熱噴涂技術在鐵路搗固設備維修中的應用

厙鐵原

（中鐵十九局集團第六工程有限公司，江蘇無錫 214100）

0 引言

設備維修的主要目標是對磨損或者是損壞零件進行修復或者更換，保障設備的正常使用。相較于直接更換，通過設備零部件表面修復和維護可以在確保設備性能的同時節約成本。鐵路道床的搗固施工作業量大，搗固設備在長期使用過程中出現不同程度的磨損，通過科學有效的熱噴涂工藝維修搗鎬鎬板可以保證施工進度，同時避免頻繁更換鎬頭造成的成本增加。

1 熱噴涂技術

熱噴涂工藝在工業制造和機械設備維修中得到了廣泛應用，其操作過程主要是利用電弧熱源將固體粉末噴涂材料熔化，利用高壓氣流使材料被霧化，將霧化的液滴噴灑到需要強化的設備部件表層，達到修復設備表層缺陷，強化部件硬度、耐腐蝕性和耐磨性的目的。根據設備需求的不同，可以控制噴涂的層數、厚度和具體的涂層材料。

2 鐵路搗固設備維修的重要性

道床搗固是鐵路工程施工作業的重要內容，該項工作主要由搗固設備中的搗鎬部件來完成。在實際的鐵路道床搗固工作中，搗固設備需要以75 000 N 的壓力進行道床的下插振動和壓實，搗鎬的鎬板作為主要工作面在施工過程中需要不斷與巖石進行摩擦和沖擊，在長時間工作后鎬板會出現嚴重磨損。搗固設備在道床作業10 km 約需要進行10 000 次下插，鎬板的磨損會超過既定限值，需要報廢。按照鐵路工程一般的施工進度，搗固設備每年約需要作業1300 km，需要消耗的搗鎬超過3000 把，搗鎬更換占鐵路搗固設備總維修費用超過1/4。搗固設備如果頻繁更換搗鎬還會增加鎬壁基孔損壞的可能性，對整個設備的使用壽命和性能產生負面影響，可能拖延鐵路建設進度。熱噴涂技術可以有效加固鎬板表面，提高其耐磨性，保證搗固設備的性能和鐵路工程施工效率。

3 搗固設備維修中熱噴涂技術的應用

3.1 搗固設備維修目標

熱噴涂技術主要應用于鐵路搗固設備的鎬板維修，通過強化涂層的噴涂實現以下目標：①維修工藝操作難度適中，可以在鐵路施工現場使用，維修技術人員經過一定時長的學習后可以充分掌握該技術；②不需要添置更多大型的維修設備，搗固設備的維修成本適中；③經過熱噴涂工藝強化處理后的鎬板硬度和耐磨性能顯著提升，鎬板的使用壽命得到延長；④鐵路道床搗固設備使用強化處理后的搗鎬，施工的整體成本下降，促進工程經濟效益的提升。傳統的堆焊強化無法達到上述的維修目標，鎬板的耐磨性和硬度在工藝處理后沒有出現顯著提升，而熱噴涂工藝則可以達到良好的效果。

3.2 熱噴涂工藝實施流程

近些年來熱噴涂技術在機械設備維修中得到了廣泛青睞，鐵路搗固設備搗鎬的鎬板維修主要采用氧乙炔熱噴涂工藝加強其抗腐蝕性、耐磨性和硬度。在熱噴涂工藝實施過程中，技術人員通過氧乙炔燃燒形成高溫環境熔化鎢鎳基合粉末，利用特殊氣體使其霧化形成極為細小的高溫金屬液滴，同時預熱需要進行強化處理的鎬板，將鎢鎳合金液滴均勻地噴灑在搗固設備部件的表面。高硬度合金涂層的厚度控制在1～2 mm 較為適宜，在不影響其作業效能的同時可以有效提升鎬板的硬度和耐磨性，延長其使用壽命，控制鐵路搗固設備的維修成本。

