激光等離子熔覆技術(shù)及再利用

摘 要：為了修復(fù)液壓支架油缸活塞桿，代替表面鍍鉻工藝，經(jīng)過多方調(diào)研考察，了解高速激光熔覆可以減少材料損耗，提高材料利用率，減少后續(xù)加工工序，修復(fù)成本與鍍鉻相當(dāng)，根據(jù)實(shí)際情況并經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定激光熔敷工藝和等離子熔覆工藝，通過等離子耐磨及激光熔覆產(chǎn)品通過在礦區(qū)及井下各單位使用后，使用效果完全達(dá)到煤礦井下安全使用的技術(shù)性能，使用性能良好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足技術(shù)要求，提高了公司現(xiàn)有產(chǎn)品的維修效率。

關(guān)鍵詞：激光熔覆;等離子熔覆;工藝;技術(shù)

一、緒論

目前刮板機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)各規(guī)格型號(hào)中板、底板、機(jī)頭架、機(jī)尾架、鏈輪、刮板、截齒等在井下不斷使用后磨損量大、報(bào)廢率高，購(gòu)置新產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高，以中部槽為例，從摩擦學(xué)系統(tǒng)分析，中部槽磨損失效以磨料磨損、腐蝕磨損占主導(dǎo)地位，重載時(shí)可能發(fā)生黏著磨損;目前，國(guó)內(nèi)煤機(jī)行業(yè)生產(chǎn)和維護(hù)的液壓支架油缸外圓表面普遍采用電鍍鉻技術(shù)進(jìn)行防護(hù)，使用初期防腐性能較好，但其鍍鉻層存在的致命弱點(diǎn)是孔隙和裂紋容易造成腐蝕，影響油缸使用壽命，增加液壓支架維護(hù)成本，嚴(yán)重者將危機(jī)液壓支架產(chǎn)品的使用安全性。為積極應(yīng)對(duì)目前不利經(jīng)營(yíng)形勢(shì)，響應(yīng)公司降本增效、節(jié)支降耗號(hào)召，特實(shí)施本激光等離子再制造項(xiàng)目，針對(duì)目前待維修刮板機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)各規(guī)格型號(hào)中板、底板進(jìn)行等離子耐磨熔覆處理，使其加工后產(chǎn)品使用壽命為原新產(chǎn)品2倍，便于修復(fù)再利用;針對(duì)油缸活柱、中缸;各類減速機(jī);截齒類;大型軸、變速箱軸孔、齒輪鏈輪軸、曲軸等進(jìn)行激光熔覆再利用，增強(qiáng)工件耐磨性、耐腐蝕性，從而大大延長(zhǎng)其使用壽命。

二、實(shí)施過程

（一）激光熔覆及等離子熔覆技術(shù)的原理

激光熔覆技術(shù)是指以不同的添料方式在被熔覆基材表面上放置被選擇的合金材料，利用高能激光束輻照，使之與基材表面薄層同時(shí)快速熔化、擴(kuò)展、冷凝，形成稀釋率極低（一般小于5%），與基材成冶金結(jié)合的表面涂層，從而顯著改善金屬表面耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化等特性的技術(shù)工藝方法。

等離子熔覆技術(shù)是提高金屬材料表面耐磨性能的最新技術(shù)之一，基本原理是：在柔性高溫等離子束流的作用下，將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴(kuò)散、反應(yīng)、凝固，等離子束移動(dòng)的同時(shí)自激冷卻從而實(shí)現(xiàn)零部件表面的強(qiáng)化與硬化。和堆焊相比，等離子熔覆層的質(zhì)量與基本結(jié)合力及經(jīng)濟(jì)性能都要高出一籌。與激光熔覆相比，生產(chǎn)成本低，功率轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)效率高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

