激光熔覆技術在液壓支架立柱再制造中的應用探討★

田 萌

（河南工業貿易職業學院， 河南 鄭州 451191）

引言

再制造是當前舊機械設備發展的重要趨勢，產品通過再制造后其性能能夠顯著提升。再制造不僅能夠減少成本和能源投入，也能夠最大限度降低資源消耗，可真正實現產品“全壽命周期”的目標。液壓支架作為煤礦井下采掘的重要配套設備，能夠有效支撐綜采工作面頂板與煤壁，在綜合機械化采煤中發揮重要作用。液壓支架的承載執行部件為液壓支架立柱，成本為支架的1/4[1]。液壓支架在井下支護時，由于其立柱部件之一活柱的表面長時間裸露在外，容易出現酸堿腐蝕、劃傷等現象，不僅會影響活柱和缸筒的密封性，也會減弱支撐力，將給工作面生產帶來安全隱患。因此，提高液壓支架立柱活柱表面修復質量，能夠為井下工作面生產安全提供可靠保障[2]。傳統的常用大修技術一般為電鍍工藝，但是運用這種修復技術修復后活柱表面極易形成脫鉻情況，會縮短立柱使用壽命，也不利于后續的修復，同時電鍍工藝會造成大氣污染，而采用新的活柱表面涂層技術，可以解決傳統電鍍工藝存在的問題。

1 激光熔覆技術優勢

激光熔覆技術作為新型表面改性技術，近年來在煤礦液壓支架修復中運用較多，能夠使液壓支架立柱與活塞桿外表面得到強化處理[3]。分析其原理可知，主要以高能激光束為熱源，使強度高、防腐性能好的合金粉體與液壓支架立柱、千斤頂外表面一起熔化，通過冶金反應產生耐磨耐腐性能較強的激光熔覆層，能夠促使液壓支架使用壽命得到延長。不同于傳統的電鍍工藝，激光熔覆技術主要具備如表1 所示的各項優勢。

表1 激光熔覆技術與電鍍工藝的綜合性能對比

2 液壓支架立柱再制造中工藝激光熔覆技術的應用

2.1 立柱中缸及活柱外表面激光熔覆工藝

1）需要先校正彎曲變形的立柱活柱，保證其彎曲度超過2%[4]。

2）對電鍍層、組合密封槽等進行修復。

3）對立柱中缸、活柱外表面渡鉻層通過車削與熔覆處理后，消除所有腐蝕點與劃痕，再進行打磨、拋光等操作。

4）嚴格檢測熔覆表面硬度（HRC），使其滿足48～58 的要求。

5）熔覆加工后單邊厚度必須超過0.3 mm。

6）熔覆后表面尺寸需滿足相關標準。

7）熔覆層表面硬度必須均勻，不能有硬刺、氣泡、脫皮和燒焦等缺陷，成品立柱一級中缸外表面、立柱活柱表面也不應有凹坑、凸起和點蝕等問題。成品尺寸偏差為ΦDf9mm，表面粗糙度不能超過Ra0.4μm。

8）立柱中缸內表面、缸口與導向套配合密封面區域發生銹蝕麻坑后，導向套配合螺紋難以倒扣，必須第一時間予以修復，且不能超出原圖紙缸口公差尺寸ΦDe8 mm。缸口、螺紋和缸體內徑在處理后應滿足同軸度低于0.05 mm 的要求，且缸體內孔、缸口和導向套配合表面粗糙度不能超過Ra0.4 μm，其余修復面粗糙度也需低于Ra0.8 μm、硬度（HB）在220以下。

9）在修復過程中，要保證立柱中缸底閥的安裝孔與定位槽的完整性，出現損壞情況后應立即修復，使孔修復面粗糙度不能超過Ra0.8 μm。

10）底閥的安裝孔與定位槽同軸度須小于0.1 mm。在修復立柱的過程中，應該根據MT 313—92《液壓支架立柱技術條件》進行，且維修質量保證期為2 年，動作能超過1 萬次，熔覆5 年內不能出現脫落、氣泡、點蝕和凹坑等問題。

2.2 立柱外缸內表面修復工藝

1）清洗并檢查底缸內表面。在清洗后掌握底缸內表面銹蝕與缸體變形等情況，便于選擇最佳修復方案。若銹蝕點深度超過1 mm，應選擇氣體保護焊完成修補[5]。

2）若存在外表面附件不利于加工的情況，必須盡快移除附件。

3）定位面加工和缸口螺紋車除。若選擇缸口直段作為基準面，通過車床加工使底缸外表面形成滾輪架支撐環帶，且同軸度小于0.1 mm；若選擇滾輪架支撐環帶作為基準面，通過車床加工使缸底缸口斷面形成鏜削基準面，原缸口螺紋均被車除。

