立柱、千斤頂缸體內(nèi)壁失效形式與修復(fù)工藝

鄭 偉 李玉剛 石 虎

（山東能源重裝集團(tuán)魯南裝備制造公司，山東 棗莊 277500）

立柱、千斤頂作為承受外力和動(dòng)作完成的工作部件，是煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面液壓支架的主要構(gòu)成部分，其性能好壞直接決定支架性能和煤礦安全高效生產(chǎn)。魯南裝備制造公司作為從事綜機(jī)設(shè)備修復(fù)與再制造的專業(yè)廠家，研究立柱、千斤頂缸體內(nèi)壁失效形式、發(fā)生原因與再制造工藝，對(duì)于提高立柱、千斤頂修復(fù)與再制造質(zhì)量十分必要。

1 缸體制造材料、工藝及技術(shù)參數(shù)

立柱、千斤頂缸體一般采用27SiMn無(wú)縫鋼管與缸底組焊而成，在粗鏜加工、調(diào)質(zhì)熱處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次精鏜削、滾壓而成。基于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)成本的諸多因素，一般對(duì)內(nèi)壁不進(jìn)行電鍍、熔覆等表面防腐處理。在缸體制造時(shí)，內(nèi)孔配合面的尺寸精度不得低于H 9，表面粗糙度0.8μm，內(nèi)表面硬度在HB240～280之間，其屈服強(qiáng)度為σb≥1000MPa、抗拉強(qiáng)度為σs≥800MPa，安全系數(shù)不低于3。

2 缸體的主要失效形式

針對(duì)魯南裝備制造公司設(shè)計(jì)制造升井后的ZF7000-23/47型支架的立柱、千斤頂缸體內(nèi)壁失效形式進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)其主要存在漲缸、點(diǎn)蝕、刮痕、磨損等幾種失效形式。選取失效缸體50件作進(jìn)一步分析統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕、刮痕占失效形式的87%，磨損、漲缸占失效形式的13% ?？梢?jiàn)點(diǎn)蝕、刮痕是缸體失效的主要形式。

3 缸體失效原因分析

（1）漲缸：漲缸主要是由于立柱、千斤頂超過(guò)承載壓力或缸體綜合機(jī)械性能差造成。承載壓力超標(biāo)由立柱、千斤頂?shù)陌踩y在額定壓力下不開(kāi)啟或不及時(shí)開(kāi)啟、安全閥開(kāi)啟時(shí)溢流量小等因素造成；綜合機(jī)械性能差由調(diào)質(zhì)熱處理硬度不夠、材料不合格等因素造成。

（2）點(diǎn)蝕：點(diǎn)蝕主要是由于立柱、千斤頂在工作過(guò)程中發(fā)生汽蝕現(xiàn)象和缸體耐沖擊性能差造成。引發(fā)汽蝕現(xiàn)象的主要原因是乳化液壓力急劇變化、乳化液成酸堿性、乳化液濃度配比不夠等；缸體耐沖擊性能差主要是缸體使用材料性能差、制造工藝不標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)質(zhì)硬度不夠造成。

（3）刮痕：主要是由于活塞上的金屬零件與缸體刮擦造成。

（4）磨損：主要指活塞密封與缸體往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成的尺寸變化。

4 修復(fù)工藝

一般有縮缸、擴(kuò)缸、激光熔覆、等離子熔覆、低溫鍍鐵等工藝。

（1）縮缸工藝。采用感應(yīng)線圈對(duì)缸體內(nèi)壁進(jìn)行加熱、外壁采用噴冷卻水進(jìn)行收縮的一種工藝，主要有清洗、烘干、縮缸、珩磨等工序。缸體內(nèi)徑尺寸縮小0.8～1.5mm,然后進(jìn)行珩磨恢復(fù)尺寸；同時(shí)造成硬度增加，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度降低，安全系數(shù)低于3。

該工藝主要針對(duì)存在漲缸、點(diǎn)蝕、刮痕等缺陷嚴(yán)重的缸體進(jìn)行修復(fù)。優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)后缸徑尺寸不變；缺點(diǎn)是感應(yīng)加熱造成內(nèi)應(yīng)力增加，性能下降，成本較高。