針對(duì)等離子耐磨熔覆工藝，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，進(jìn)行布置并結(jié)合調(diào)研廠家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，將等離子耐磨焊產(chǎn)生灰塵等有害氣體通過打磨除塵器除塵凈化，利于職工身心健康;針對(duì)激光熔覆工藝，將激光熔覆設(shè)備所在區(qū)進(jìn)行隔斷，同時(shí)配置相應(yīng)取暖降溫設(shè)備，保證該設(shè)備四季正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并結(jié)合配套車床情況，將最后一道提高光潔度工藝選用拋光機(jī)進(jìn)行拋光，排除了磨床研磨工藝。

（三）確定激光熔覆、等離子耐磨工藝

等離子耐磨修理加工工藝：以中部槽為例：中部槽進(jìn)廠→中板表面處理→中板和槽幫鋼等離子熔覆→檢驗(yàn)→噴漆→入庫(kù)→出廠。

激光熔覆修理加工工藝：以立柱為例：立柱、油缸的中缸及活柱進(jìn)廠→表面處理或車削檢驗(yàn)→激光熔覆→探傷→粗車→精車→拋光→檢驗(yàn)→入庫(kù)→出廠。

激光熔覆過程的快速凝固速度能夠獲得良好的枝晶微觀結(jié)構(gòu)，組織致密度高，原位生成的微小顆粒增強(qiáng)粒子大都是碳、硼或硅化物彌散分布于樹枝晶內(nèi)，不但能夠起到顆粒彌散強(qiáng)化還能起到細(xì)晶強(qiáng)化作用。同時(shí)高溫度梯度下遠(yuǎn)離平衡態(tài)的快速冷卻條件，使凝固組織中形成大量過飽和和固溶體，晶格產(chǎn)生畸變。因此熔覆層具有硬度高，高耐磨、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化等綜合性能。

以液壓支架立柱為例，目前，國(guó)內(nèi)煤機(jī)行業(yè)生產(chǎn)和維護(hù)的液壓支架油缸外圓表面普遍采用電鍍鉻技術(shù)進(jìn)行防護(hù)，使用初期防腐性能較好，但其鍍鉻層存在的致命弱點(diǎn)是孔隙和裂紋容易造成腐蝕，影響油缸使用壽命，增加液壓支架維護(hù)成本，嚴(yán)重者將危機(jī)液壓支架產(chǎn)品的使用安全性;通過利用激光熔覆技術(shù)，在液壓支架立柱表面熔覆一層厚度1mm左右的自熔性合金粉末，具有極強(qiáng)的耐腐和耐磨性能;替代傳統(tǒng)鍍鉻工藝，可消除污染工序，綠色環(huán)保，實(shí)現(xiàn)了材料的循環(huán)利用;經(jīng)過煤科院31000次試驗(yàn)，主體強(qiáng)度、耐久等各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到GB 25974.1-2010《煤礦用液壓支架通用技術(shù)條件》要求。

三、結(jié) 論

通過激光等離子再制造項(xiàng)目研發(fā)與應(yīng)用，不僅拓展了公司加工修理產(chǎn)品的種類，提升了維修能力，提高了公司現(xiàn)有產(chǎn)品的維修效率，還鍛煉了隊(duì)伍，激發(fā)了職工參與自主創(chuàng)新的工作積極性，使公司的技術(shù)人員開拓了眼界，增加了技術(shù)儲(chǔ)備。通過制定并實(shí)施各種政策，提升了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和對(duì)外形象，切實(shí)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李濱.激光熔覆技術(shù)在港機(jī)維修中的應(yīng)用.港口裝卸，2015-09-29.

[2]孫玉宗.離子熔覆高耐磨無火花本安型鎬型截齒研究.煤炭工程，2009-03-24.

作者簡(jiǎn)介：孫朝（1974-），男，工程師，2000年6月畢業(yè)于西安科技學(xué)院，通信工程專業(yè)（大專），2017年1月畢業(yè)于國(guó)家開發(fā)大學(xué)，機(jī)修設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)（本科），從事煤礦信息科技管理18年。