煤礦井下液壓油缸激光熔覆強(qiáng)化技術(shù)分析

李宏偉

摘要：作為智能制造裝備中的關(guān)鍵技術(shù)之一，激光熔覆技術(shù)起著關(guān)鍵作用。簡(jiǎn)述了激光熔覆技術(shù)的概念、組成以及應(yīng)用。為液壓油缸的強(qiáng)化做出參考。

關(guān)鍵詞：激光熔覆;液壓油缸;盾構(gòu)機(jī)

液壓油缸作為煤礦井下液壓動(dòng)力的主要來源，受到各種外部因素的影響，油缸表面會(huì)不可避免的出現(xiàn)磨損或者腐蝕現(xiàn)象，一旦沒有得到良好處理，就會(huì)出現(xiàn)漏油、動(dòng)力不足等問題，給煤礦開采工作增加難度。本著節(jié)約成本的原則，利用激光熔覆技術(shù)對(duì)液壓油缸表面進(jìn)行強(qiáng)化，延長(zhǎng)油缸使用壽命。

1.激光熔覆技術(shù)概述

激光熔覆主要是通過噴涂、融化和冷凝這三個(gè)步驟來對(duì)液壓油缸表面進(jìn)行改進(jìn)和強(qiáng)化處理，把好的熔覆材料經(jīng)過處理之后，應(yīng)用到需要修復(fù)的液壓油缸部位，與此同時(shí)，利用激光技術(shù)，將熔覆材料和原表面進(jìn)行融合，從而形成一層薄膜，起到隔絕空氣腐蝕的作用，最后再通過冷凝裝置，對(duì)其表面進(jìn)行降溫，在表面形成特有的熔覆層。新的表面涂層能夠增強(qiáng)液壓油缸表面的耐磨性、抗腐蝕性，也保證了其具備一定的抗氧化能力。和傳統(tǒng)表面加工工藝相比，激光熔覆工藝能夠自主選擇熔覆材料，也能夠根據(jù)不同的化學(xué)成分配比來選擇合適的加工工藝，因此，激光熔覆技術(shù)在現(xiàn)如今煤礦井下液壓油缸表面強(qiáng)化中得到了廣泛應(yīng)用。

2.項(xiàng)目概述

作為金屬表面修復(fù)的常用技術(shù)之一，激光熔覆技術(shù)主要是利用激光束加熱金屬表面的合金涂層，經(jīng)過加熱之后，表面涂層經(jīng)過融化再恢復(fù)到常溫，使熔覆層冷卻，在金屬表面形成保護(hù)膜，隔絕空氣對(duì)液壓油缸表面的腐蝕，從而起到液壓油缸的保護(hù)作用。激光熔覆技術(shù)有著材料結(jié)實(shí)、不易變形、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，在煤礦井下作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。液壓油缸作為井下作業(yè)設(shè)備的動(dòng)力源，在長(zhǎng)期高壓的工作狀態(tài)下很容易出現(xiàn)不同程度的磨損，因此，為了防止機(jī)械設(shè)備磨損對(duì)煤礦井下作業(yè)產(chǎn)生的不良影響，利用激光熔覆技術(shù)對(duì)其表面進(jìn)行加固處理是非常有必要的，能夠保證煤礦井下工作順利開展，也能保證工作人員的安全。

3.研究?jī)?nèi)容

3.1技術(shù)特點(diǎn)

近些年來，激光熔覆技術(shù)逐漸興起，成為運(yùn)用較為廣泛的表面強(qiáng)化技術(shù)。主要就是利用激光束對(duì)金屬表面進(jìn)行加熱，來形成熔覆層和保護(hù)層，讓液壓油缸表面與空氣隔絕，減少受空氣侵蝕的情況。激光熔覆技術(shù)具有以下特性：（1）覆蓋層數(shù)可控。該技術(shù)可以定量組合合金粉末的種類和質(zhì)量，通過改變材料的配比來控制覆蓋層的厚度;（2）覆蓋層結(jié)構(gòu)可以隨時(shí)調(diào)整。通過對(duì)金屬表面不同程度的加熱處理，可以細(xì)化覆蓋層表面的結(jié)構(gòu)晶粒;（3）工藝簡(jiǎn)單。

3.2研究現(xiàn)狀

煤礦井下液壓油缸的表皮容易脫落，抗氧化性和抗腐蝕性能也不強(qiáng)，針對(duì)這些問題，主要有這幾種修復(fù)方式：（1）車床加工法。利用車床和工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)液壓油缸的表面進(jìn)行加工處理，雖然計(jì)算機(jī)能夠很好的對(duì)機(jī)械設(shè)備的精度進(jìn)行控制，但是在切削之后，油缸會(huì)變小，導(dǎo)致和原來的部件難以配合;（2）電鍍涂層法。利用電鍍的方式，在液壓油缸表面覆蓋合金涂層，起到隔絕腐蝕的作用。但是在工作過程中，這種方法存在一定局限性，無法從根源上避免表層脫落的情況。