搗固設備的熱噴涂工藝包括表面處理、工件預熱、噴涂操作和后續維護4 個環節：①在噴涂之前，技術人員首先要全面清理鎬板表層，確保涂層和基材較高的結合度，處理方法包括粗化和凈化，粗化處理通過磨砂、電拉毛等工藝增加鎬板表層與涂層材料間的摩擦系數，凈化處理去除元件表面的油脂、油漬和氧化腐蝕層等；②預熱處理的溫度要結合噴涂的材料和噴涂時的溫度來確定，避免噴涂材料與鎬板溫差過大造成涂層開裂等質量問題；③不同的材料所選用的噴涂方式也有所區別，鎬板的碳化鎢鎳基合金可以直接采用高速火焰進行噴涂；④噴涂完成后還要再使用硅樹脂、石蠟等材料提高其抗腐蝕性能，強度要求較高的鎬板還可以通過高溫或者重載荷等方式，提升基材與涂層結合的穩定性。

3.3 鎬板熱噴涂工藝處理要點

利用氧乙炔熱噴涂對鐵路搗固設備進行強化時，需要確保涂層與基層結合的牢固性，避免熱噴涂作業對搗鎬基材的韌性產生負面作用，在提高鎬板表面硬度的同時避免鎬板在道床作業中出現斷裂，因而在熱噴涂過程中必須要控制好原料和工藝的匹配關系。氧乙炔熱噴涂使用碳化鎢鎳基合金粉末，在超過1040 ℃的微碳化火焰中，大部分粉末會熔化附著在基質表層，而粉末包裹中高硬度碳化鎢并沒有熔化完全，而是均勻分布在鎬板表面形成多個高強度的硬質點區，實現鎬板噴涂層的高強度。分析強化后的鎬板理化性能，發現其硬度普遍超過55～58 HRC，充分滿足鐵路路床搗固的作業需求。熱噴涂工藝的基材與涂層為分子擴散型的結合形態，結合力普遍超過350 N/mm，技術人員在噴涂過程中要嚴格控制工藝參數，確保操作的規范性，確保強化后的表層不出現過燒、氣泡和夾雜等缺陷，以確保涂層與基材結合的牢固性，避免使用過程中的涂層剝落。

鐵路搗固設備所使用的低碳合金滲碳鋼板不會在高溫狀態下發生淬火硬化，因而熱噴涂不會對基材化學性質產生影響。熱噴涂作業時的1040 ℃高溫下鎢鎳粉末會熔化，而該溫度并沒有達到鎬板材料熔化的溫度，可以避免基材韌性的下降。技術人員要確保工具設備配置的合理性，包括恒溫箱、瓶裝氧氣以及乙炔發生器等，并在氧乙炔焊炬上增設射吸式鐵粉罐，此外無需購買其他大型的設備器件。焊接技術人員如果已經掌握氧乙炔熔焊的技術能力，只需要進行簡單學習就可以操作熱噴涂工藝。

3.4 熱噴涂工藝鎬板強化的技術要點

科學的熱噴涂工藝可以有效提高搗鎬的耐磨性能和使用壽命，一般情況下，強化涂層的厚度與鎬板的強度呈現正相關，為了提高部件的耐磨性可以加厚涂層。但是在實際的設備維修中，涂層越厚意味著強化層合金粉用量增大，噴涂工藝的難度也會隨之升高，搗鎬作業中由于不斷的沖擊會出現涂層剝落，反而達不到強化效果。因而在實際的設備維修過程中，技術人員要做好涂層厚度對鎬板強度影響的沖擊對比實驗。實驗結果表明，當鎢鎳合金涂層的厚度為2 mm 時，鎬板的耐磨性顯著提高，且操作難度不會過高，在道床搗固作業過程中也不會出現涂層剝落。鎬板不同部位在施工中的受力和摩擦情況存在顯著差異，要做好不同部位的磨損情況分析，采取針對性的熱噴涂措施，在增強性能的同時控制維修成本，如作用面和端面等磨損較劇烈的部位采取2 mm 厚的噴涂涂層，其他部位的涂層可以減薄或者不進行強化。

4 結束語

搗固設備維修中，氧乙炔熱噴涂工藝顯著提高了鎬板的耐磨性能，將原本12 km 左右的道床搗固作業距離提高到了40 km以上。鎬板的使用壽命增加了兩倍多，在保證鐵路道床搗固施工連續性的同時，縮減了維修成本，顯著提高了搗固設備的行進效率，且熱噴涂工藝操作難度適中，不需要購置大規模的維修設備，可以在搗固設備維修中加以推廣。