淺談激光熔覆技術在液壓支架立柱修復中的應用

賈清華 孟飛

0 引言

液壓支架在井下煤炭開采中主要用于綜采工作面頂板及煤壁的支撐，是綜合機械化采煤必不可少的設備，液壓支架立柱是液壓支架最主要的承載執行部件，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過程中，升架后裸露的活柱表面長期處于酸、堿腐蝕，煤塵較嚴重的惡劣工況中，支架活柱表面很容易被銹蝕、劃傷以及受到沖擊等，造成活柱與缸筒之間的密封失效，支撐力達不到煤礦安全規程要求，對工作面安全生產造成較大隱患。因此，液壓支架活柱表面的修復質量，是關系到井下工作面安全生產的重要因素之一，也是確保綜采工作面煤炭順利開采的有效手段。

目前集團公司液壓支架立柱大修技術都是采用電鍍工藝，此工藝修復后的活柱表面容易造成局部脫鉻（見圖1），使立柱使用壽命縮短，可再修復次數減少，另外，電鍍工藝存在嚴重的環境污染問題，因此，探討一種新的活柱表面涂層技術取代電鍍工藝勢在必行[1-2]。

圖1 活柱表面局部脫鉻

1 概況

同煤集團公司自主大修液壓支架類型有ZYB4400/8.5/18、ZY5000/14/23掩護式液壓支架；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（見圖2）、機械性損傷（見圖3）、鍍鉻層脫落（見圖4）。這些現象都容易導致損壞立柱密封，造成乳化液泄漏，支撐力達不到煤礦安全規程要求，必須對活柱表面進行大修處理，恢復其功能。

圖2 活柱鍍鉻面銹蝕

圖3 活柱機械性損傷

圖4 活柱鍍鉻層脫落

2 立柱修復技術

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

目前集團公司大修液壓支架對立柱的修復均采用普通電鍍工藝，即在活柱表面進行電鍍鉻（見圖5）。等離子熔覆是離子態電弧夾帶金屬粉在活柱表面進行熱態沉積形成表面涂層，從而達到活柱表面缺陷修補。激光熔覆技術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，經激光輻照使之和活柱基體表面一薄層同時熔化，并快速凝結后形成稀釋度極低并與活柱基體材料成冶金結合的表面涂層，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。

液壓支架立柱通過上述三種修復技術的實際使用后效果對比發現，活柱經過激光熔覆技術修復后的表面有較強的耐腐蝕性和較高的硬度，完全滿足立柱使用標準，而且利用激光熔覆技術修復后的立柱使用壽命是普通電鍍修復的6倍以上[1]。

圖5 普通電鍍修復后的活柱表面

3 傳統電鍍與激光熔覆比較

傳統電鍍工藝與激光熔覆工藝相比較，其各項性能見表1。

表1 工藝對比

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，激光熔覆材料與活柱母材是冶金結合，要比電鍍層結合方式緊密牢固，環保方面，激光熔覆技術更占盡優勢[2]。

4 激光熔覆工藝

應用激光熔覆技術對液壓支架活柱表面的修復工藝流程為：

圖6 活柱修復工藝流程

（1）活柱初檢與校直

從井下上來需要大修的液壓支架，經過整架及各部件的拆分，活柱表面及平直度狀況進行檢驗，并校直有彎曲、變形的活柱；

（2）活柱表面退鍍磨削

經過活柱初檢，對達到報廢的活柱表面進行車削，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，首先要對活柱的基體進行探傷，確保活柱表面不存在裂紋等缺陷，之后對其表面進行清洗，使其達到熔覆標準；

（3）活柱激光熔覆

在活柱表面進行熔覆層制備時，采用側軸送粉，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

活柱表面進行熔覆層制備后，要對熔覆后的活柱表面進行車削，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，要對活柱進行磨削及拋光，使活柱直徑達到工件公稱尺寸、公差及表面粗糙度要求；

（6）活柱熔覆層探傷

經過上述工序完成了活柱的激光熔覆，之后要對活柱熔覆層進行探傷，觀察熔覆層組織是否致密、無氣孔，完好無缺；

（7）活柱終檢

按照立柱質量檢驗標準，對采用激光熔覆技術后的活柱進行最終檢驗，判定各項技術指標是否滿足質量要求。

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合熔覆層，熔覆層組織致密、無氣孔，有較好的耐腐蝕、耐磨和抗沖擊性，并且其表面硬度達到HV410，使用壽命是采用鍍鉻活柱的5-10倍。

（2）經濟效益

目前液壓支架立柱采用激光熔覆技術修復，還處于發展的階段，維修成本較高，約是傳統電鍍工藝修復的3倍左右，但修復后的立柱使用壽命大約是電鍍修復的6倍以上。隨著新技術、新材料、新工藝的不斷發展成熟，激光熔覆技術的修復成本會呈逐年下降的趨勢。綜合來看，激光熔覆技術的性價比還是比較高的，相對其他修復技術，占有明顯優勢。

（3）環境效益

傳統的電鍍工藝，修復前要對活柱進行酸洗，會產生大量酸洗廢水，屬于高污染、高排放、高能耗的落后工藝，對環境造成污染，而激光熔覆技術則不存在此類問題，能有效地保護環境。

6 結論

近幾年來激光熔覆技術的探究發展愈來愈成熟，針對液壓支架立柱的修復，相對傳統的電鍍工藝，激光熔覆技術在產品性能、使用壽命、經濟效益以及環境保護等諸多方面顯現出明顯的優勢。通過對激光熔覆技術在液壓支架立柱修復中應用的探討，認為將來液壓支架立柱的修復應用激光熔覆技術必然會占主導地位。

[1]蔡發,劉混舉.液壓支架立柱激光熔覆技術修復工藝分析[J].機械工程與自動化,2016(04):125-127+129.

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