礦用減速器軸激光熔覆再制造技術的研究

河南省煤科院耐磨技術有限公司 河南鄭州 450001

礦用減速器是煤炭開采運輸中的常用設備，為煤炭運輸設備傳遞動力。由于其長期在井下復雜惡劣的工況下作業，受到大負荷扭轉、擠壓、振動、噪聲、潮濕腐蝕環境等因素的影響，減速器軸會出現不同程度的磨損和腐蝕[1-3]，嚴重影響減速器運轉甚至引起事故，影響煤礦安全，同時造成經濟損失。直接更換減速器軸或減速器整機，不僅增加成本而且浪費資源。因此，以煤礦的實際需求為出發點，研究減速器軸的再制造技術，將激光熔覆技術用于減速器軸的修復具有現實意義。

1 激光熔覆再制造技術

激光熔覆再制造技術已成熟應用于冶金、煤礦、水泥等領域，該技術利用激光熔覆金屬對即將報廢或磨損嚴重的工件進行修復[4-6]，恢復工件尺寸和使用性能，延長使用壽命。

激光熔覆再制造技術是 20 世紀 80 年代發展起來的表面改進性技術，用高功率激光發生器的激光束作為熱源，將熔覆材料與工件基材表面同步熔化，形成液態熔池，并發生一系列的物理和化學反應，凝結成與工件基材表面相結合的熔覆層，從而達到提高工件表面強度、硬度、耐磨耐蝕等性能[7-8]。該技術因具有熱輸入小、工件變形小、稀釋率低、熔覆材料可選擇范圍廣、綠色無污染等優勢，在工業領域應用廣泛。

2 礦用減速器軸再制造修復

激光熔覆再制造技術在煤礦液壓支架立柱活塞桿的修復應用上得到認可，研究應用該技術對大型運輸設備的部件，如減速器軸的修復，可以確保減速器軸的再制造利用，延長其使用壽命，降低成本，提高效益。

礦用減速器軸應用激光熔覆再制造流程為：減速器拆解—減速器軸清理與檢查—車削去疲勞層—激光熔覆處理—熔覆層粗加工—粗磨加工—檢驗(尺寸、探傷)—合格成品。

采用激光熔覆再制造技術對礦用減速器軸進行修復，如圖 1 所示，圖 1(a)為激光熔覆處理后的減速器軸，圖 1(b)為精加工后再制造完成的減速器軸。

圖1 礦用減速器軸激光熔覆再制造

3 減速器軸表面激光熔覆層的組織與性能

對減速器軸表面的激光熔覆層進行顯微組織觀察和耐磨性能測試。

3.1 熔覆層顯微組織

對工件的激光熔覆層取金相觀察試樣，金相腐蝕劑選用現配的王水進行輕微腐蝕，利用光學金相顯微鏡對試樣進行觀察，熔覆層與基體結合處的金相結構如圖 2(a)所示，試樣熔覆層的顯微組織如圖 2(b)所示。

由圖 2(a)可以看出，基材與熔覆層結合處有一條清晰的亮白色條帶，說明激光熔覆層與基材呈現明顯的冶金結合特點，結合牢固。由圖 2(b)可以看出，熔覆層中部為較均勻的等軸晶，晶粒細小均勻，組織致密，為激光熔覆層具有良好的力學性能提供了基礎的組織保障。

圖2 激光熔覆層微觀組織

3.2 激光熔覆層的耐磨性能

為了檢測激光熔覆層相對于基材的耐磨性能，采用干式橡膠輪磨粒磨損的試驗方法進行測試，磨料選用棕剛玉，磨損轉數為 2 000 轉，轉速設定為 200 r/min，試驗結果如圖 3 所示。

由圖 3 可知，激光熔覆層的耐磨性約為基材的4.28 倍，耐磨性能明顯提高，能夠延長減速器軸的使用壽命。

4 結語

采用激光熔覆再制造技術對即將失效的減速器軸進行修復再制造，恢復減速器軸的尺寸和使用性能，賦予其新的生命活力，并提高減速器軸表面的強度和耐磨性能，改善減速器軸的綜合性能，為煤炭企業節約設備購置費用，經濟效益和社會效益顯著提高，具有一定的推廣應用價值。

圖3 激光熔覆層相對于基材的耐磨性試驗結果