3.3研究?jī)?nèi)容

（1）優(yōu)化激光熔覆工藝，對(duì)熔覆之后的液壓油缸和熔覆之前的進(jìn)行對(duì)比;（2）仔細(xì)對(duì)比分析熔覆層的特性，對(duì)材料、工藝等因素進(jìn)行對(duì)比，從而得到最優(yōu)熔覆參數(shù);（3）探究不同合金材料在熔覆中的表現(xiàn)，實(shí)施檢測(cè)不同材料的硬度、抗腐蝕性、耐磨性。

4.現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

4.1材料選擇

（1）制作油缸試塊。在試驗(yàn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所選取的液壓油缸材料為45號(hào)鋼，在實(shí)驗(yàn)之前，要做好該材料的清洗和打磨工作;（2）就一般情況而言，常用的激光熔覆粉末主要包括三種：鎳基合金、鈷基合金和鐵基合金，在本次實(shí)驗(yàn)中，采用了鐵基合金和鐵基合金復(fù)合粉末。

4.2激光熔覆工藝

（1）在準(zhǔn)備好的激光熔覆粉末中加入脫水粘合劑，不要同時(shí)涂抹在壓油缸的表面，分兩次進(jìn)行，這樣能夠讓覆蓋層得到更好的融合，保證其質(zhì)量;（2）在激光熔覆進(jìn)行的過程當(dāng)中，可以把油缸試塊先放置于恒溫箱中，在120℃的溫度下保存2小時(shí);（3）利用二氧化碳激光器對(duì)液壓油缸試塊進(jìn)行熔覆處理。

5.特性對(duì)比

5.1外觀特性

在實(shí)驗(yàn)過程中，采用了功率4kW，激光光束為6mm的激光器。鐵劑粉末熔覆的結(jié)果如圖1所示，鐵劑合金復(fù)合粉末熔覆的結(jié)果如圖2所示。

通過對(duì)圖1和圖2的對(duì)比分析可以得出結(jié)論，在公路為4kW，激光光束在6mm的時(shí)候，油缸試塊的熔覆層最均勻，外觀特性為最佳水平。

5.2硬度特性

將不同的油缸試塊進(jìn)行硬度上的對(duì)比，從而繪制出硬度特性曲線，如圖3所示。

在圖3中，橫軸表示的是待測(cè)點(diǎn)和激光光束中心的距離，縱軸表示油缸試塊的硬度。通過對(duì)圖3的分析可以得到結(jié)論，在同等條件下，復(fù)合粉末的硬度比鐵基粉末的硬度要高出150HV-180HV。主要是因?yàn)椋瑥?fù)合粉末能夠提升熔覆層的整體硬度。

4.3抗腐蝕性

為了能夠?qū)山M油缸試塊的抗腐蝕性能進(jìn)行最科學(xué)合理的檢驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，盡量還原了最真實(shí)的煤礦井下作業(yè)環(huán)境，分別將兩組油缸試塊放置于酸性腐蝕環(huán)境和金屬離子腐蝕環(huán)境之下，在激光熔覆工藝前后，兩組油缸試塊的抗腐蝕性能變化較大，其中，復(fù)合粉末相對(duì)于鐵基粉末來說，變化更大，這就說明復(fù)合粉末的抗腐蝕性能比鐵基粉末的抗腐蝕性能更強(qiáng)。

4.4耐磨特性

對(duì)鐵基粉末和復(fù)合鐵基粉末的耐磨性測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

通過對(duì)圖4的分析可以得出結(jié)論，磨損接觸面從單線磨損到契合面磨損，其磨損面積和程度正在一步步加大，但是經(jīng)過激光熔覆工藝處理之后的鐵基粉末耐磨性得到了大幅度提升。這就說明，復(fù)合粉末在經(jīng)過激光熔覆處理之后，能夠和油缸表面更加契合，彈性變形恢復(fù)快。

結(jié)語：

通過實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)論，激光熔覆工藝能夠提升液壓油缸的抗腐蝕性、耐磨性、在今后的研究工作當(dāng)中，不僅要加強(qiáng)激光熔覆技術(shù)的研究，還可以在熔覆材料上進(jìn)行突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯彥志，于瑞東，王靜.激光熔覆技術(shù)在大型裝備修復(fù)中的應(yīng)用綜述[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2019（10）：163-164.