4）內表面銹蝕層鏜削。選擇深孔鏜床鏜削的方式加工底缸內表面，銹蝕層被去除，鏜削厚度在0.8～1 mm。鏜削結束后內徑必須超過原設計尺寸1.6～2 mm。

5）內表面熔覆。選擇ZRF-7 型內表面熔覆設備，使底缸內表面被銅合金熔覆，保證熔覆厚度在2.5～3.5 mm。立柱缸體內表面激光熔覆修復過程與最終表面形貌如圖1、圖2 所示。在缸口螺紋段熔覆中還要使用700 MPa 級碳鋼焊絲，確保熔覆厚度超過螺栓底徑。

圖1 底缸銅合金熔覆過程

圖2 銅合金熔覆完成后內表面形貌

6）內表面銅合金熔覆層機械加工。在底缸熔覆后將其冷卻到室溫，采取深孔鏜床完成鏜削，使底缸內徑留下0.55 mm 的加工余量，不能超出原設計尺寸0.55 mm。鏜削處理后通過珩磨機使內表面達到規定尺寸，且粗糙度不能超過Ra0.4 μm。

7）缸口螺紋加工。要結合底缸設計規定完成對缸口螺紋的加工，處理后能夠使缸口內表面與螺紋同心度符合設計要求。

8）要根據設計重新安裝外部附件。

9）探傷和包裝。通過目視檢查與超聲波探傷，在消除缺陷后采取涂油和涂漆處理，并安裝缸口擋蓋和包裝。

2.3 立柱中缸修復工藝

1）清洗并檢查中缸內外表面。清洗后掌握中缸內外表面銹蝕、缸體變形等情況，確定修復方案。內表面若存在深度超過1 mm 的銹蝕點，要通過氣體保護焊進行修補。

2）定位面加工與缸口螺紋車除。若選擇中缸外表面作為基準面，通過車床加工方式使缸口斷面形成鏜削的基準面，再將所有缸口螺紋車除。

3）內表面銹蝕層鏜削。采取深孔鏜床削將缸底內表面銹蝕層去除，鏜削厚度在0.8～1 mm 的范圍，鏜削結束后內徑需超出設計尺寸1.6～2 mm。

4）內表面熔覆。選擇ZRF-7 型內表面熔覆設備，使底缸內表面完成銅合金熔覆，保證熔覆厚度在2.5～3.5 mm 左右。同時在原缸口螺紋段熔覆過程中也要使用700 MPa 級碳鋼焊絲，保證熔覆厚度超過螺紋底徑。

5）變形度檢查。對外表面直徑收縮量進行檢查，若超過0.55 mm 就要采取激光熔覆措施。

6）內表面熔覆層鏜削。進行粗鏜細鏜處理，使底缸內徑留下0.5 mm 的加工余量，鏜削結束后底缸內徑不能超過原設計尺寸0.5 mm。

7）車除外表面銹蝕層。定位基準若選擇內表面，要將外表面銹蝕層車除，其車除厚度在0.5～0.6 mm的范圍，且車削后不能超過原設計尺寸1～1.2 mm。

8）外表面激光熔覆。應保持激光熔覆層表面均勻和平整，熔覆層單標高度差不超過0.2 mm、厚度在1.4～1.7 mm。

9）外表面車削級缸口螺紋加工。先采取粗車細車處理外表面，留下0.1 mm 的加工余量，再通過精車保證直徑超過原設計尺寸0.2 mm，接下來根據設計規定完成缸口螺紋的加工。

10）外表面拋光與內表面珩磨。選擇外圓拋光機對外表面進行拋光處理，確保其粗糙度滿足設計要求尺寸，不能超過Ra0.1 μm。選擇深孔珩磨機對內表面進行處理，也要確保其粗糙度達到設計要求尺寸，不能超過Ra0.4 μm。

11）探傷與包裝。采取目視、超聲波與著色探傷等方法，在消除缺陷后完成涂油、涂漆，安裝缸口擋蓋和包裝。

3 結語

運用激光熔覆技術，能夠解決傳統鍍鉻技術存在的缺陷，例如重金屬污染、強酸腐蝕等。因此，煤機企業應積極引進激光熔覆技術，避免電鍍引起的環境污染問題，充分發揮激光快速熔覆技術的作用，提升煤炭液壓立柱修復質量。