè)軸送粉，等待熔覆完成后，在活柱表面得到單邊厚度為1.3 mm的熔覆層；

（4）活柱熔覆層車削

活柱表面進(jìn)行熔覆層制備后，要對(duì)熔覆后的活柱表面進(jìn)行車削，使其直徑大于公稱直徑0.4-0.6 mm；

（5）活柱熔覆層磨削及拋光

活柱表面完成車削后，要對(duì)活柱進(jìn)行磨削及拋光，使活柱直徑達(dá)到工件公稱尺寸、公差及表面粗糙度要求；

（6）活柱熔覆層探傷

經(jīng)過(guò)上述工序完成了活柱的激光熔覆，之后要對(duì)活柱熔覆層進(jìn)行探傷，觀察熔覆層組織是否致密、無(wú)氣孔，完好無(wú)缺；

（7）活柱終檢

按照立柱質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)采用激光熔覆技術(shù)后的活柱進(jìn)行最終檢驗(yàn)，判定各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否滿足質(zhì)量要求。

5 效益分析

（1）性能效益

激光熔覆工藝所采用合金粉表面材料，該合金粉末熔覆在活柱表面上，與活柱基體形成了牢固的冶金結(jié)合熔覆層，熔覆層組織致密、無(wú)氣孔，有較好的耐腐蝕、耐磨和抗沖擊性，并且其表面硬度達(dá)到HV410，使用壽命是采用鍍鉻活柱的5-10倍。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

目前液壓支架立柱采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)，還處于發(fā)展的階段，維修成本較高，約是傳統(tǒng)電鍍工藝修復(fù)的3倍左右，但修復(fù)后的立柱使用壽命大約是電鍍修復(fù)的6倍以上。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷發(fā)展成熟，激光熔覆技術(shù)的修復(fù)成本會(huì)呈逐年下降的趨勢(shì)。綜合來(lái)看，激光熔覆技術(shù)的性價(jià)比還是比較高的，相對(duì)其他修復(fù)技術(shù)，占有明顯優(yōu)勢(shì)。

（3）環(huán)境效益

傳統(tǒng)的電鍍工藝，修復(fù)前要對(duì)活柱進(jìn)行酸洗，會(huì)產(chǎn)生大量酸洗廢水，屬于高污染、高排放、高能耗的落后工藝，對(duì)環(huán)境造成污染，而激光熔覆技術(shù)則不存在此類問(wèn)題，能有效地保護(hù)環(huán)境。

6 結(jié)論

近幾年來(lái)激光熔覆技術(shù)的探究發(fā)展愈來(lái)愈成熟，針對(duì)液壓支架立柱的修復(fù)，相對(duì)傳統(tǒng)的電鍍工藝，激光熔覆技術(shù)在產(chǎn)品性能、使用壽命、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境保護(hù)等諸多方面顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)激光熔覆技術(shù)在液壓支架立柱修復(fù)中應(yīng)用的探討，認(rèn)為將來(lái)液壓支架立柱的修復(fù)應(yīng)用激光熔覆技術(shù)必然會(huì)占主導(dǎo)地位。

[1]蔡發(fā),劉混舉.液壓支架立柱激光熔覆技術(shù)修復(fù)工藝分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2016(04):125-127+129.

[2]劉晉平.激光熔覆修復(fù)液壓支架立柱活柱工藝研究[J].能源與節(jié)能,2017(08):124-125.