（2）珩磨擴(kuò)缸工藝。采用珩磨機(jī)對(duì)缸體進(jìn)行擴(kuò)缸，從而消除缺陷的一種工藝，主要有清洗、烘干、初珩磨、焊補(bǔ)、打磨、終珩磨等工序。初珩磨一般去除厚度尺寸0.5mm，然后進(jìn)行檢查，對(duì)個(gè)別存在的缺陷進(jìn)行釬焊焊補(bǔ)、直磨機(jī)打磨，最終珩磨去除厚度尺寸0.5mm。這樣珩磨擴(kuò)孔后直徑尺寸比原尺寸大1mm,使用加大非標(biāo)密封，實(shí)現(xiàn)缸體整體性能恢復(fù)。缸體珩磨后，內(nèi)表面硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度不變，安全系數(shù)一般不低于3。

該工藝主要針對(duì)存在輕微漲缸、點(diǎn)蝕、刮痕等缺陷的缸體進(jìn)行修復(fù)，優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)效率高，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)性好；缺點(diǎn)是非標(biāo)缸體和密封的使用，給后續(xù)維修帶來(lái)不便。

（3）激光熔覆工藝。采用光纖激光機(jī)對(duì)缸體進(jìn)行不銹鋼粉末熔覆，從而消除缺陷的一種工藝，主要有清洗、烘干、初珩磨、激光熔覆、終珩磨等工序。初珩磨一般去除厚度尺寸0.4mm，然后進(jìn)行激光熔覆，待冷卻后進(jìn)行最終珩磨恢復(fù)圖紙尺寸。這樣珩磨直徑尺寸不變。激光熔覆工藝后，內(nèi)表面硬度達(dá)到HRC40～50，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、安全系數(shù)基本不變。

該工藝主要針對(duì)存在點(diǎn)蝕、刮痕、磨損等缺陷的缸體進(jìn)行修復(fù)。優(yōu)點(diǎn)是熔覆層結(jié)合力高，缸體耐腐蝕性、耐磨性較高；缺點(diǎn)是加工困難，生產(chǎn)成本高。

（4）等離子熔覆工藝。采用專用等離子熔覆機(jī)對(duì)缸體進(jìn)行不銹鋼粉末熔覆，從而消除缺陷的一種工藝，主要有清洗、烘干、拋光除銹、熔覆、珩磨等工序。拋光除銹去除尺寸在0.1mm左右，露出材料底色，然后進(jìn)行熔覆，待冷卻后進(jìn)行珩磨恢復(fù)尺寸。工藝實(shí)施后，內(nèi)表面硬度達(dá)到HRC40～45，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、安全系數(shù)基本不變。

該工藝主要針對(duì)存在點(diǎn)蝕、刮痕、磨損等缺陷的缸體進(jìn)行修復(fù)，優(yōu)點(diǎn)是熔覆層結(jié)合力高，缸體耐腐蝕性、耐磨性較高，加工較激光熔覆簡(jiǎn)單一些；缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高，與激光熔覆相當(dāng)。

（5）低溫鍍鐵工藝。采用電化學(xué)沉積的方式，從而消除缺陷的一種工藝，主要有清洗、烘干、焊補(bǔ)、打磨、初次珩磨、電鍍、珩磨等工序。缸體清洗烘干后進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕、刮痕等缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)，使用直磨機(jī)進(jìn)行手工或機(jī)械打磨，然后進(jìn)行初次珩磨去除厚度尺寸0.3～0.5mm,再進(jìn)行鍍鐵、珩磨恢復(fù)圖紙尺寸。

該工藝主要針對(duì)存在輕微漲缸、點(diǎn)蝕、刮痕等缺陷的缸體進(jìn)行修復(fù)。優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)后缸徑尺寸不變；缺點(diǎn)是結(jié)合力不強(qiáng)，工藝復(fù)雜，污染環(huán)境，成本較高。

5 結(jié)束語(yǔ)

立柱、千斤頂缸體失效是液壓支架發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)，魯南裝備制造公司采取科學(xué)合理的工藝進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)其使用性能，有效減少了立柱、千斤頂報(bào)廢數(shù)量，有效降低了液壓支架維修成本，保證礦山安全高效生產(chǎn)。