激光熔覆技術(shù)在液壓支架立柱再制造中的應(yīng)用探討★

田 萌

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院， 河南 鄭州 451191）

引言

再制造是當(dāng)前舊機(jī)械設(shè)備發(fā)展的重要趨勢，產(chǎn)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“全壽命周期”的目標(biāo)。液壓支架作為煤礦井下采掘的重要配套設(shè)備，能夠有效支撐綜采工作面頂板與煤壁，在綜合機(jī)械化采煤中發(fā)揮重要作用。液壓支架的承載執(zhí)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(hù)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(xiàn)酸堿腐蝕、劃傷等現(xiàn)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(chǎn)帶來安全隱患。因此，提高液壓支架立柱活柱表面修復(fù)質(zhì)量，能夠?yàn)榫鹿ぷ髅嫔a(chǎn)安全提供可靠保障[2]。傳統(tǒng)的常用大修技術(shù)一般為電鍍工藝，但是運(yùn)用這種修復(fù)技術(shù)修復(fù)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(xù)的修復(fù)，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(shù)，可以解決傳統(tǒng)電鍍工藝存在的問題。

1 激光熔覆技術(shù)優(yōu)勢

激光熔覆技術(shù)作為新型表面改性技術(shù)，近年來在煤礦液壓支架修復(fù)中運(yùn)用較多，能夠使液壓支架立柱與活塞桿外表面得到強(qiáng)化處理[3]。分析其原理可知，主要以高能激光束為熱源，使強(qiáng)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(yīng)產(chǎn)生耐磨耐腐性能較強(qiáng)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(tǒng)的電鍍工藝，激光熔覆技術(shù)主要具備如表1 所示的各項(xiàng)優(yōu)勢。

表1 激光熔覆技術(shù)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(shù)的應(yīng)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(jìn)行修復(fù)。

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(diǎn)與劃痕，再進(jìn)行打磨、拋光等操作。

4）嚴(yán)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

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(yīng)有凹坑、凸起和點(diǎn)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(nèi)表面、缸口與導(dǎo)向套配合密封面區(qū)域發(fā)生銹蝕麻坑后，導(dǎo)向套配合螺紋難以倒扣，必須第一時間予以修復(fù)，且不能超出原圖紙缸口公差尺寸ΦDe8 mm。缸口、螺紋和缸體內(nèi)徑在處理后應(yīng)滿足同軸度低于0.05 mm 的要求，且缸體內(nèi)孔、缸口和導(dǎo)向套配合表面粗糙度不能超過Ra0.4 μm，其余修復(fù)面粗糙度也需低于Ra0.8 μm、硬度（HB）在220以下。

9）在修復(fù)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(xiàn)損壞情況后應(yīng)立即修復(fù)，使孔修復(fù)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(fù)立柱的過程中，應(yīng)該根據(jù)MT 313—92《液壓支架立柱技術(shù)條件》進(jìn)行，且維修質(zhì)量保證期為2 年，動作能超過1 萬次，熔覆5 年內(nèi)不能出現(xiàn)脫落、氣泡、點(diǎn)蝕和凹坑等問題。

2.2 立柱外缸內(nèi)表面修復(fù)工藝

1）清洗并檢查底缸內(nèi)表面。在清洗后掌握底缸內(nèi)表面銹蝕與缸體變形等情況，便于選擇最佳修復(fù)方案。若銹蝕點(diǎn)深度超過1 mm，應(yīng)選擇氣體保護(hù)焊完成修補(bǔ)[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(zhǔn)面，通過車床加工使底缸外表面形成滾輪架支撐環(huán)帶，且同軸度小于0.1 mm；若選擇滾輪架支撐環(huán)帶作為基準(zhǔn)面，通過車床加工使缸底缸口斷面形成鏜削基準(zhǔn)面，原缸口螺紋均被車除。

4）內(nèi)表面銹蝕層鏜削。選擇深孔鏜床鏜削的方式加工底缸內(nèi)表面，銹蝕層被去除，鏜削厚度在0.8～1 mm。鏜削結(jié)束后內(nèi)徑必須超過原設(shè)計(jì)尺寸1.6～2 mm。

5）內(nèi)表面熔覆。選擇ZRF-7 型內(nèi)表面熔覆設(shè)備，使底缸內(nèi)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(nèi)表面激光熔覆修復(fù)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(nèi)表面形貌

6）內(nèi)表面銅合金熔覆層機(jī)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(nèi)徑留下0.55 mm 的加工余量，不能超出原設(shè)計(jì)尺寸0.55 mm。鏜削處理后通過珩磨機(jī)使內(nèi)表面達(dá)到規(guī)定尺寸，且粗糙度不能超過Ra0.4 μm。

7）缸口螺紋加工。要結(jié)合底缸設(shè)計(jì)規(guī)定完成對缸口螺紋的加工，處理后能夠使缸口內(nèi)表面與螺紋同心度符合設(shè)計(jì)要求。

8）要根據(jù)設(shè)計(jì)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(fù)工藝

1）清洗并檢查中缸內(nèi)外表面。清洗后掌握中缸內(nèi)外表面銹蝕、缸體變形等情況，確定修復(fù)方案。內(nèi)表面若存在深度超過1 mm 的銹蝕點(diǎn)，要通過氣體保護(hù)焊進(jìn)行修補(bǔ)。

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(zhǔn)面，通過車床加工方式使缸口斷面形成鏜削的基準(zhǔn)面，再將所有缸口螺紋車除。

3）內(nèi)表面銹蝕層鏜削。采取深孔鏜床削將缸底內(nèi)表面銹蝕層去除，鏜削厚度在0.8～1 mm 的范圍，鏜削結(jié)束后內(nèi)徑需超出設(shè)計(jì)尺寸1.6～2 mm。

4）內(nèi)表面熔覆。選擇ZRF-7 型內(nèi)表面熔覆設(shè)備，使底缸內(nèi)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(jìn)行檢查，若超過0.55 mm 就要采取激光熔覆措施。

6）內(nèi)表面熔覆層鏜削。進(jìn)行粗鏜細(xì)鏜處理，使底缸內(nèi)徑留下0.5 mm 的加工余量，鏜削結(jié)束后底缸內(nèi)徑不能超過原設(shè)計(jì)尺寸0.5 mm。

7）車除外表面銹蝕層。定位基準(zhǔn)若選擇內(nèi)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(shè)計(jì)尺寸1～1.2 mm。

8）外表面激光熔覆。應(yīng)保持激光熔覆層表面均勻和平整，熔覆層單標(biāo)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(xì)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(shè)計(jì)尺寸0.2 mm，接下來根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定完成缸口螺紋的加工。

10）外表面拋光與內(nèi)表面珩磨。選擇外圓拋光機(jī)對外表面進(jìn)行拋光處理，確保其粗糙度滿足設(shè)計(jì)要求尺寸，不能超過Ra0.1 μm。選擇深孔珩磨機(jī)對內(nèi)表面進(jìn)行處理，也要確保其粗糙度達(dá)到設(shè)計(jì)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(jié)語

運(yùn)用激光熔覆技術(shù)，能夠解決傳統(tǒng)鍍鉻技術(shù)存在的缺陷，例如重金屬污染、強(qiáng)酸腐蝕等。因此，煤機(jī)企業(yè)應(yīng)積極引進(jìn)激光熔覆技術(shù)，避免電鍍引起的環(huán)境污染問題，充分發(fā)揮激光快速熔覆技術(shù)的作用，提升煤炭液壓立柱修復(fù)質(zhì)量。